基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計(jì)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計(jì)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法MSP430F2272單片機(jī)具有多路模擬輸入復(fù)用端口的片上集成10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)測(cè)量多路光信號(hào)功率的功能。整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：A／D轉(zhuǎn)換；多路；光功率計(jì)；低功耗

光通信中，需要對(duì)光纖中的載體光信號(hào)強(qiáng)刺進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，而光功率計(jì)就是基于此設(shè)計(jì)的能檢測(cè)出光纖信號(hào)源功率的儀表，是光纖通信工程實(shí)際應(yīng)用和各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)不可缺少的測(cè)量?jī)x器。
光功率計(jì)的核心運(yùn)算和控制器件通常選用5V供電的C51系列單片機(jī)，系統(tǒng)功耗相對(duì)來(lái)說(shuō)較高C51系列單片機(jī)本身沒(méi)有集成A／D轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)采集后的A／D轉(zhuǎn)換需要外接芯片，不僅占用單片機(jī)的I／O端口，而且增加功耗，對(duì)于功耗要求高的場(chǎng)合(比如戶外)就不適用。并且市場(chǎng)上通用光功率計(jì)基本都是單路測(cè)量，需要對(duì)多個(gè)光信號(hào)測(cè)量時(shí)只能不斷切換，比較繁瑣且容易損壞器件接頭。
本設(shè)計(jì)采用MSP430F2272單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多路光功率的測(cè)量。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器公司(TI)推出的16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號(hào)處里器(Mixed Signal Processor)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、集成度高、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，有很高的性價(jià)。MSP430F 2272的供電電壓只需1．8V～3．6V，其中2．2V／1 MHz時(shí)的電流只有270μA。系統(tǒng)內(nèi)部可提供或外接高達(dá)16MHz的時(shí)鐘信號(hào)，指令周期只有62．5ns，也可使用內(nèi)部數(shù)字振蕩器(DCO)或外接32768Hz低速晶體，用戶可靈活平衡高性能和低功耗的選擇。片上集成了10-bit 200kbps的A／D轉(zhuǎn)換器且含有具有3個(gè)捕獲比較奇存器的16位定時(shí)器TimerA、TimerB，4個(gè)8位并行復(fù)用端口，其中P1，P2口有中斷能力。擁有32kB+256B Flash Memory，1 kB RAM，支持JTAG在線編程和仿直調(diào)試。

1 設(shè)計(jì)原理
目前通用的光功率測(cè)量方法有兩種，一種是熱轉(zhuǎn)換型方式，利用黑體吸收光功率后溫度的升高米計(jì)算光功率的大小。這種光功率計(jì)光譜響應(yīng)曲線平坦、準(zhǔn)確度高，但是成本高、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，一般被用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)。另一種辦法是半導(dǎo)體光電檢測(cè)方式，利用半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)來(lái)計(jì)算光功率的大小。一般通用的光功率計(jì)郁采用第二種方法選用PIN光電探測(cè)器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)光功率的測(cè)量。
本設(shè)計(jì)把被測(cè)的光信號(hào)通過(guò)光電探測(cè)器(PIN)的半導(dǎo)體PN結(jié)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)I／V轉(zhuǎn)換并放大后的電壓信號(hào)被送入單片機(jī)片上集成的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在單片機(jī)內(nèi)運(yùn)算處理后在液晶上面顯示出測(cè)量結(jié)果。圖1是原理框圖。

由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器也集成在片上，而本身MSP430系列單片機(jī)的超低功耗特性使得整個(gè)系統(tǒng)功耗比較低，可以選擇外接電源供電或者電池供電。

2 功能實(shí)現(xiàn)
整個(gè)系統(tǒng)主要由電源管理模塊，信號(hào)采集模塊，A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算處理模塊，液晶顯示模塊構(gòu)成。軟件在IAR Embedded Work-bench平臺(tái)上設(shè)計(jì)調(diào)試。
2．1 電源管理
系統(tǒng)是基于低功耗的，所以對(duì)于系統(tǒng)供電可以選擇外接適配器電源也可以選擇電池，為此設(shè)計(jì)了電源管理系統(tǒng)，如圖2所示。