摘 要

20世纪中期出现了激光这一个重要的科学技术。在20世纪90年代，激光被俄罗斯用在了医疗保健领域，并将激光作为医疗设备带入了太空。引起了国际社会对激光的重视和研究。研究发现，低强度的激光对人体具有很好的医疗保健功效，得到了很多国家医疗机构的认可。

本文从软硬件来分析系统组成。本次硬件采用STM32作为控制核心，主要利用STM32来驱动LCD、按键和激光输出功率。激光输出功率主要是由STM32产生的PWM控制的。同时还有激光驱动电路等。软件部分采用UCOS-II操作系统。使用操作系统的优势是维护方便、便于多界面编程。在本次项目中，主要有连续运行界面、间歇运行界面、连续运行30min和连续运行60min这四个使用界面，给使用者提供良好的人机交互。由于激光在使用过程中会出现偏差，所以设置了校准运行界面，便于工程人员对激光输出功率校准。

关键字：半导体激光；单片机；PWM；操作系统

Abstract

In the middle of twentieth Century, science and technology are very important .In 1990s, the laser was used in the field of medical care, and the laser as a medical device into space. It is found that the low intensity laser has good health care function to the human body, and it has been recognized by many countries.

The design from two aspects of hardware and software analysis. The hardware uses STM32 as the control core, the main use of STM32 to drive LCD, buttons and laser output power. The output power of the laser is mainly controlled by PWM generated by STM32. At the same time there are laser driver circuit. The software part adopts UCOS-II operating system^[1]. The advantage of using the operating system is easy to maintain, easy to multi interface programming. In this project, mainly has the continuous operation interface, the intermittent operation interface, the continuous operation of 30min and continuous operation of the four 60min interface, to provide users with good human-computer interaction. Because of the deviation in the process of using the laser, the calibration operation interface is set up, which is convenient for the engineering personnel to calibrate the laser output power.

Keywords: semiconductor laser; single chip microcomputer; PWM; operating system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 半导体激光的发展现状 1

1.2 半导体激光治疗仪治疗原理 1

1.3 半导体激光治疗仪应用 3

第2章 功能分析和核心硬件 5

2.1 功能分析 5

2.1.1 硬件功能需求 5

2.1.2 软件功能需求 5

2.2 STM32简介 6

2.2.1 STM32背景 6

2.2.2 STM32内部资源 6

第3章 硬件设计 8

3.1 硬件整体设计 8

3.2 单片机最小系统 8

3.2.1 电源电路 8

3.2.2 晶振电路 10

3.2.3 复位电路 10

3.2.4 下载电路 11

3.2.5 启动模式设置 11

3.3 按键电路 12

3.4 液晶显示电路 13

3.5 激光驱动电路 14

3.5.1 激光慢启动电路 14

3.5.2 激光控制电路 15

3.5.3 激光驱动电路简化 16

第4章 半导体激光治疗仪软件设计 17

4.1 编译环境简介 17

4.2 操作系统简介 17

4.3 系统软件设计 18

4.3.1 软件系统框架 18

4.3.2 看门狗任务 19

4.3.3 界面刷新和界面相应任务 20

4.3.4 按键键值任务 23

第5章 实物制作与测试 24

5.1 实物制作 24

5.2 实物功能界面 25

5.3 实物工作测试结果 27

5.3.1 激光输出功率 27

5.3.2 校准系数存储 27

第6章 总结与展望 29

致 谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1 半导体激光的发展现状

在20世纪八十年代初，半导体物理发展迅速，人们根据最新的半导体研究成果，采用了新的激光结构以及新的激光制造工艺，使激光晶体的厚度可以和原子层厚度相媲美。这种使用新出的方法做出的激光，相对以前就有很多的优势，比如照射能量增强、电光转化率增大、稳定照射时间加长。

第一台激光设备是在七十年代出现，结构和我们熟知的二极管比较相似，是按照PN结的结构进行改进所得，所以只有在低温的情况下，脉冲形式工作。后来随着理论和制作工艺的发展，激光才真正实现了在室温下长时间正常工作。

在七十年代末期，激光的主要发展方向主要有两个，第一是用来传输信息，第二是用来提供稳定的功率。

在信息传输领域的激光器发展迅速，特别是在光纤通信领域，取得了巨大的进步，光纤逐渐替代了传统的数据传输线，改变了我们每一个人的生活。并且用来传输激光数据的设备或者原件，工作稳定、抗干扰能力强。

九十年代初，单个激光的功率超过100mv。1992年，美国的先进技术把激光的输出功率又提高了很多，现在输出功率高达1000W以上的激光早已面世，激光功率的提高，使其应用的范围越来越广。

1.2 半导体激光治疗仪治疗原理

半导体激光做成技术很简单，有着价格很低、容易做成、发出光的波长范围很宽等优势。与其他激光器相比有体积小、稳定工作时间长、输出功率可调等优点。因为半导体激光有它得天独厚、无法取代的优秀特点，让它在治疗行业大放光彩。

用半导体激光照射病人有问题的部位，可以达到减轻炎症和减少疼痛的作用。同样的病症使用特点不一样的激光可以实现不同的疗效，照射功率很大的设备我们乃至可以代替传统手术刀具进行组织切割。激光照在有问题的人体部位出现的吸收数量、反射^[2]数量等因素与照射激光的波长有着密不可分的关联。对医疗效果起着重要作用的是激光和人体组织的作用方式，所以机体对激光照射产生热效应与机体组织的作用方式、机体特性和激光波长等有关。暂且可以用组织的局部温度来进行描述。