基于DSP的智能光谱仪电路系统的设计与实现

　　1引言

　　光谱仪对于原子物理学、分子物理学、天文物理学、光谱学、大气遥感以及分析化学等学科领域的研究都是十分重要的仪器之一，同时它也是工业检测、海关检测等的必需设备。近几十年来，傅里叶变换光谱仪的出现给光谱分析带来了一场革命。傅里叶变换光谱仪已成为现代变换光谱技术的代表和一个主要发展方向。尤其是在红外、近红外光谱区和高精度、高光谱分辨率、高灵敏度航天遥感和大气天文观测应用中，傅里叶变换光谱仪几乎成为唯一的选择hl。由于傅里叶变换运算的运算量比较大，一般需要外加辅助计算机的帮助来完成运算。这样就限制了整个光谱仪测量系统的小型化、智能化。数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)是一种具有高速性、实时性和丰富的内部资源的处理器。它的出现，为傅里叶变换光谱仪的小型化、智能化创造了必要条件。

　　以TMS320LF2407A DSP处理器为核心，驱动并控制电荷藕合器件CCD(Charge Coupled Device)和液晶显示模块，构建了一种基于DSP处理器的智能化光谱仪的电路系统。该电路系统具有实时和智能控制，软硬件组态性和扩展性强，成本低等优点。

　　2系统组成及工作原理

　　整个系统结构如图1所示。

　　光谱仪系统主要由光学系统、线阵CCD, DSP处理器、液晶显示模块、控制及放大电路组成。其工作过程为:待测光经过光学系统，在CCD上形成干涉条纹。CCD在DSP处理器的驱动下干涉条纹转化为离散的模拟电压信号，经过放大电路后传送到DSPo DSP把该信号进行模数转换，再将数据送到存储器，然后进行傅里叶变换，得到入射光的光谱图样。最后根据用户的需要驱动液晶显示模块，显示干涉条纹及光谱图样。

　　TMS320LF2407A DSP是德州仪器爪)公司的16位定点数字信号处理器，采用高性能静态CMOS技术，供电电压3.3V，主频为40MHz。它采用改进型哈佛总线结构，具有专门的硬件乘法器，指令的执行采用流水线方式，加上高度专业化的指令系统使其具有高效的傅里叶变换运算能力。

　　3硬件构成

　　整个系统的硬件结构主要由以下五部分组成:光信号采集部分，电信号转换和运算部分，图像显示部分，RS232通信部分，按键控制部分。下面结合图1来具体说明各个部分的组成、功能和特点。

　　3.1信号采集

　　整个系统的信号由CCD传感器来采集。本系统采用东芝公司生产的TCD 1208 AP线阵CCD o CCD的驱动脉冲波形图如图2所示。

　　其中转移脉冲。SH的周期即光积分时间为ion，高电平时间至少ms;时钟脉冲。1.。:的周期为2us，占空比1: 1.。:与}z反相:复位脉冲。R的周期为lus，占空比1: 30