摘 要

微电子技术大规模甚至超大规模集成电路技术的发展日新月异，使得计算机芯片技术获得了高速的发展。dsPIC数字信号处理器是一款结合了16位单片机的控制特点和数字信号处理器(DSP)高速运算优点的新型芯片，顺应了不断更新换代，并高速化、通用化、专用化和提高性价比以及模数混合集成等发展方向。本设计就是将dsPIC数字信号处理器作为主控芯片应用到接口模块中去。

本设计选用dsPIC33EP256MU806主控芯片并搭建其外围的硬件电路，利用MPLAB IDE开发环境实现其代码的编写。

接口模块包括0-10V或者0-20mA的模拟量控制，PWM波控制，使能信号以及若干I/O口控制。接口模块和数控系统之间的通信是建立在总线上的。这样一来，接口模块和数控系统只有一根总线相连，然后再经过接口模块将具体的控制信号传递给光纤激光器。

在光纤激光接口模块的实现上，主要分为以下几个阶段：熟悉光纤激光器的控制要求和控制信号；确定系统设计方案，设计原理；掌握dsPIC33E系列的MCU，并学会使用MPLAB IDE软件对其编程调试；掌握电源、光耦、AD、SPI电路以及总线通线；测试硬件电路并编写C程序调试整个系统。

关键词：光纤激光接口模块，dsPIC, 数字信号处理器

Abstract

With the large-scale development of microelectronics technology and even VLSI technology, the computer chip technology gained rapid development. dsPIC digital signal processor is a new chip that combine the control features of a 16-bit microcontroller and high-speed operation of a digital signal processor (DSP). This chip conforms to the development of constant upgrading, high-speed, general-purpose, specialization, improving the cost and mixed analog-digital integration. This design uses dsPIC digital signal processor chip as the master control system that applied to the Fiber Laser Interface Module Design.

This design uses dsPIC33EP256MU806 master chip and builts its peripheral hardware circuits. What’s more, using MPLAB IDE development environment to realize the code writing.

Interface Modules includes 0-10V or 0-20mA analog control，PWM wave control, Enable signal and several I/O controls. Communication between the interface module and CNC systems are built on the bus.Thus, Only one bus connected between the interface module and the NC system, and then transfer the specific control signal to the Fiber Laser by the Interface Modules.

The realization of fiber laser interface module is divided into the following sections: Be familiar with the control requirements of fiber lasers and control signals, Determine the system design, design Principles, Grasp MCU of dsPIC33E serious, Learn to use MPLAB IDE to finish the programming and debugging, Grasp Power, Optocoupler, AD, SPI Circuit and the Bus, Test hardware circuit and write C program to debug the whole system.

Key words: Fiber Laser Interface Module,dsPIC, Digital Signal Processor

目录

1 前言………………………………………………………………………………………………1

1.1 本课题研究的目的及意义………………………………………………………………..1

1.2 光纤激光器发展简史…………………………………………………………………..…1

1.3 国内外发展现状 ……………………………………………………………………..…..2

1.4 特色与创新…………………………………………………………………………..…....3

2软件介绍………………………………………………………………………………………….4

2.1 Protel99se………………………………………………………………………………..4

2.2 MPLAB IDE…………………………………………………………………………………..4

3 PA8000数控系统介绍……………………………………………………..…………………….5

4 光纤激光接口模块硬件设计……………………………………………………..…………..…6

4.1硬件总体设计…………………………………………………………………...…..……..6

4.2 DSPIC33EP256MU806介绍…………………………………………………………….…..6

4.3 接口模块各部分硬件………………………………….………...……………..…..….....6

4.3.1 电源模块…………………………………………………………………..……..…6

4.3.2数模转换接口…………………………………………….…………………..….….7

4.3.3 以太网接口…………………………………………………………………..…....10

4.3.4 I/O接口模块……………………………………………………….……….….…17

4.4本章小结…………………………………………………………………………...….….13

5 光纤激光接口模块软件设计…………………………………………………………….….…16

5.1光纤激光接口模块软件总体设计………………………………………….………...….16

5.1.1 I/O口……………………………………………………………………..……….18

5.1.2 模数转换………………………………………………………………….….……20

5.1.3 PWM波控制……………………………………………………………….…….….22

5.2 本章小结…………………………………………………………………….……….……23

6 总结与致谢…………………………………………………………………………………..…24

6.1 总结…………………………………………………………………………………….…24

6.2 致谢………………………………………………………………………………………24

7 参考文献…………………………………………………………………………….…………25

9 附录…………………………………………………………………………………………….24

1 前言

1.1本课题研究的意义及目的：激光切割就是将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用德国PA8000LW系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。

1.2光纤激光器发展简史：1962年世界上第一个GaAs半导体激光器问世以来，已有四十余年的历史，现在半导体激光器已广泛地应用于激光通信、光盘存储、激光检测等领域。 

随着半导体激光器连续输出功率的日益提高，其应用范围也不断扩大，其中大功率半导体激光器泵浦的固体激光器（DPSSL）是它最大的应用领域之一。这一技术综合了半导体激光器与固体激光器的优点，不仅将半导体激光器的波长转换为固体激光器的波长，而且伴随光束质量的改善和光谱线宽的压缩，以及实现脉冲输出等。半导体激光器体积小、重量轻，直接电子注入具有很高的量子效率，可以通过调整组份和控制温度得到不同的波长与固体激光材料的吸收波长相匹配，但它本身的光束质量较差，且两个方向不对称，横模特性也不尽理想。而固体激光器的输出光束质量较高，有很高的时间和空间相干性，光谱线宽与光束发散角比半导体激光小几个量级。对于DPSSL，是吸收波长短的高能量光子，转化为波长较长的低能量光子，这样总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热。这部分热能量将如何从块状激光介质中散发、排除成为半导体泵浦固体激光器的关键技术。为此，人们开始探索增大散热面积的方法。方法之一就是将激光介质做成细长的光纤形状。