基于CAN总线的GaAs光电阴极制备测控系统

流控制模块结构框图如图4所示。电源有一个10K的粗调电位器和一个1K的细调电位器，分别用10K和1K数字电位器X9C103、X9C102取代，图4中两个数字电位器是串联在一起的，这种接法可使电流控制精度更高，而实际控制精度超过了模拟电源的三位显示精度，这完全能满足系统对电流控制精度的要求。数字电位器或模拟电位器的选择可由微控制器输出控制信号，经过驱动后控制双刀双掷继电器来确定。微控制器也可以输出控制信号来控制继电器接通或断开模拟电源的外接220V供电电源，从而实现铯（氧）源电流的通断，同时由于控制的是220V交流电源，在微控制器和驱动器之间必须进行光电隔离。计算机可通过上述方式来实现阴极制备过程中的自动铯氧交替。

　图4　铯（氧）源电流控制模块结构框图

　3 测控系统软件设计

　　3.1 USB-CAN转换器软件设计

　　USB与CAN总线转换器软件主要进行USB与CAN总线的协议转换，在测控设备与计算机之间实现通信，其软件设计主要包括CAN和USB接口芯片的初始化以及CAN与USB报文的发送和接收。USB与CAN总线控制器芯片分别采用CH372和SJA1000，CH372有内置固件模式，使用非常方便。USB与CAN总线报文的接收均采用中断方式来实现，这种方法能保证最快的响应速度，提高通信效率。接收到的USB报文可通过CAN总线直接发送给测控设备，而接收到的CAN报文则通过两步来发送给计算机，先通过USB中断传输触发计算机的中断服务程序，后通过批量传输将CAN报文发送给计算机，这种方式可实时触发计算机进行采集数据的处理，提高计算机的响应速度。

　　3.2 多信息量测控软件设计

　　多信息量测控软件分测试软件和控制软件。测试软件的功能是将设备数码管上显示的数据取出，经组合和译码后转换为被测信息量。测试软件设计的关键在于控制CD4052依次选通各个数码管分多次输出显示信息，然后将这些信息组合在一起，然后通过查找笔型码表就可以得到设备显示的真空度或电流大小。控制软件的功能是通过数字电位器和继电器实现铯（氧）源电流大小和通断的控制，其中控制软件设计的重点是电流大小的控制。由于电源输出电流与电位器的阻值不一定呈线性关系，而且不同电源的情况也不尽相同，所以控制算法应有一定的适应性。借鉴人工调节电流时的经验，控制软件中采用的是两步调节算法，先"粗调"后"细调"。两步调节法先计算电流设定值和当前值的差值，若相差较大，则进行"粗调"（调节X9C103）。若差值已经落到X9C102的调节范围内时，则进行"细调"（调节X9C102），细调时用"拆半"调节法（与拆半查找法类似）使电流快速接近并达到设定值。采用上述的两步调节算法能保证输出电流的调节时间短，控制精度高。

　　3.3 计算机软件设计

　　计算机部分软件共由三大模块组成，包括多信息量测控模块、信息显示模块和性能参数计算模块，其中多信息量测控模块包括光电流的A/D采集、真空度的采集、铯（氧）源电流的采集与控制。光电流由计算机控制定时进行采集，真空度和铯（氧）源电流的采集则不同，它由真空计或电源在其显示信息变化时主动向计算机发送，计算机接收后更新显示或进行数据处理。为了能保证计算机及时接收到设备发来的信息，我们在软件中采用了伪中断和多线程技术。伪中断服务程序是由CH372驱动程序中断后通过动态链接库（DLL）在应用层模拟调用的，能及时响应USB中断传输，多线程则能实现多个任务的并行处理，提高响应速度和处理效率。性能参数计算模块主要对测试结果进行分析处理，得到想要的各种制备工艺或阴极的性能参数。

　　4 结束语

　　CAN总线在GaAs光电阴极制备测控系统中的应用成功的解决了系统测控信息量多，对可靠性和实时性要求高的难题，该测控系统的研制成功将有利于对GaAs光电阴极制备工艺进行深入的理论研究，促进提高GaAs光电阴极的制备水平，该系统具有良好的应用前景和推广价值。