一種新穎的MEMS光開關測量平臺的設計與實現

3.2 信號放大部分

單片機輸出的方波信號高電平時只有5V左右，而輸出要達到40～70V，普通的三極管放大電路不能承受這么大的電壓。因此在設計中采用MOS管，而且MOS管有很好的開關性能，會使輸出波形很好。電路如圖5。

由LM317搭建的穩(wěn)壓電源（見圖6）提供40～ 70V的直流電壓Vcout。這個直流電壓輸出值可由圖中的滑動變阻器WR調整。Vcout通過上拉電阻加在 MOS管的漏級上，這樣當MOS管工作在開關狀態(tài)時，從漏級的輸出的電壓就在0V和 Vcout之間變化，就由此產生幅值為V cout的方波信號?？梢?，只要單片機輸出的方波信號可控制MOS管的開關狀態(tài)，即可使輸出高幅值的方波信號與單片機由軟件設計輸出的方波同頻率同占空比。但是單片機輸出的信號大約在5V左右，若與后面加有高達40～70V電壓的MOS管直接相連，這樣當MOS管后級短路輸出的高壓很容易被引入單片機內，將單片機燒壞。因此必須采用措施避免這種危險的發(fā)生。在此設計中采用光耦使得后面輸出的高電壓與單片機工作時的5V低壓安全隔離開。

3.3 終信號幅值的測量

最后輸出的信號為方波信號，要想直接測量輸出的峰峰值很困難。但分析完電路不難發(fā)現當MOS管截止時，MOS管的輸出 Vout與穩(wěn)壓源提供的Vcout 幾乎相等。由此可知可以通過測量穩(wěn)壓源輸出的V cout直流電壓，即可得MOS管輸出方波信號的峰峰值。

在測量電壓值不是很精確的情況下，可直接把穩(wěn)壓源提供的Vcout經電阻按比例分壓，分出的電壓通過A/D轉換器和單片機處理，所得的結果乘以比例系數，即可得 Vcout的實際電壓值。將這個值直接送顯示部分，則很直觀的顯示出方波峰峰值。在我們實際設計的儀器中，顯示的Vout測量值與空載時的輸出值誤差不超過±0.5V。證明在測量電壓值要求不是很精確的情況下，這種方案是方便可行的。

3.4 主控平臺和顯示部分

從總體來看，產生信號的部分和最終信號幅值測量顯示部分是各自獨立分開的，由兩個AT89C2051分別完成形成一個簡單的分布式結構。這樣的結構提高了整個軟件部分的穩(wěn)定性。

主控平臺由第一個AT89C2051來完成，直接控制方波信號的產生，而且還包括方波信號的頻率、占空比的設置和顯示，提供友好的人機接口。

對于輸出的信號，應該給用戶盡量直觀的結果， 在主控平臺提供頻率和占空比顯示的同時，還應使用戶直觀準確地知道輸出信號幅值，這樣在用戶沒有第三方的測量儀器的情況下，對儀器操作非常方便和精確。這部分的工作就由第二個 AT89C2051和A/D轉換器AD0804配合完成。

單片機核心部分源程序如下：
… …
//generate pulse signal
//period= the period of pulse signal
//positive=the length of positive voltage
timer0() interrupt 1 using 1 {
unsigned int temp;
out=1; //output VOH
temp=65535-period;
TL0=temp; //set value for timer0
TH0=temp>>8;
temp=65535-positive;
TL1=temp; //set value for timer1
TH1=temp>>8;
TR1=1;
TR0=1; //start timer1, 0
}
timer1() interrupt 3 using 2 {
out=0; //timer1記滿,output VOL
TR1=0; //stop timer1
}
…
4 結語

測量懸臂和扭臂驅動的光開關的驅動電壓是在制作微機械光開關過程中比較繁瑣的程序，本測量平臺采用單片機控制脈沖頻率的方法來選擇器件。與傳統(tǒng)方法相比，具有精度高、可靠性強、成本低、易操作等優(yōu)點。本測量平臺經過吉林大學集成 光電子學國家重點聯合實驗室近半年的使用，系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好，是一種省時高效的測量方法。