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/數轉換;

　　3.2 模/數轉換電路

　　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/數轉換芯片?；咎攸c和主要參數如下：

　　帶有內部采樣保持的完全12位逐次逼近(SAR)型模/數轉換器;采樣頻率為100 kHz;轉換時間為10 μs;數據可并行輸出，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,數字部分為+5 V.

　　如圖7 所示，AD1674 的數據輸出端口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 位數據轉換;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/數轉換狀態(tài)，而STS為低電平時，模/數轉換結束，可以讀取轉換數據;由于只采用8個輸入端口讀數據，故轉換的12位數據需要分兩次讀出：即先將R/C、A0端口(5、4)電平置高，讀低4位數據至單片機，然后將A0端口電平置低，讀高8位數據至單片機。

　　3.3 單片機控制電路

　　單片機是整個電路系統(tǒng)的核心部件，其作用是控制實驗過程和數據的轉換、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，信號經電流驅動后調制激光器發(fā)光。

　　3.3.2 數據存儲和串行傳輸

　　(1)數據存儲

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

　　(2)數據傳輸

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

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

　　即采集的一組數據，每個字節(jié)中前2位為標識位，后6位為數據位，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軟件讀取數據。最后經數學處理，得到表示x,y 位置信息的數字電壓值。

　　3.4 實際電路

　　圖9為數據采集、信號傳輸及過程控制單片機電路的實物圖。

　　4 結論

　　本文先通過介紹高精度光電位置傳感器PSD的工作原理，并根據實際選取的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輸出信號數據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據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定位精度、輸出特性、抗干擾措施等研究奠定基礎。