应用C8051F350的冷阴极荧光观片仪调光系统设计

引 言

跨入21世纪以来，信息的世界变换迅速，说不定今天出了某高科技产品明天就会有更优秀的同类产品面世。其中电子计算机科学技术更新周期大概就是2到3年。随着电子计算机等科学技术的发展，医疗设备的现代化、智能化研究越来越受到人们的关注，大量的科学家及工程技术人员都积极地投入到这一场医疗设备的革命中，其中，对各种类型射线底片观片设备的研究也是医疗设备开发的重点。由于传统的观片设备亮度低、均匀性差、容易引起视疲劳等缺点，已经不能满足现代化医学诊断的要求。利用CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp）开发的观片仪具有结构简单、灯管表面温升小、灯管表面亮度高、使用寿命长、显色性好、发光均匀等优点。医疗设备至关重要。拥有好的医疗设备，有些不能做的手术就能做了，能做的手术其成功概率也会大大提升。

本文我们介绍的是一种以C8051F350单片机作为主控芯片的全自动CCFL观片仪亮度调节系统。当环境光强发生变化后，该系统能够使观片仪的背景照明光强与环境光强比值保持最佳，观测者看到的射线底片内容最为清晰而且不容易产生视觉疲劳。观片仪亮度与环境光强的比值最初可由观测者根据自己的具体情况设定。该系统还可以实现观片仪的自动开关，插入射线底片后自动点亮观片仪，当系统闲置时，观片仪会自动关闭进入省电模式，延长了冷阴极（是指无需把阴极加热，而是利用电场的作用来控制界面的势能变化，使阴极内的电子把势能转换为动能而向外发射。）灯管的使用寿命。与传统的相比有很大的优势。既保证了医生观片的准确，也保证了医生本身的视觉疲劳问题。毕竟医疗方面的事情不容忽视，医生的诊断结果关乎着许多人的生活，一点点的错误会带给1个甚至几个家庭带来悲剧。

1 CCFL观片仪调光原理

利用CCFL开发的观片仪是一种由冷阴极高频光源通过液晶背光技术（LCD）产生大面积的高亮度、均匀性好、噪声低的环保节能设备。采用CCFL背光照明技术，将线光源转变为亮度均匀的面光源。CCFL发光强度由DC／AC逆变器控制，通过改变逆变器控制电压从而改变CCFL的发光强度。为实现环境光强变化后观片仪能够自动调节到最佳观测亮度，利用光电传感器动态采集环境光强，由C8051F350对信号进行A／D化，根据一定的算法处理后输出CCFL控制的电压，达到自动调光的目的。使医疗设备在工作时给出最适合当时环境的光且光的强度稳定。

2 C8051F35简介

C8051F350是一款完全集成了单片复合信号系统的微控制器。C8051F350集成了24位8通道ADC和8位2通道DAC。C8051F350结合了高度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量8051 CPU，是模拟和计算密集型应用的理想选择。

C8051F350单片机主要特性：

（1）高速流水线结构的8051兼容的CIP-51内核，最高50MIPS执行速度；

（2）全速非侵入式的系统调试接口（片内，C2接口）；

（3）24位1ksps的8通道单端/差分ADC，带模拟多路器；

（4）2路8位电流型DAC；

（5）高精度可编程的24.5MHz内部震荡器；

（6）8KB字节可在系统编程的FLASH存储器；

（7）768（512+256）字节的片内RAM；

（8）硬件实现的SPI，SMBus/IIC和UART串行接口；

（9）4个通用的16位定时器；

（10）具有3个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；

（11）片内上电复位，看门狗定时器，2个电压比较器，VDD监视器和温度传感器；

（12）17个I/O端口；

（13）-40~85度工业级温度范围；

（14）2.7V~3.6V工作电压，LQFP32封装；　

3 硬件设计

观片仪控制系统主要由自动开关、调光控制、通信接口三部分构成，系统框图如图1所示。系统以C8051F350为主控芯片，红外对射管实现观片仪的自动开关。单片机通过实时采集环境光强和背景照明光强，实现观片仪亮度的动态调节。通信部分则采用RS 232接口方式，主要完成系统参数的设置以及固件程序的在系统升级（ISP）。

3.1 红外对射管

观片仪自动开关由红外对射管传感器实现。当红外对射管之间插入射线底片后，红外接收管则输出信号，程序检测到该信号从而打开CCFL；当系统闲置时，观片仪则自动熄灭。由此可以更好地节约电能，从而达到低消耗的目的。相信与传统的观片仪相比会有很大的改观。

红外对射管选择霍尼韦尔公司的SEP8505-002，其工作波长为935nm，材料为GaAs（砷化镓），发光功率为7.8mW／cm（流明），光谱宽度为80 nm，正向压降为1.5V，输出电流为20 mA。与其配对的红外接收管为SDP8405—002，功率为70 mW，工作方式为三极管射极跟随输出方式。光电接收管的输出饱和电流为0.4 mA，CE极的饱和电压为0.4V，红外检测电路见图2。

3.2 光强信号采集与调理

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