基于USB2.0的全谱段光纤光谱仪测控通讯系统的实现

　　为了适应野外地质矿物光谱测量的需要，研制适合野外现场测量的光谱仪器非常重要。在矿物光谱分析中，波长0.4一1.l(m范围主要是指示铁氧 化物，波长1.1一2.5(m范围内，代表层状硅酸盐中单矿物(粘土矿物、绿泥石、蛇纹石等)、含轻基之硅酸盐矿物(绿帘石、闪石等)、硫酸盐矿物(明矾 石、黄铁钾矾、石膏等)和碳酸盐矿物(方解石、白云石等)。在研制搜盖200一2500(m的全谱段小型矿物分析光纤光谱仪中，采用了覆盖紫外可见的 NMOS线阵器件和覆盖近红外0.9一2.5(m范围的InGaAs阵列器件进行像面拼接，为了满足器件瞬间产生的大量数据的传输和处理要求，采用基于 USB2.0技术对测量的数据进行高速传输。

　　usB(universalSedalBus)是通用串行接口协议的简称，它是由eomp叫，Hewlett一Pack耐，Intel等七家大 公司共同制定的通用串行接口协议标准。它以通用性和即插即用性获得了广泛的应用，已在绝大多数PC机上成为标准配置。20(洲)年底，USB组织推出了新 版本的规范—USB2.0，这个版本将USB总线的传输速率提高到了4soMB/s的水平，支持它的芯片被称为高速(HighSpeed) 系#IJ[’]。在光纤光谱仪上应用支持USB2.0协议的芯片，大大提高了数据传输速度，从而提高了光谱仪的整体运行速度。

　　1系统组成

　　光纤光谱仪系统硬件主要由光学系统、机械结构、探测器和电子学四部分组成。仪器电子学由前置放大、CPL时序发生与驱动、AD转换和基于CY7C68013单片机的USB2.0数据传输等四部分组成。以CY7C68013单片机为中心，通过该器件向CPLD

　　发送启动和积分时间脉冲，CPLD器件发出探测器所需的时序信号并同时提供前置放大器的采样时钟和AD转换时钟，AD转换输出的数字信号通过 cY7c68013单片机内部的FIFO进行数据交换，在cY7c68013单片机内部的USB2.0控制器自动将FIFO中的数据通过数据线和上位计算 机进行通讯，实现数据传输。

　　2探测器时序发生与AO转换

　　整个时序都是由CPLD产生，在设计中选用Al-tera公司的EPM7128E芯片，时序驱动分三个模块。l)时序分频模块，将晶体产生 4MHz时钟进行分配，其中l路反向作为AD的采样脉冲，另一路计人16进制计数器，计数得到2、4、8、16分频分别与来自单片机分频系数 PCI，PCZ，PC3，PC4选择得到探测器的基准脉冲，从而选择获得ZMH:、一MH:、sookHz或25OkHz的读出速率。2)一帧周期计数模 块。采用两个双8位计数器，当计数到1024值时计数结束。同时采用该计数器计数产生512位16进制的FIFo所需的地址选择信号ADRO和ADRI。 3)探测器所需的驱动信号尹3，口:，氏:发生模块。

　　AD9243是AD公司推出的一种3MHz单电源工作的14位模数转换器(ADC)，选作探测器光谱数据模拟信号采集，其采样速率和动态范围都 能满足要求。该器件还有如下优越性能:l)输人参考噪声0.36比B;2)内置精密采样保持电路和参考基准电压;3)灵活的输人范围，对于不同距离的输 人，可以接成单端输人方式或差分输人方式;4)功耗仅1romw和单一+SV电源供电;5)数字输出采用直接二进制编码格式，此外还有一个溢出位 (oTR)表示溢出。