摘 要

本文介绍了射频C0₂激光器和其控制系统的研究情况和动态方向，阐述了射频激光器和传统激光器的不同，它具有体积小，功率高等特点，更适合于现代工业应用。本文基于Dspic33ep32mc502芯片结合射频C0₂激光器的特点设计了一套全新的控制系统，具体是采用Dspic33ep32mc502数字信号控制器作为主控芯片，由DSC输出20KH、占空比为0.75%的预电离PWM信号，设计出与DSC的接口电路，接收外部的PWM信号，并检测其周期和占空比；当外控信号的占空比大于60%时，按照60%输出。由DSC输出20KHz的PWM调制信号，并设计出调制电路，用18B20温控芯片，检测激光器内温度；对前向功率和反向功率进行检测，当温度过高或反向功率过大时，对激光器进行保护，利用Dspic33ep32mc502的UART异步串口模块，设计RS232串口通讯协议，实现与外部设备的通信，使用Altium Designer完成原理图与印制电路板绘制。完成元器件焊接，最后用MPLAB X IDE进行仿真实践和硬件调试。

关键词：射频C0₂激光器、PWM调制信号、Dspic33ep32mc502、控制系统

Design of rf laser control system

ABSTRACT

This paper introduces the radio frequency (rf) C0 ₂ laser and its research situation and direction of dynamic control system, this paper expounds the traditional radio frequency laser and laser is different, it has small volume, high power, more suitable for modern industrial applications.In this paper, based on combining the characteristics of the radio frequency laser C0 ₂ Dspic33ep32mc502 chip design a set of new control system, specific Dspic33ep32mc502 digital signal controller is used as the main control chip, by DSC output 20 kh, the duty ratio of 0.75% preionization PWM signal, design the interface circuit with DSC, receiving external PWM signal, and detect its cycle and duty cycle;When the duty ratio of the external control signal is more than 60%, output according to 60%.DSC outputs 20KHz PWM modulation signal, and designs the modulation circuit. 18B20 temperature control chip is used to detect the internal temperature of the laser.When the temperature is too high or the reverse power is too high, the laser is protected. The UART asynchronous serial port module of Dspic33ep32mc502 is used to design RS232 serial port communication protocol and realize the communication with external equipment. Altium Designer is used to complete schematic diagram and printed circuit board drawing.Complete component welding, and finally use MPLAB X IDE for simulation practice and hardware debugging.

Key words： RF CO ₂ laser，PWM modulation signal, Dspic33ep32mc502, control system

目 录

1、前言 1

1.1射频C0₂激光器简介 1

1.2 Dspic33ep32mc502数字信号控制器简介 2

1.3国内外研究现状 2

1.4研究目的、意义及内容 3

1.5本课题设计内容 3

1.6课题研究创新点 4

2、射频C0₂激光器控制系统概述 5

2.1射频CO₂激光器的控制系统要求 5

2.2 PWM波调制信号原理 5

2.3 Dspic33ep32mc502的PWM模块和UART模块 6

2.3.1 Dspic33ep的高速PWM模块 6

2.3.2 Dspic33ep32mc502的UART模块 6

2.4射频CO₂激光器控制系统设计 6

3、射频C0₂激光器控制系统的硬件设计 8

3.1 Dspic33ep32mc502线路图 8

3.2外围电路 10

3.2.1时钟电路(晶振) 10

3.2.2电源电路 10

3.3 异步串行通信UART和RS232通讯协议 11

3.3.1 UART模块和RS232串口简介 11

3.3.2 RS232通讯协议的传输格式和过程 12

3.3.3 RS232隔离收发模块 15

3.4故障检测电路 16

3.4.1 DS18B20温控芯片电路 16

3.4.2检波放大电路 17

3.4.3正反向功率对比电路 18

3.5选择输出电路 19

3.5.1 光电耦合器电路 19

3.5.2 PWM选择电路 20

3.5.3 PWM允许信号电路 21

3.5.4外部使能电路 22

3.6供电接口和调试接口 23

3.6.1供电接口 23

3.6.2调试接口 24

4、射频C0₂激光器控制系统的软件设计 25

4.1主程序简介 25

4.2振荡器配置 26

4.3定时器配置 26

4.4输入捕捉配置 27

4.5中断服务程序 28

5、射频C0₂激光器的控制系统的仿真和调试 29

5.1 MPLAB X IDE简介 29

5.2 MPLAB X IDE仿真实践 29

……………………………………………………………………………………………………………

结论 32

致谢 33

参考文献 34

附录 36

图1射频激光器控制系统原理图 41

图2射频激光器控制系统PCB图 41

1. 前言
   1. 射频C0₂激光器简介

目前，大部分C0₂激光器采用的激励方式为射频激励，因为直流激励电能功率低，而射频放电具有均匀安稳，写入功率密度高，器材体积小，寿命长，输出光功率的可控程度高等优点，因而得以应用于现代工业生产。

射频激励C0₂激光器主要由以下几个部分组成，分别是射频电源、谐振腔、供电电源、工作气体、脉冲调制、冷却系统等组成。射频电源可以通过内部的传输线连接到其匹配网络，然后将射频能量输送到放电电极中。气体经过释放的射频信号会产生光并放电，最后通过谐振腔输出激光。

射频激光器结构图如图1.1所示：

图1.1 射频激光器结构图

射频激励的优势使得激光器功能更加强大。射频激励主要有两点优势:一是射频激励时，气体中的等离子密度可以稳定在一定状态;二是在等离子体中，电极周围的电流转化为位移电流，从而保证了放电管中有足够电流，进而产生激光。另外射频激励方式优化了激光器的内部结构和外部连接。因为当时射频理论还不成熟，同时相应的技术较落后，导致射频激励技术起步较晚。

1.2 Dspic33ep32mc502数字信号控制器简介