光谱维度信息是物质本征属性之一,而光谱检测技术恰恰可以精确地检测到该本征属性,因此,它被广泛应用于科研开发、物质分析、健康医疗、反恐安全、水质监测等领域。光谱仪是进行光谱测量的有效工具,然而传统光谱仪具有一系列弊端,无法满足在线实时测量等特殊应用场景,因此,微型光谱仪已成为当今科学界研究热点之一。当前,国内外微型光谱仪及其相关产业正处于高速发展阶段,市场前景巨大。本文预先分析了光谱采样需求,随后调研并选择了合适的光学器件与电子器件,最后设计了一款性能卓越的光谱数据采集系统。该采集系统主要包括了光学结构模块、硬件驱动电路模块以及上位机分析软件模块,本文重点研究了硬件电路模块和上位机软件模块。其中,硬件电路模块包含传感器驱动、信号处理与缓存以及信号传输与通信等三个部分。在该模块中,本文依据实际测量需求,选取了合适的FPGA芯片与CCD传感器,并完成了各芯片及其外围驱动电路的设计、仿真与开发。开发了USB、UART以及SPI三个通信端口,提升了数据传输的多样性,拓展了本款光谱采集系统的应用范围,为手持拉曼检测仪等相关设备的研发工作奠定了稳固的实践基础。在上位机软件模块中,不仅实现了光谱数据的实时显示与存储,还添加了平均平滑降噪、非线性校正以及波长定标等光谱数据预处理功能,在一定程度上弥补了底层硬件的固有缺陷。通过大量的实验测量与验证,综合评估了该微型光谱采集系统的各项技术参数指标。实验结果表明,USB端口最大信号传输速度可达36MB/S,数据丢包率和误码率极低。在算法优化方面,非线性校正效果显著,经校正后,系统的非线性度小于0.5%。波长定标功能正常,定标后误差仅为0.33nm。整机的信噪比优于300:1,边缘波长处的光谱分辨率为1.54nm,中心波长附近处的光谱分辨率高达1.27nm,完全满足不同应用领域下的使用需求。