基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計(jì)的設(shè)計(jì)
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當(dāng)電池供電時(shí)，P溝道MOS管的的漏源極外接二極管導(dǎo)通，同時(shí)電源管理芯片LTC4412開(kāi)始工作，使P溝道MOS管導(dǎo)通，工作于飽和區(qū)，把漏源壓降降到20mV，此時(shí)電池給負(fù)載供電，即使外接電源掉電系統(tǒng)也可以正常工作。
當(dāng)外接電源接通后，肖特基二極管導(dǎo)通，負(fù)載電壓高于電池電壓，LTC4412 SENSE引腳電壓拉高，LTC4412關(guān)閉P溝道MOS管，使其工作于截止區(qū)，即使接有電池，負(fù)載電流也全部來(lái)自通過(guò)肖特基二極管的外接電源。此處不用硅二極管代替肖特基二極管，因?yàn)槠湔驅(qū)▔航?0．7V)大于肖特基二極管(0．4V)，會(huì)產(chǎn)生較大功牦，容埸發(fā)熱。
在電池和外接電源之間接充電芯片LTC4002和對(duì)應(yīng)電路，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電源管理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中電池選用了7．4V 可充電鋰電池組。外接電源適配器是8．4V，1A輸出的AC-DC電源。當(dāng)電池電量不夠時(shí)外接電源通過(guò)LTC4002對(duì)電池充電并給負(fù)載供電。
2．2 信號(hào)采集
待測(cè)的光信號(hào)被光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)本設(shè)計(jì)中探測(cè)器選用了武漢顯升光器件公司的YSPD728 C6，可探測(cè)800～1700nm波長(zhǎng)，最大強(qiáng)度+30dBm的光信號(hào)，具有較高響心度(0．85A／W)及低暗電流(1nA)的特性。
探測(cè)器轉(zhuǎn)換出來(lái)的電流信號(hào)很小，一般是在uA甚至nA級(jí)，所以需要對(duì)其進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為能夠匹配后級(jí)A／D轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)。AD8304是AD公司專為測(cè)量光功率而設(shè)計(jì)的對(duì)數(shù)放大器，能夠在-40℃～+85℃范同內(nèi)工作，具有160dB(100pA～10mA)的寬動(dòng)態(tài)測(cè)試范圍，1nA～1mA范圍內(nèi)的線性誤差為0．1dB，靜態(tài)電流只有約4．5mA，輸出端有10MHz帶寬的低通濾波器。使用時(shí)電流輸入引腳和光電探測(cè)器輸出引腳盡量靠近，以減少噪聲引入。圖3是A08304輸入電流和輸出對(duì)數(shù)電壓的關(guān)系圖。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/171289.htm
芯片的對(duì)數(shù)輸出電壓為：VLOG=VYlog10(IPD／IZ)其中VY為斜率電壓，由圖3可看出VY=0．2volt／decade，IPD是輸入電流，IZ稱為基準(zhǔn)電流，是100pA的定值。
AD8304的對(duì)數(shù)輸出VLOG和最后的輸出VOUT之間有一級(jí)同相運(yùn)放，可以根據(jù)不同的需要選擇外接電阻得到適合的輸出電壓。需要說(shuō)明的是VY和IZ也可以選擇不同外接電阻進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)中對(duì)數(shù)輸出電壓在0～1．6V范圍內(nèi)，符合后級(jí)A／D轉(zhuǎn)換器的需要，故把同相運(yùn)放接成電壓跟隨器的形式。
假設(shè)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)IPD=100nA，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)放大器的輸出電壓為
VOUT=VLOG=0.2xlog10(100nA／100pA)=0．6V
2．3 A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算處理
經(jīng)過(guò)AD8304后，小電流信號(hào)變成相對(duì)較大的電壓信號(hào)，這時(shí)就要送入A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。MSP430系列單片機(jī)很突出的一個(gè)特點(diǎn)就是片上集成了A／D轉(zhuǎn)換器，使得很多數(shù)據(jù)運(yùn)算處理都在片上進(jìn)行，降低了功耗。MSP430F2272片上集成有10-bit 200kbps的逐次逼近A／D)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部可提供1．5V或2．5V參考電壓，可選擇轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源，具有8個(gè)外部模擬輸入通道。
基于以上配置本設(shè)計(jì)把8路電壓信號(hào)直接接到單片機(jī)A／D轉(zhuǎn)換模塊的8個(gè)外部模擬輸入通道，并設(shè)置了按鍵，按照查詢方式動(dòng)作選擇哪一路模擬信號(hào)輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，相當(dāng)于做了一個(gè)多路選擇開(kāi)關(guān)。這樣不僅省去了外部A／D轉(zhuǎn)換芯片，也省去了多路復(fù)用器芯片，降低了系統(tǒng)功耗。
另外，根據(jù)光電探測(cè)器對(duì)不同波長(zhǎng)光信號(hào)的響應(yīng)度不同，系統(tǒng)也設(shè)置了相應(yīng)功能按鍵通過(guò)軟件設(shè)置選擇不同的響應(yīng)度進(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)處理。
2．4 液晶顯示
為了把8路測(cè)試結(jié)果同時(shí)顯示出來(lái)，本次設(shè)計(jì)選用了40x4字符型液晶。經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理的信號(hào)被放到單片機(jī)P4口上送入液晶顯示出來(lái)。
系統(tǒng)功耗最大的是液晶的LED背光，設(shè)計(jì)中單獨(dú)選用了一個(gè)LDO轉(zhuǎn)壓芯片AMS1117-5并設(shè)置了開(kāi)關(guān)，可以在能見(jiàn)度比較高的場(chǎng)合下手動(dòng)關(guān)掉背光電源，尤其是在電池供電情況下，這樣可以在電池供電情況下延長(zhǎng)功率計(jì)的使用時(shí)間。
3 結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)MSP430F2272，利用其片上集成具有8個(gè)外部模擬輸入的A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了多路光信號(hào)功率的測(cè)量，同時(shí)在此基礎(chǔ)上利用MSP430系列單片機(jī)的超低功耗特性選用LTC4412和LTC4002芯片及相應(yīng)電路設(shè)計(jì)了電源管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)可靈活選擇供電方式。對(duì)數(shù)放大器AD8304的選用直接把微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為后級(jí)可用的電壓信號(hào)，也是本設(shè)計(jì)的不同之處。經(jīng)過(guò)測(cè)試，不開(kāi)液晶背光的情況下系統(tǒng)總的電流消耗不超過(guò)50mA，功耗較低，可以滿足一定精度的測(cè)試需求。
評(píng)論