基于MSP430F2272單片機的多路光功率計的設計

摘要：介紹了一種基于MSP430F2272單片機的多路光功率計的設計原理和實(shí)現方法MSP430F2272單片機具有多路模擬輸入復用端口的片上集成10位模數轉換器，可在低功耗條件下實(shí)現測量多路光信號功率的功能。整個(gè)設計簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現。
關(guān)鍵詞：A／D轉換；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刺進(jìn)行準確測量，而光功率計就是基于此設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)際應用和各種科學(xué)實(shí)驗不可缺少的測量?jì)x器。
光功率計的核心運算和控制器件通常選用5V供電的C51系列單片機，系統功耗相對來(lái)說(shuō)較高C51系列單片機本身沒(méi)有集成A／D轉換模塊，信號采集后的A／D轉換需要外接芯片，不僅占用單片機的I／O端口，而且增加功耗，對于功耗要求高的場(chǎng)合(比如戶(hù)外)就不適用。并且市場(chǎng)上通用光功率計基本都是單路測量，需要對多個(gè)光信號測量時(shí)只能不斷切換，比較繁瑣且容易損壞器件接頭。
本設計采用MSP430F2272單片機實(shí)現多路光功率的測量。MSP430系列單片機是美國德州儀器公司(TI)推出的16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號處里器(Mixed Signal Processor)具有處理能力強、運行速度快、集成度高、開(kāi)發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，有很高的性?xún)r(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。系統內部可提供或外接高達16MHz的時(shí)鐘信號，指令周期只有62．5ns，也可使用內部數字振蕩器(DCO)或外接32768Hz低速晶體，用戶(hù)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(xiàn)編程和仿直調試。

1 設計原理
目前通用的光功率測量方法有兩種，一種是熱轉換型方式，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曲線(xiàn)平坦、準確度高，但是成本高、響應時(shí)間長(cháng)，一般被用來(lái)作為標準光功率計。另一種辦法是半導體光電檢測方式，利用半導體PN結的光電效應，將光信號轉化為電信號來(lái)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(guò)光電轉換實(shí)現光功率的測量。
本設計把被測的光信號通過(guò)光電探測器(PIN)的半導體PN結光電效應轉換為電流信號，經(jīng)過(guò)I／V轉換并放大后的電壓信號被送入單片機片上集成的A／D轉換器轉換為數字信號，并在單片機內運算處理后在液晶上面顯示出測量結果。圖1是原理框圖。

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

2 功能實(shí)現
整個(gè)系統主要由電源管理模塊，信號采集模塊，A／D轉換和數據運算處理模塊，液晶顯示模塊構成。軟件在IAR Embedded Work-bench平臺上設計調試。
2．1 電源管理
系統是基于低功耗的，所以對于系統供電可以選擇外接適配器電源也可以選擇電池，為此設計了電源管理系統，如圖2所示。