基于MSP430F2272单片机的多路光功率计的设计

摘要：介绍了一种基于MSP430F2272单片机的多路光功率计的设计原理和实现方法MSP430F2272单片机具有多路模拟输入复用端口的片上集成10位模数转换器，可在低功耗条件下实现测量多路光信号功率的功能。整个设计简单实用，易于实现。
关键词：A／D转换；多路；光功率计；低功耗

光通信中，需要对光纤中的载体光信号强刺进行准确测量，而光功率计就是基于此设计的能检测出光纤信号源功率的仪表，是光纤通信工程实际应用和各种科学实验不可缺少的测量仪器。
光功率计的核心运算和控制器件通常选用5V供电的C51系列单片机，系统功耗相对来说较高C51系列单片机本身没有集成A／D转换模块，信号采集后的A／D转换需要外接芯片，不仅占用单片机的I／O端口，而且增加功耗，对于功耗要求高的场合(比如户外)就不适用。并且市场上通用光功率计基本都是单路测量，需要对多个光信号测量时只能不断切换，比较繁琐且容易损坏器件接头。
本设计采用MSP430F2272单片机实现多路光功率的测量。MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(TI)推出的16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处里器(Mixed Signal Processor)具有处理能力强、运行速度快、集成度高、开发方便等优点，有很高的性价。MSP430F 2272的供电电压只需1．8V～3．6V，其中2．2V／1 MHz时的电流只有270μA。系统内部可提供或外接高达16MHz的时钟信号，指令周期只有62．5ns，也可使用内部数字振荡器(DCO)或外接32768Hz低速晶体，用户可灵活平衡高性能和低功耗的选择。片上集成了10-bit 200kbps的A／D转换器且含有具有3个捕获比较奇存器的16位定时器TimerA、TimerB，4个8位并行复用端口，其中P1，P2口有中断能力。拥有32kB+256B Flash Memory，1 kB RAM，支持JTAG在线编程和仿直调试。

1 设计原理
目前通用的光功率测量方法有两种，一种是热转换型方式，利用黑体吸收光功率后温度的升高米计算光功率的大小。这种光功率计光谱响应曲线平坦、准确度高，但是成本高、响应时间长，一般被用来作为标准光功率计。另一种办法是半导体光电检测方式，利用半导体PN结的光电效应，将光信号转化为电信号来计算光功率的大小。一般通用的光功率计郁采用第二种方法选用PIN光电探测器通过光电转换实现光功率的测量。
本设计把被测的光信号通过光电探测器(PIN)的半导体PN结光电效应转换为电流信号，经过I／V转换并放大后的电压信号被送入单片机片上集成的A／D转换器转换为数字信号，并在单片机内运算处理后在液晶上面显示出测量结果。图1是原理框图。

由于模数转换器也集成在片上，而本身MSP430系列单片机的超低功耗特性使得整个系统功耗比较低，可以选择外接电源供电或者电池供电。

2 功能实现
整个系统主要由电源管理模块，信号采集模块，A／D转换和数据运算处理模块，液晶显示模块构成。软件在IAR Embedded Work-bench平台上设计调试。
2．1 电源管理
系统是基于低功耗的，所以对于系统供电可以选择外接适配器电源也可以选择电池，为此设计了电源管理系统，如图2所示。