四象限光電探測器是把四個性能完全相同的光電二極管按照直角坐標要求排列而成的光電探測器件，常用于激光制導或激光準直中。目前在光電探測系統中廣為使用的多元非成像光電探測器多為四象限光電探測器件（以下簡稱四象限）。它包括各種規格的硅光電池以及類型各異的四象限光電二極管，如四象限PIN光電二極管、四象限雪崩光電二極管等。優質廠商主要有上海歐光OTRON品牌等。

一、原理

四象限光電探測器實際由四個光電探測器構成，每個探測器一個象限，目標光信號經光學系統后在四象限光電探測器上成像，如圖1。一般將四象限光電探測器置于光學系統焦平面上或稍離開焦平面。當目標成像不在光軸上時，四個象限上探測器輸出的光電信號幅度不相同，比較四個光電信號的幅度大小就可以知道目標成像在哪個象限上（也就知道了目標的方位），若在四象限光電探測器前面加上光學調制盤，則還可以求出像點偏離四象限光電探測器中心的距離或θ角來。

信號通過放大和調理后由由A/D轉換器（本系統中采用ADS7864）采樣轉換成數字量送入單片機，由單片機處理后得到目標的方位，并根據實際系統的需要輸出方位控制指令。

二、電路設計

根據實際系統的需要，A/D轉換器用ADS7864，單片機用最常見的89C51。

這里對ADS7864作一介紹。ADS7864是TI公司生產的12bit高性能模數轉換器，片上帶2.5V基準電壓源，可用作ADS7864的參考電壓。每片ADS7864實際由2個轉換速率為500ksps

的ADC構成，每個ADC有3個模擬輸入通道，每個通道都有采樣保持器，2個ADC組成3對模擬輸入端，可同時對其中的1～3對輸入信號同時采樣保持，然后逐個轉換。由于6個通道可以同時采樣，很適合用來轉換四象限光電探測器的4路光電信號，剩下2個通道作系統擴展用。

*下面主要介紹電路中的信號采樣轉換和處理部分。

ADS7864前端調理電路

模數轉換器的前端調理電路縮放和平移要采樣的信號，通過調理后的信號適合A/D轉換器的模擬輸入要求。圖3是ADS7864一個輸入通道的前端調理電路，

ADS7864模擬輸入通道的+IN和-IN的最大電壓輸入范圍為-0.3V～+5.3V（ADS7864 +5V供電）。圖3的電路中使用了2個運放，A1用作跟隨器，用來緩沖ADS7864輸出的2.5V基準電壓源；A2和四個電阻構成了信號調理網絡，適當配置R1～R4電阻可以實現對輸入信號Vi的縮放和平移以適合ADS7864模擬通道的輸入要求。+IN端的輸入電壓表示如下：

ADS7864與單片機連接電路

ADS7864轉換后的結果通過DB0～DB15輸出，若將BYTE引腳接高電平，則每個結果分兩個字節從DB0～DB7讀出，用8位的單片機讀取非常的方便。為了避免89C51對ADS7864的干擾，用一片74HC244緩沖器來連接89C51的P0口和ADS7864的DB0～DB7，控制ADS7864的信號/HOLDA～/HOLDC、A0～A2也是通過89C51的P0口輸出，用一片74HC373來鎖存這些控制信號。圖4是89C51與ADS7864的連接電路圖，其中略去了其它的一些電路連接。

系統采用89C51的P2.7尋址ADS7864，地址為8000H，同時用這個地址信號配合89C51的/WR和/RD信號作74HC244和74HC373的使能信號。要求當89C51的/RD=0，P2.7=1時才開啟74HC244，讀取ADS7864的轉換結果；當89C51的/WR=0，P2.7=1時74HC373才鎖存89C51 P0口上的數據信號，實現往ADS7864的控制端寫數據，其它時候74HC244和74HC373都是關閉的，這樣避免了89C51 P0口上的其它信號對ADS7864的干擾。采用鎖存器74HC373來連接89C51和ADS7864的原因是為了在ADS7864轉換數據的時候保持/HOLDA～/HOLDC、A0～A2端的電平保持不變，免得影響ADS7864轉換數據的精度。74HC244和74HC373的使能信號真值表如下：

根據真值表，可以用圖4中的邏輯電路來實現這兩個使能信號。系統的最終目標就是獲取數據，然后計算得出結果。89C51控制ADS7864轉換和讀取轉換結果的代碼如下：

啟動轉換后，在讀取數據前需要延遲的指令周期數需根據89C51和ADS7864的運行速度來決定。有關計算目標方位的代碼和算法這里就不再敘述。

三、 結束語

使用本文提出方案設計的方位探測儀器具有簡單有效、靈活易擴展、體積小、使用方便等特點，可以應用在很多需要測量目標方位的領域。