基于C8051F320的便携式分光光度计设计

　　0　引　　言

　　分光光度计在化学分析领域应用十分广泛。分光光度分析方法是基于不同分子结构的物质对光的选择性吸收而建立起来的方法。它以分子吸收某一波长的光为基础。物质分子的电子能级、振动能级和转动能级都是量子化的,只有当辐射分子的能量恰等于两个能级之间的能量差时,分子才吸收能量。分光光度法所应用的电磁辐射的波谱区在190~800 nm范围,故准确的说应成为紫外-可见分光光度法。由于分光光度法具有分析精度高、测量范围广、分析速度快、样品用量少等优点,分光光度计已成为探索自然、改造自然、发展科学技术和生产的强有力的工具,是现代化分析实验室必备的常规仪器之一,可广泛应用于食品卫生、水质检验、病毒检测等方面。分光光度计种类型号较多,但主机一般由6个部分组成。一般的分光光度计原理框图如图1所示。

　　传统的分光光度计有以下缺点:

　　(1)比较笨重,不易携带;

　　(2)采用机械表头,不易直读,而且由于吸光度不是线性变化的,所以表盘刻度并不均匀,读数很不精确;

　　(3)没有存储系统,测量结果只能人为记录,费时费力。

　　针对这些情况,开发了一种新型的便携式分光光度计,体积小巧,重量轻,机动灵活,尤其适用于卫生系统和环保系统的检测。通过LCD液晶显示器直接读数,快速,方便,且准确度很高。数据采集,分析,显示,存储完全由嵌入式处理器来完成。而且可以告别实验室,在野外进行物理量的测量,极大的扩展了分光光度计的应用范围。为了将数据传递到PC机中,在这里选用了USB接口进行数据传递。虽然USB设备的开发远比串口,并口复杂得多,但USB具有即插即用、数据传输速度快、可靠性高等诸多有点,而且随着USB的普及,有的笔记本电脑甚至取消了串口、并口,因此选用USB接口将测量结果传递到PC机中。该方法省去了人为记录数据的麻烦。综上所述,该便携式分光光度计有广泛的应用前景。

　　1　C8051F320简介

　　C8051F320是Cygnal公司的产品,是集成的混合信号SOC,和标准8051指令集兼容,采用流水线结构,其70%的指令的执行时间为一个或两个系统钟周期;速度峰值达25 MIPS。内部含有2 304 b的内部数据RAM(1 k+256+1 kUSB FIFO),16 kb的可以在系统编程的Flash。片内集成了常用的模拟部件和数字外设,如模拟多路器、DAC、ADC、电压基准、时钟振荡器、PCA等。通过JTAG接口,提供全速、非侵入式的在系统调试。

　　C8051F320内部集成了USB功能控制器,支持全速和低速操作,用于实现USB接口的外部设备(C8051F320不能被用作USB主设备)。USB功能控制器由串行接口引擎(SIE)、USB收发器(包括匹配电阻和可配置上拉电阻)、1KB FIFO存储器和时钟恢复电路(可以不用晶体)组成,不需要外部元件。USB功能控制器和收发器符合通用串行总线规范2.0版。共有8个端点:一个双向控制端点(端点0)和三对输入/输出端点(端点1~3输入/输出)。XRAM中有1KB的存储块被专门用作USB FIFO空间。该FIFO空间被分配给端点0~3;端点1~3的FIFO可以被配置为输入(IN)、输出(OUT)或输入/输出(分割模式)。最大的FIFO大小为512 b(端点3)。