摘要：介绍了一种根据单片机的光电二极管阵列驱动电路。在单片的单片机上完结光电二极管阵列时序信号发生、A/D转化及数据传输整个进程，可以检测nA级弱小信号，与常用的可编程逻辑器材比较具有本钱低、功耗低、电路结构简略的特色。
导言
传统的紫外光谱检测体系选用单通道光电倍增管作为光电接纳器材，由波长扫描组织完结波长扫描，完结整个波长规模内的光电检测。这种光电检测体系，体积巨大、丈量速度慢，只能做单波长检测。光电二极管阵列归于多通道检测器材，因其具有体积小、单片集成信号读出电路、光谱呼应宽等特色，可广泛应用于各类多通道光谱检测体系，现在大多数光电二极管阵列多选用现场可编程逻辑器材操控光电二极管时序电路的发生，会形成资源上的糟蹋。本文选用一片单片机80C52就可以完结包含光电二极管时序的发生、ADC采样及数据传输处理整个进程，处理了选用现场可编程器材资源糟蹋的问题，节省了本钱。
本文所选用的光电二极管阵列是日本滨松公司出产的S3923-256Q，S3923-256Q具有较大的波长呼应规模，可以呼应200～1 000 nm规模波长，最大暗电流只要0.08 pA，当波长λp=600 nm时，阵列灵敏度为2.4 A/W。光敏面积大，S3923—256Q的像元高度可以到达0.5 mm，宽度为25μm，光电二极管阵列S3923—256Q将数字移位寄存器、有用光电二极管阵列和哑元二极管阵列集成在一起，使得S3923—256Q可以在时序电路的操控下完结自扫描的进程，然后进步了呼应速度，可以呼应0.1～500kHz的信号，电路灵敏性强。其功耗仅有10 mW，适用于做弱小光信号检测。
1 硬件规划
1.1 体系整体规划方案
以单片机为操控芯片的光电二极管阵列驱动电路规划的整体规划如图1所示。
测验样品在激光的照耀下宣布弱小的光信号，经过光学分光体系别离出不同波长规模的光，由光电二极管阵列接纳处理。单片机是整个体系的核心部件，担任发生光电二极管阵列S3923—256Q的驱动信号，使S3923—256Q发生呼应并输出相应波长所对应的电信号，经过扩大电路扩大后操控ADC采样信息送往串口，终究由上位机进行处理。
1.2 光电二极管阵列驱动的规划
图2为光电二极管的驱动电路，通用驱动信号由单片机的输入/输出口直接发生驱动脉冲，由软件操控脉冲的时序，该办法的长处是脉冲发生灵敏便利。
1.3 前置扩大器模块
扩大器OPA111是高精度运算扩大器，电阻经激光纠正，使其输入偏置电流和输入补偿电流最大只要几个pA，输入最大电流噪声为0.8 fA/
，最大电压噪声为80nV/
，适用于弱小光检测前置扩大电路。
前置扩大器模块主要是由OPA111组成的外表扩大器，此电路使用差分的办法一起抵消温漂和暗电流的影响。
OPA111构成的精细外表扩大器如图3所示。
扩大器增益为：
经过外表扩大器后的信号有用地减少了温漂和暗电流的影响，但关于nW级信号来说，外表扩大器若扩大倍数太大，扩大器本身仍会引进较强温漂等噪声信号。若要将信号送往ADC处理，需求进一步对信号进行扩大处理。可以选用由OP07组成的同比较例运算扩大电路，经过不同开关操控反应电阻巨细得到所需的扩大倍数，使其可以操控在A/D采样输入电压规模内，有利于ADC的采样和处理。
2 软件规划
单片机初始化后，首要发生光电二极管驱动脉冲，与此一起树立一个中止脉冲发动信号，使中止呼应与二极管阵列时序驱动输出同步，以便呼应中止后可以敏捷操控ADC进行转化。为了进步读取速度，可以把单一数据的传输以页写的办法批量读取，并给每一页编号，终究由上位机完结整页数据的叠加，然后可以有用地消除随机噪声。程序流程如图4所示。
2. 1 光电二极管阵列时序发生
使用单片机守时器中止发生光电二极管S3923—256Q操控时序，用均分的办法把光电二极管阵列时序每个周期分为10段(A～I表明不同的状况)，每一段守时为100μs，然后发生周期为t=10×100μs=1 ms(频率为f=1/t=1 kHz)的时序脉冲。可以经过改动守时器守时时刻的长短value_h和value_l的值，更改光电二极管阵列的驱动时序频率。时序发生部分程序如下：
num完结A～I状况的切换，其间b表明在没有从头发动时，每次进入守时器中止时切换到某一特定状况值。当256个阵列扫描完毕后，新的一轮开端。光电二极管的驱动时序如图5所示。TRIG信号在每次光电二极管阵列发生视频信号输出之后复位之前，此刻触发单片机中止，然后操控ADC开端转化。
2.2 模仿量操控通道
模仿量操控通道是完结数据操控传输的重要模块，本文规划的模仿操控量操控通道选用单极性0～10 V电压输入，最大转化时刻为25μs的8/12位模数转化器MX574。图6给出了MX574的数据转化和读取时序。ADC开端作业时，发动转化程序，当转化完毕标志为置1(即STS=1)时，转化完毕，数据开端读取，整个进程不到50μs，使数据可以实时的传送给上位机。
MX574的8位转化时序如下：
MX574一起支撑8位和12位数据转化，进行12位数据转化和8位数据转化时序相同，在数据读取时12位转化要先读高8位，读完高8位再读低4位。体系中选用RS232通讯形式，接纳A/D采样转化后的采样数据经过串口直接传递给上位机进行处理，终究显现输出数据波形。
3 试验成果剖析
试验室所用发光光源为赤色LED照耀，发光功率大约为1 nW，肉眼可以看到宣布极端弱小的红光，图7为光电二极管检测到的光谱图。从图中可以看出在680 nm邻近收集到的电压值最高，即在680 nm邻近红光的发光强度最强。
结语
完结了在单片机上完结弱小光信号的检测试验，由上位机的丈量数据的处理，可以完结光谱的检测。因为光电二极管阵列对不同波长的光灵敏度不同，试验数据还需进一步纠正，使其可以更挨近实在值。
试验中不可防止地会引进各种搅扰，尤其是50 Hz基涉及二次谐波搅扰最严峻，可以到达mV级，因而检测电路必须用金属外壳屏蔽。别的，冲突电、外界轰动、输入衔接及输入电缆等都能引起差错和漂移，要尽或许严厉的衔接，防止电缆的振荡。优质的低噪声或渗露电缆也可减缩走漏电流，并尽或许缩短输入衔接线路。
