光谱仪器是进行光谱研究和物质的光谱分析的装置,其应用范围几乎覆盖了所有的科学领域,包括医药、化学、地质学、物理及天文学等。近年来,随着科学技术的发展,微小型光谱仪已成为世界各国的研究热点,是光谱仪发展的重要趋势。光谱探测系统是微型光谱仪的重要组成部分,是光谱仪微小型化的关键技术之一。本文主要对微型光谱仪的探测系统进行研究,设计并制作了光谱数据采集、处理及传输系统。为在获得高分辨率的同时,探测系统单次能检测到较宽的光谱范围,选择7500像素的线阵CCD作为探测器件。采用模拟前端芯片AD9822对CCD输出信号进行相关双采样、可编程放大及模数转换等处理,转换后的数字信号暂时储存在FPGA中,经处理后通过USB总线传送到计算机,由应用软件完成光谱数据进一步的分析、处理和显示。FPGA为整个系统的核心,主要功能有:CCD驱动时序、AD9822采样时序和控制接口时序的产生以及USB通讯控制;12位采样数据的存储以及多次测量的累加平均、Savitzky-Golay平滑滤波等预处理,减少了USB通讯量,提高了系统信噪比;CCD曝光时间及可编程放大器增益大小的自适应调节,能根据待测光源将信号幅值调整到合适范围,并扣除CCD暗电平,提高了系统动态范围;指令接收,应用程序能控制探测系统的运行及参数,增加了系统的灵活性。采用Protel DXP完成了系统的原理图和PCB设计,利用Quartus、Modelsim和Synplify软件设计、仿真并实现了各逻辑模块。使用示波器及嵌入式逻辑分析仪对制作的探测系统进行调试,各模块均能正常工作。结合光学平台和应用软件的测试表明,探测系统能清晰分辨钠光谱的双黄线,成功地完成光谱数据的采集、处理及传输。