3．2 模/数及数/模转换器

    A/D转换器选用美信公司的MAX1062，D/A转换器选用模拟器件公司的AD5551，它们都是14位的串行转换器，适合于对速度要求不是很高的场合。转换器的片选信号、时钟线及数据线直接同单片机的用户口P1相连。转换器的位数决定了检测控制电路的分辨率。14位转换器可把4.096V量程的电压量化成2 14份，所以调整差分放大器的增益使其输出电压最大值达到A/D转换器的满量程电压，则理论上对于光功率变化1/12 14均可检测到，即该驱动电路可以检测到<0.01%的激光器光功率变化，进而可在单片机中进行调节。同样设D/A转换器的输出电压经V-I变化后的满量程电流为150mA，则驱动电流的最小可调节量为150/2 14=0.01mA。

    3．3 电压/电流转换

    由于上述D/A转换器的输出无缓冲，故采用运放与场效应管组成的共源放大电路。其中运放对输出有缓冲作用。

    图4电路中V1为D/A的输出电压，场效应管的漏极-源极的电流（即LD的驱动电流）为：

    由上述可见，驱动电流由V1及小电阻Rs决定。在实际中取Rs为30Ω的高精度电阻，则由上式可得满量程电流为150mA。由于LD正常工作时，其压降为2V左右，所以这样设计驱动电流最大值不会超过100mA，对LD可以起到保护作用。故驱动电流在0～100mA之间可调。由上式可见，最大驱动电流可以通过调节Rs的大小来得到，设计灵活性较大。

    此外，电路中单片机与计算机间通过RS232串行口进行通信，采用的RS232收发器为MAX3232。计算机通过串口可对LD的初始驱动电流、参考监测电压进行设置，还可以对PID数字调节器的比例、积分、微分系数进行设定，这样可以方便快捷地整定出调节器的参数。存储器中存放一些设定参数以及暂存PID运算的中间结果。

数字PID调节

    PID调节器控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数字模型便可调节。其输入e(t)与输出u(t)间的关系为：

    为了实现编程，将上式写成离散化，可写出第k次采样式PID的输出表达为：

    式中，E（k）为第k次采样式的偏差值。设监测电压设定值为V0set，差分放大器第k次输出的采样值为Vo(k)，则：

    E（k）=Voset-Vo(k)     (5)

    为程序设计方便，将式（4）作进一步改进，设比例输出为：Up(k)=KpE(k),积分项输出为：Ui(k)=K1E(k)+P1(k-1)，微分项输出为：UD（k）=Kd[E(k)-E(k-1)],那么式（4）可写成：

    U（k）=Up(k)+Ui(k)+UD(k)     (6)

    式（6）即为离散化的位置型PID编程方式，一般采用浮点运算。当Kp、KI、KD分别给出且存放在指不定期的内部RAM中时，则完成式（6）位置型浮点运算PID运算程序的流程图如图5所示（初始化程序设置初值使E（k-1）=UI(k-1)=0）。

    在PID三种作用中，比例作用可对偏差作出及时响应；积分作用主要用来消除静差，改善系统的静态特性；身分作用主要用来减少超调，克服振荡，使系统趋向稳定，加快系统的动作速度，减少超调时间，改善系统的动态特性。若能将三种作用的强度配合适当，可以使控制器快速、平稳、准确，从而获得满意的控制效果。PID调节器的参数整定可以使用扩充临界比例度法。

    该设计将经典PID控制理论融入激光二极管功率控制中，采用数字调节方式，初始驱动电流（LD输出功率）可设置，最小电流可调量小，调节精度高，最大驱动电流可变。将该驱动电路与温度控制电路配合使用（LD的阈值电流和输出功率受工作温度的影响较大），可使激光二极管输出功率高度稳定且可调。