一種便攜式光譜采集系統的設計與實(shí)現

CPLD使用10 MHz的有源晶振輸入，為了提高CPLD的驅動(dòng)能力，使用了反相器74HC04對CPLD輸出的驅動(dòng)脈沖進(jìn)行放大，由于74HC04的反相作用，因此，CPLD的驅動(dòng)脈沖的高低電平與正常驅動(dòng)CCD的脈沖必須是反相的。CPLD輸入的時(shí)鐘clk為10 MHz，通過(guò)HLD硬件編程語(yǔ)言實(shí)現十分頻，輸出1 MHz的CCD復位脈沖。
1．2 節討論利用VOS與VDOS的加減運算來(lái)實(shí)現光譜
信號中直流電平的濾除，硬件則利用運算放大器來(lái)實(shí)現這一過(guò)程。本系統采用AD公司的AD8051運算放大器，其工作帶寬最高達110MHz，較低的建立時(shí)間使得其處理高頻信號的能力較強，根據基本運算放大器計算規則，得出輸出信號Vout為：

調節R9的值則可以改變Vout的輸出值，此時(shí)的Vout就是沒(méi)有直流電平的物質(zhì)光譜吸收信號。
經(jīng)過(guò)處理后的物質(zhì)吸收光譜信號，進(jìn)入AD轉換模塊，在該模塊可以對光譜信號中的復位脈沖進(jìn)行濾除，從而得到有效的光譜信號。采用的AD轉換芯片是BB公司的8 bit模擬到數字轉換芯片，其采樣率可以達到60 MHz以及49．5 DB的高信噪比，使得其轉換速率和精度滿(mǎn)足光譜采集系統的高速和高精度的要求。ADS830需要4個(gè)時(shí)鐘周期才能完成數據采樣和數字信號的輸出，在接收ADS830轉換的數字信號時(shí)需要控制好接收數據的時(shí)刻，以便準確無(wú)誤的得到需要的數據。

圖4為使用ADS830來(lái)進(jìn)行光譜數據數字化的轉換電路，ANALOGIN輸入則是通過(guò)AD8051后處理的不帶直流電平的光譜數據。由于A(yíng)DS830的輸入端電壓范圍是1．5～3．5 V，因此，為了使得經(jīng)過(guò)AD8051的光譜信號處于這一范圍，需要通過(guò)調節R9的值來(lái)實(shí)現。D1～D8則是轉換后的光譜信號，該信號送入微處理器進(jìn)行后續處理。
2．2 光譜數據處理電路及液晶顯示動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)研究
本文采用的微處理器是STC公司的STC89C52RC，其帶有額外的P4口，使得IO口資源更加豐富，由于這款單片機的內核是基于C51的，因此其機器周期還是傳統的12T模式，但是STC可以通過(guò)下載程序的模式設置來(lái)使用6T模式工作，即超頻工作。本系統微處理器的時(shí)鐘為24 MHz，使用6T模式工作：6個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機器周期，指令周期為0．25 ns。由于其內部存儲資源的限制：內存為512個(gè)字節，ROM空間為8 K。如果直接對ADS830轉換后的數字信號進(jìn)行處理，會(huì )導致數據的丟失，并且轉換后的光譜數據的速率達到了1 MHz(周期1 ns)?；谝陨蟽牲c(diǎn)，需要使用緩沖裝置來(lái)暫存數據，以便單片機有效的對光譜數據進(jìn)行處理。
文中采用了具有先進(jìn)先出特性的異步FIFO芯片IDT7205，其內部有8 K字節的存儲空間，可以有效地對光譜數據進(jìn)行緩沖。RS為其復位脈沖，低電平有效，一個(gè)有效的復位需要W和R處于高電平才能完成，只有在RS有效低電平過(guò)后，W和R才能進(jìn)行操作。復位后的IDT7205讀寫(xiě)指針
地址相等且位于0位置。EF和FF為指示標志位，其中EF為內部空標志位，其有效的低電平說(shuō)明此時(shí)IDT7205里數據已經(jīng)讀取完，等待寫(xiě)入數據，而FF則表示內部數據空間已經(jīng)寫(xiě)滿(mǎn)，需要盡快讀出里面的數據。IDT7205復位后，這兩者都處于低電平，因此在編程的時(shí)需要進(jìn)行區分。

圖5為IDT7205的硬件連接圖，其中D1～D8為ADS830轉換后的數字光譜信號，Q1～Q3則與STC89C52RS連接，這樣單片機就有比較充足的時(shí)間和空間來(lái)處理光譜信號，并對處理后的信號進(jìn)行顯示。