基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計的設(shè)計

摘要：介紹了一種基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計的設(shè)計原理和實(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)測量多路光信號功率的功能。整個設(shè)計簡單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：A／D轉(zhuǎn)換；多路；光功率計；低功耗

光通信中，需要對光纖中的載體光信號強(qiáng)刺進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而光功率計就是基于此設(shè)計的能檢測出光纖信號源功率的儀表，是光纖通信工程實(shí)際應(yīng)用和各種科學(xué)實(shí)驗不可缺少的測量儀器。
光功率計的核心運(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)功耗相對來說較高C51系列單片機(jī)本身沒有集成A／D轉(zhuǎn)換模塊，信號采集后的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，對于功耗要求高的場合(比如戶外)就不適用。并且市場上通用光功率計基本都是單路測量，需要對多個光信號測量時只能不斷切換，比較繁瑣且容易損壞器件接頭。
本設(shè)計采用MSP430F2272單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多路光功率的測量。MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器公司(TI)推出的16位超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處里器(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。MSP430F 2272的供電電壓只需1．8V～3．6V，其中2．2V／1 MHz時的電流只有270μA。系統(tǒng)內(nèi)部可提供或外接高達(dá)16MHz的時鐘信號，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個捕獲比較奇存器的16位定時器TimerA、TimerB，4個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)計原理
目前通用的光功率測量方法有兩種，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算光功率的大小。這種光功率計光譜響應(yīng)曲線平坦、準(zhǔn)確度高，但是成本高、響應(yīng)時間長，一般被用來作為標(biāo)準(zhǔn)光功率計。另一種辦法是半導(dǎo)體光電檢測方式，利用半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號來計算光功率的大小。一般通用的光功率計郁采用第二種方法選用PIN光電探測器通過光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)光功率的測量。
本設(shè)計把被測的光信號通過光電探測器(PIN)的半導(dǎo)體PN結(jié)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)過I／V轉(zhuǎn)換并放大后的電壓信號被送入單片機(jī)片上集成的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在單片機(jī)內(nèi)運(yùn)算處理后在液晶上面顯示出測量結(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)
整個系統(tǒng)主要由電源管理模塊，信號采集模塊，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平臺上設(shè)計調(diào)試。
2．1 電源管理
系統(tǒng)是基于低功耗的，所以對于系統(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)計了電源管理系統(tǒng)，如圖2所示。