基于单片机的迈克耳孙干涉仪自动计数装置

2010-01-26付喜锦李本印

物理通报 2010年2期

付喜锦李本印

(陇东学院物理与电子工程学院甘肃庆阳 745000)

迈克耳孙干涉仪是根据光的干涉原理制成的近代精密仪器之一[1]，可用来观察各种干涉现象(等倾、等厚和白光干涉等) ,测定单色光波长、钠黄光的双线波长差、透明介质薄片或空气的折射率及镀膜厚度等.在多年的实验教学中发现, 当用(WSM-100型)迈克耳孙干涉仪观察等倾干涉条纹，测量激光波长时，需要记录500个条纹，才能满足实验要求.这样长时间注视激光干涉条纹，使实验者感到眼花缭乱，不能清晰准确看到条纹“涌出”或“陷入”.针对此问题，很有必要为迈克耳孙干涉仪设计一种能够记录条纹“涌出”或“陷入”个数的自动计数装置.

1 干涉条纹计数原理及设计方案

以(WSM-100型)迈克耳孙干涉仪观察等倾干涉条纹并测量激光波长实验为例，先调整好迈克耳孙干涉仪，再通过转动迈克耳孙干涉仪的“微调手轮”，改变动镜M1的移动距离d，记录在动镜M1改变量Δd内“涌出”或“陷入”的干涉条纹个数N，就能计算出单色光波长λ[2]

2 硬件系统设计

2.1 硬件结构

硬件部分由主控模块、光电转换器模块、显示模块、键盘模块及步进电动机模块组成，如图1所示.

图1 硬件系统框图

2.2 功能分析与实现

主控模块采用AT89C51型单片机[3].单片机P0、P1、P2、P3口(除P3.2外)作为基本输入/输出，完成键盘输入、显示输出、电机控制输出等功能.各部分功能如下.

显示模块显示计数器状态和计数值，采用4个八段数码管[4].一个用于显示计数状态，由AT89C51的P2.0口控制，1为计数状态，0为非计数状态，其他三位用于计数值显示，由AT89C51的P2.1～P2.3口控制，采用动态显示模式.

键盘模块采用非编码独立键盘.其中，“计数”、“后退”、“前进”和“复位”开关均采用轻触按钮，集中安装于主机控制箱面板之上.“检测1”和“检测2”开关采用轻触开关，分别安装于动镜M1的起始和终止位置，防止动镜M1移动超出许可范围.它们将指令信息输入到AT89C51的P3.3～P3.7口，为主控模块发送指令.

步进电机选用SH系列二相步距角为0.9°/1.8°的恒流电机，驱动模块采用NJM6219.驱动器输入由AT89C51的P1(除P1.3, P1.6, P1.7)口提供.其中，P1.2口控制电机正转、反转，P1.0～P1.1和P1.4～P1.5口控制电机功率.所以，步进电机模块接受主控模块指令，控制M1镜前进、后退和停止等操作.

3 软件设计

3.1 软件结构

软件采用汇编语言编写[5]，包含初始化模块、显示模块、键盘扫描模块、中断服务模块等.均固化在AT89C51片内ROM中.主程序流程如图2所示.

图2 主程序流程图

3.2 软件功能与实现

初始化部分提供中断设置、计数器缓存、显示缓存清零等功能.

显示模块采用动态扫描把显示缓存中的数据显示于数码管.

图3 中断服务程序流程图

键盘扫描模块逐个判断按键状态，并依据键位控制电机作预定动作.中断服务模块用于处理接收到的中断请求信号.在动镜M1移动过程中，“涌出”或“陷入”一个条纹，即一个中断请求脉冲到来，中断服务程序依据计数状态F0(1为计数状态，0为非计数状态)确定计数或修改显示缓存有关位，用于状态显示.中断服务程序流程如图3所示.