藻類(lèi)含量測量?jì)x的設計與實(shí)現

　　主要部件設計

　　數字正弦信號發(fā)生器

　　數字正弦信號發(fā)生器是通過(guò)微處理器和高速數模轉換芯片，用隨時(shí)間快速變化的不連續的電壓值來(lái)逼近正弦信號。數字正弦信號發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生880Hz的正弦變化的電壓信號，輸送給LD3000電流驅動(dòng)器，以產(chǎn)生880Hz正弦變化電流來(lái)驅動(dòng)LED。

　　微處理器采用美國德州儀器公司的MSP430F149型號單片機。MSP430F149單片機的時(shí)鐘頻率最高為8MHz，也就是說(shuō)MSP430F149單片機的時(shí)鐘周期最小為0.125μs。微處理器的最高時(shí)鐘頻率或者最小時(shí)鐘周期是數字信號發(fā)生器設計中需要考慮的非常重要的參數，它是數字信號發(fā)生器產(chǎn)生一次輸出所需要的時(shí)間的決定性要素之一，因此微處理器的時(shí)鐘頻率在一定程度上決定了數字信號發(fā)生器插值逼近所需信號時(shí)插值的密度。MSP430F149單片機通過(guò)JTAG接口進(jìn)行編程和仿真調試。MSP430F149單片機通過(guò)SPI接口給高速數模轉換芯片傳送數字量。MSP430F149單片機的輸出數字量符合3.3V的CMOS電平，因為單片機會(huì )通過(guò)SPI接口給DA芯片傳送數字量，因此必須考慮二者的電平匹配。

　　數模轉換芯片采用美國德州儀器公司的TLC5615C。TLC5615數模轉換芯片的標稱(chēng)精度為10位，電平與MSP430F149單片機的3.3伏特CMOS電平相匹配，可以通過(guò)SPI接口接收單片機傳送的數字量。TLC5615數模轉換芯片接收到16位的數據，僅有10位是有效位，高4位和低2位均為無(wú)效位。

　　TLC5615數模轉換芯片的輸出電壓為：

　　其中，VREFIN為T(mén)LC5615數模轉換芯片參考基準電壓，由芯片MAX6191B提供，為2.048V±5mV。INPUT為輸入的10位有效數據換算為10進(jìn)制數。

　　TLC5615數模轉換芯片的2個(gè)重要參數是更新率和穩定時(shí)間。片選的最小時(shí)間間隔決定了芯片的更新率最大為約1.21MHz。然而芯片的典型穩定時(shí)間為12.5μs，即從給芯片輸入10位有效數據到芯片輸出電壓穩定到±0.5個(gè)最低有效位，所需要的典型時(shí)間是12.5μs。12.5μs是100個(gè)單片機時(shí)鐘周期，足夠單片機通過(guò)SPI口對DA芯片完成一次數據傳送，因此數字正弦信號發(fā)生器的“短板”就是TLC5615數模轉換芯片的穩定時(shí)間12.5μs。12.5μs就是數字正弦信號發(fā)生器插值逼近標準正弦波的最小插值時(shí)間。

　　TLC5615及其參考基準電壓芯片的電路原理圖如圖2所示。

　　數字正弦信號發(fā)生器的MSP430F149單片機，主程序流程順序執行“關(guān)閉看門(mén)狗”，“初始化時(shí)鐘”，“初始化SPI接口”，最后循環(huán)發(fā)送DA數據。

　　由于DA芯片的穩定時(shí)間為12.5μs，我們將信號插值的時(shí)間間隔定為12.5μs。按單片機時(shí)鐘頻率為8MHz，則信號插值時(shí)間間隔為100個(gè)單片機時(shí)鐘周期。根據單片機程序中每條匯編指令所用的時(shí)鐘周期，通過(guò)調整流程圖中“空指令”所用周期數，使得單片機給DA發(fā)送數據的時(shí)間間隔為100個(gè)時(shí)鐘周期。而每個(gè)正弦信號周期內我們進(jìn)行90次插值，即我們用每個(gè)周期含有90個(gè)階梯的鋸齒波來(lái)模擬正弦波。在程序執行中，傳送第90個(gè)數據與下一輪傳送第1個(gè)數據之間的時(shí)間間隔要比其它每相鄰2個(gè)數據傳送之間的時(shí)間間隔多3個(gè)單片機時(shí)鐘周期，故正弦信號的周期為9003*0.125μs，即

　　令t=0，12.5μs，25μs，…N*12.5μs…88*12.5μs，89*12.5μs，則得到signal在一個(gè)周期內的90個(gè)插值。進(jìn)而得到每個(gè)插值所對應的數字量，再將這些數字量轉化成16進(jìn)制，并轉換為T(mén)LC5615輸入16位數據的格式，然后將每個(gè)16位數據拆分為2個(gè)8位數據，高位在前，低位在后，就得到了程序中所用的數據序列aa：　　{0x00,0x00,0x00,0x04,0x00,0x14,0x00,0x2C,0x00,0x50,0x00,0x7C,0x00,0xB0,0x00,0xF0,0x01,0x38,0x01,0x88,0x01,0xE0,0x02,0x3C,0x02,0xA4,0x03,0x10,0x03,0x84,0x04,0x00,0x04,0x7C,0x05,0x00,0x05,0x84,0x06,0x10,0x06,0x98,0x07,0x28,0x07,0xB4,0x08,0x44,0x08,0xD4,0x09,0x60,0x09,0xEC,0x0A,0x74,0x0A,0xFC,0x0B,0x7C,0x0B,0xFC,0x0C,0x74,0x0C,0xE8,0x0D,0x54,0x0D,0xBC,0x0E,0x1C,0x0E,0x74,0x0E,0xC4,0x0F,0x0C,0x0F,0x4C,0x0F,0x80,0x0F,0xAC,0x0F,0xD0,0x0F,0xE8,0x0F,0xF8,0x0F,0xFC,0x0F,0xF8,0x0F,0xE8,0x0F,0xD0,0x0F,0xAC,0x0F,0x80,0x0F,0x4C,0x0F,0x0C,0x0E,0xC8,0x0E,0x78,0x0E,0x20,0x0D,0xC0,0x0D,0x58,0x0C,0xEC,0x0C,0x78,0x0C,0x00,0x0B,0x80,0x0B,0x00,0x0A,0x78,0x09,0xF0,0x09,0x64,0x08,0xD8,0x08,0x48,0x07,0xB8,0x07,0x2C,0x06,0x9C,0x06,0x14,0x05,0x88,0x05,0x04,0x04,0x80,0x04,0x04,0x03,0x88,0x03,0x14,0x02,0xA8,0x02,0x40,0x01,0xE0,0x01,0x88,0x01,0x38,0x00,0xF0,0x00,0xB4,0x00,0x7C,0x00,0x50,0x00,0x2C,0x00,0x14,0x00,0x04}。