[发明专利]一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统

说明书

本发明公开一种透射电子显微镜原位光‑电样品杆光源供电电路系统，主控MCU模块通过UART接口模块接收上位机输出的工作模式和预置电压量，并控制数模转换电路将预置电压量由数字信号转化为模拟信号，经放大电路进行输出，以该电压量调节LED光源的电压；所述采样电路采样LED光源的输出电压，并送入模数转换电路转换为数字信号后，由主控MCU模块利用PID算法比较输出电压幅值与预置电压量之间的偏差，根据该偏差对LED光源进行实时调节，从而将LED光源的输出电压调整至预置电压量。此种系统结构简单，输出电压范围为0‑5V。本发明还公开一种能够使电源电压在电脑端可视化、可移植的上位机软件设计方法。

技术领域

本发明属于透射电子显微镜中原位光–电样品杆控制电路领域，具体来说，涉及一种光源供电电路系统的设计方法，实现透射电子显微镜原位光–电样品杆的两种工作模式。

背景技术

透射电子显微镜是利用入射电子与样品的原子核及核外电子相互作用产生的散射信号进行工作的显微仪器。通过透射电子显微镜，能够获取样品材料的高分辨显微图谱、电子衍射图和电子能量损失谱等，对样品的微观形貌、晶体结构和化学组分进行表征。由于其具有高放大倍数和高分辨等优越性能，在病毒学、材料科学、纳米技术、半导体研究等领域有着广泛的应用。近年来，随着透射电子显微镜原位力、电、热、光等样品杆的出现，研究者们能够在透射电子显微镜中原位观察材料在力场、电场、热场、光场等作用微观结构与物相组分的演化过程。目前，对于透射电子显微镜原位光-电样品杆的设计，是对原位电学样品杆Nanofactory STM-TEM进行改造，制备能够引入不同波长LED光信号的堵片，并对其实现电源控制。然而，该电源信号的控制系统存在着以下问题：

①利用MSP430F2618主控MCU的单片机开发板，存在模块冗余、面积大和成本高的问题；

②LED供电电压大小的调节需要手动调节滑动变阻器，操作不便；

③通过焊接的4x4矩阵键盘和LCD屏幕，输入并显示电源工作模式和工作参数，制作过程复杂且可移植性差。

上述问题导致透射电子显微镜原位光–电样品杆电源电路系统存在着操作复杂、可移植性差等问题，对其量产与维护造成了很大阻碍。因此，如何减少电路的冗余模块、如何设计可移植的上位机软件直接控制电源驱动模块，实现原位光-电样品杆不同的工作模式成为研究的重点。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，其结构简单，输出电压范围为0-5V。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种透射电子显微镜原位光-电样品杆光源供电电路系统，包括主控MCU模块、数模转换模块、模数转换模块、UART接口模块、采样电路和放大电路；

主控MCU模块通过UART接口模块接收上位机输出的工作模式和预置电压量，并控制数模转换电路将预置电压量由数字信号转化为模拟信号，经放大电路进行输出，以该电压量调节LED光源的电压；所述采样电路采样LED光源的输出电压，并送入模数转换电路转换为数字信号后，由主控MCU模块利用PID算法比较输出电压幅值与预置电压量之间的偏差，根据该偏差对LED光源进行实时调节，从而将LED光源的输出电压调整至预置电压量。

上述主控MCU模块采用STM32F407VET6芯片。

上述放大电路采用运算放大芯片AD623。

上述上位机输出的工作模式包括恒定电压输出和方波输出。

上述输出的恒定电压通过电脑键盘直接输入电压值，或通过按钮连续改变电压值进行设置。

上述输出的方波信号通过电脑键盘设置方波的电压幅度、频率和占空比。