圖5中，使能端EN（3）與+5 V相連，使其始終處于工作狀態(tài)；信號輸入端S1~S4（13、11、10、9）分別與PSD輸出信號Diff X、Diff Y、Sum X、Sum Y 相連；輸入信號選擇端A0、A1（16、1）分別由Mgea16 單片機的I/O 口PC3（25）、PC4（26）控制、A2（4）與GND相連，依序選通4路輸入電壓信號，送至圖6所示的電壓跟隨器后進入AD1674進行模/數(shù)轉換；

　　3.2 模/數(shù)轉換電路

　　AD1674是美國AD公司推出的一款12位帶并行微機接口的逐次逼近型模/數(shù)轉換芯片?；咎攸c和主要參數(shù)如下：

　　帶有內部采樣保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/數(shù)轉換器；采樣頻率為100 kHz;轉換時間為10 μs;數(shù)據(jù)可并行輸出，采用8/12 位可選微處理器總線接口；采用雙電源供電：模擬部分為±12 V或±15 V,數(shù)字部分為+5 V.

　　如圖7 所示，AD1674 的數(shù)據(jù)輸出端口DB4~DB11（20~27）與單片機的PB口（1~8）相連；AD1674工作狀態(tài)由邏輯端口（2~6）控制，其真值見表1.

　　由單片機控制CE 為高電平，CS、R/C、A0 為低電平，啟動12 位數(shù)據(jù)轉換；轉換狀態(tài)輸出端口STS（28）與單片機的PD2（16）相連，當STS為高電平時，AD1674處于模/數(shù)轉換狀態(tài)，而STS為低電平時，模/數(shù)轉換結束，可以讀取轉換數(shù)據(jù)；由于只采用8個輸入端口讀數(shù)據(jù)，故轉換的12位數(shù)據(jù)需要分兩次讀出：即先將R/C、A0端口（5、4）電平置高，讀低4位數(shù)據(jù)至單片機，然后將A0端口電平置低，讀高8位數(shù)據(jù)至單片機。

　　3.3 單片機控制電路

　　單片機是整個電路系統(tǒng)的部件，其作用是控制實驗過程和數(shù)據(jù)的轉換、存儲與傳輸。本實驗采用ATMEL 公司的Atmega16單片機，其引腳及功能如圖8所示。

　　3.3.1 信號控制

　　單片機的PC1 口（23）接7407 同相緩沖器，信號經(jīng)電流驅動后調制激光器發(fā)光。

　　3.3.2 數(shù)據(jù)存儲和串行傳輸

　?。?）數(shù)據(jù)存儲

　　如圖4 所示，單片機的PB 口（1~8）與AD1674 的數(shù)據(jù)輸出端（20~27）相連，為A/D 轉換后的數(shù)字電壓輸入口，每次傳輸8位數(shù)據(jù)。由3.2節(jié)可知，電壓信號經(jīng)A/D轉換后為12位數(shù)字信號，需分為2次傳輸，而單片機也需要2個字節(jié)存儲1個數(shù)據(jù)。即采集PSD輸出的Diff X、DiffY、Sum X、Sum Y 等4個數(shù)據(jù)需要8個字節(jié)存儲。

　　（2）數(shù)據(jù)傳輸

　　由于采集的數(shù)據(jù)在單片機中是連續(xù)存儲的，因此數(shù)據(jù)通過RS 232 串行傳輸至計算機時，需對采集的數(shù)據(jù)進行分組、加標識，以免數(shù)據(jù)組合時發(fā)生錯誤。

　　表2給出了對Diff X、DiffY、Sum X、Sum Y 4個12位二進制數(shù)據(jù)編碼的規(guī)則。

　　即采集的一組數(shù)據(jù)，每個字節(jié)中前2位為標識位，后6位為數(shù)據(jù)位，并且只對前4個字節(jié)的標識位進行編碼。

　　Mega16單片機的串行通信端口RXD（14）和TXD（15）分別與MAX232串行通信芯片[8]的RXD（11）和TXD（12）端連接，通過串口實現(xiàn)與計算機的通信，并可在計算機中使用串口調試工具Comtools軟件讀取數(shù)據(jù)。經(jīng)數(shù)學處理，得到表示x,y 位置信息的數(shù)字電壓值。

　　3.4 實際電路

　　圖9為數(shù)據(jù)采集、信號傳輸及過程控制單片機電路的實物圖。

　　4 結論

　　本文先通過介紹高光電位置傳感器PSD的工作原理，并根據(jù)實際選取的SiTek公司出品的SPC01型PSD的結構及輸出特性，然后提出了一種基于單片機技術的PSD輸出信號數(shù)據(jù)采集電路的設計方案。該設計方案中的電路在保證有效對數(shù)據(jù)進行快速采集的基礎上，具備結構簡單、成本低廉、體積較小等優(yōu)點，適合在實驗室條件下進行實驗操作，為后續(xù)的PSD定位、輸出特性、抗干擾措施等研究奠定基礎。（作者：俞睿，朱祺，郭倩，劉小兵，吳文華）