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現測量多路光信號功率的功能。整個設計簡單實用，易于實現。
關鍵詞：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，是光纖通信工程實際應用和各種科學實驗不可缺少的測量儀器。
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，系統功耗相對來說較高C51系列單片機本身沒有集成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。
本設計采用MSP430F2272單片機實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、開發方便等優點，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。系統內部可提供或外接高達16MHz的時鐘信號，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個捕獲比較奇存器的16位定時器TimerA、TimerB，4個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平坦、準確度高，但是成本高、響應時間長，一般被用來作為標準光功率計。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換實現光功率的測量。
本設計把被測的光信號通過光電探測器(PIN)的半導體PN結光電效應轉換為電流信號，經過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 功能實現
整個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。