基于C8051F410單片機(jī)的光纖傳輸組件設(shè)計(jì)

摘要 光纖通信帶寬大、信噪比低、抗干擾能力強(qiáng)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。文中選用C8051F410單片機(jī)作為微處理器，結(jié)合其他外圍電路設(shè)計(jì)出一款光纖傳輸組件，并介紹了包括模塊的整體架構(gòu)、硬件電路搭建、軟件開發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等內(nèi)容。該組件具有體積小、精度高、操作簡單的特點(diǎn)，實(shí)用價(jià)值明顯。
關(guān)鍵詞 C8051單片機(jī)；光纖；傳輸；組件

光纖通信在現(xiàn)代通信領(lǐng)域的地位日趨重要，因其具有帶寬大、信噪比低、抗干擾的特點(diǎn)在工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。某新品研制中需要一款能夠同時(shí)傳輸多路模擬電壓信號、脈沖控制信號及故障指示信號的傳輸組件，若采用傳統(tǒng)的電纜傳輸方式將不可避免地存在體積大、重量沉及傳輸性能受外界電磁輻射干擾大的問題。基于以上情況，文中采用以光纖通信的方式設(shè)計(jì)了一款實(shí)用的傳輸組件，滿足新品設(shè)計(jì)要求。

1 整體架構(gòu)
光纖傳輸組件是指以光纖作為傳輸信道的功能器件，通常包括發(fā)射端、接收端、光纖跳線3部分。主要原理即是在采集端實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，在接收端實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，通過光纖實(shí)現(xiàn)兩端通信的連接。由于其特殊的傳輸材質(zhì)和模式，使得光纖傳輸組件可滿足在某些特殊工作環(huán)境下的要求。組件主要由前端采集模塊、后端接收模塊和傳輸光纖3部分組成，整個(gè)組件架構(gòu)如圖1所示。兩端模塊均以C8051F410單片機(jī)為工作核心。對于電壓待檢信號，在發(fā)射端通過OP491GRU運(yùn)放器隔離輸入單片機(jī)內(nèi)部A／D，將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，數(shù)據(jù)壓縮打包經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路發(fā)送至接收端。在接收端經(jīng)光電轉(zhuǎn)換讀取信息，單片機(jī)接收解壓后，D／A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)檢測電壓的讀出；對于接收端控制信號，則選用觸發(fā)緩沖器SN74LVC2G17兩路輸入功能，將控制狀態(tài)的高低兩種信號轉(zhuǎn)為3．3 V電信號傳至單片機(jī)處理。通過電光轉(zhuǎn)換傳輸至發(fā)送端，采集端單片機(jī)處理該數(shù)據(jù)，并對數(shù)字電位器發(fā)送控制信號，提供相應(yīng)的電阻值；考慮到故障信號、脈沖信號的及時(shí)傳輸特點(diǎn)，文中在激光器、探測器電路搭建中直接架構(gòu)相應(yīng)的驅(qū)動器，以實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

整個(gè)組件可實(shí)現(xiàn)傳輸4路模擬電壓信號、一路故障保護(hù)信號、兩路脈沖信號和兩路可調(diào)電阻信號。具體指標(biāo)為：電壓傳輸幅度：輸入0．5～4．5 V，輸出0．5～4．5 V；電壓傳輸精度≤0．4％FS；故障保護(hù)信號傳輸延時(shí)≤200 ns；傳輸脈沖幅度15±0．5 V；傳輸脈沖寬度1～200μs；傳輸脈沖工作比為20％；可調(diào)電阻輸出范圍為0．2～4．5 kΩ。

2 硬件電路
2．1 運(yùn)放隔離電路
輸入電路用以實(shí)現(xiàn)電壓信號與采樣電路的電氣連接。對模擬電壓信號，首先用電阻分壓，將各路電壓分壓到一致的電平上，再用運(yùn)放進(jìn)行緩沖，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和增強(qiáng)驅(qū)動能力；運(yùn)放用于緩沖輸入信號并實(shí)現(xiàn)輸入端與采樣電路的隔離。同時(shí)具有較高的輸入阻抗，對輸入電路不會產(chǎn)生影響，且輸出阻抗較低，故對采樣電路也不會造成影響。本設(shè)計(jì)采用的運(yùn)放是OP491GRU，其電壓輸入范圍0～3 V，其4路規(guī)格正好滿足指標(biāo)要求，對每一路運(yùn)放而言，輸出電壓為輸入電壓的1／2，輸出電壓范圍(0．25～2．25 V)，小于A／D基準(zhǔn)電壓2．5 V，輸出電壓信號可直接接入單片機(jī)相關(guān)I／O接口。