基于C8051F410單片機(jī)的光纖傳輸組件設(shè)計(jì)
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3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 信號(hào)采集
采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字化信號(hào)處理和光纖數(shù)字化傳輸的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸均以數(shù)字化方式進(jìn)行。數(shù)字化信號(hào)處理方式具有精度高、性能好、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。文中選用Silicon公司的C8051F410單片機(jī)，其內(nèi)部帶有多路模擬開關(guān)，兩個(gè)12 bit分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ISL21009BFB825Z芯片提供外部2．5 V基準(zhǔn)電壓，定時(shí)采樣四路輸入模擬電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為量化的數(shù)據(jù)字節(jié)存儲(chǔ)在不同的設(shè)定起始單元。該單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理和打包傳輸，使多路信號(hào)合并為一路數(shù)據(jù)，且多路信號(hào)的傳輸只需通過(guò)一根光纖即可完成。
3．2 數(shù)據(jù)自檢
本設(shè)計(jì)采用通用的CRC校驗(yàn)法，在內(nèi)存地址中存放與組件發(fā)射端自檢有關(guān)的信息，將自檢的結(jié)果信息編碼后放入內(nèi)存。把包含有信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和自檢信息的內(nèi)存地址作為一組整體數(shù)據(jù)，對(duì)該組數(shù)據(jù)從首字節(jié)開始進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼，直至末字節(jié)。編碼后的兩字節(jié)附加信息放入存放信號(hào)數(shù)據(jù)內(nèi)存的地址后面，作為校驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)含有校驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀按時(shí)序要求發(fā)送，接收端接收數(shù)據(jù)后根據(jù)設(shè)定的算法解析出CRC碼，并判斷傳輸數(shù)據(jù)是否有誤。一旦數(shù)據(jù)失真，則該數(shù)據(jù)作廢，并發(fā)出重新發(fā)送信號(hào)給發(fā)射端。
4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4．1 電壓傳輸信號(hào)
技術(shù)要求：電壓傳輸幅度為0．5～4．5 V，電壓傳輸精度≤0．4％FS。
分別向高壓端的4路電壓信號(hào)輸入端輸入0．500 V、1．500 V、2．500 V、3．500 V、4．500 V的電壓信號(hào)，用萬(wàn)用表測(cè)低壓端對(duì)應(yīng)的4路電壓信號(hào)輸出端的輸出電壓，數(shù)據(jù)如表1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/170438.htm
4．2 故障保護(hù)信號(hào)
技術(shù)要求：故障保護(hù)信號(hào)傳輸延時(shí)應(yīng)≤200 ns，用信號(hào)發(fā)生器向高壓端脈沖信號(hào)輸入端輸入頻率為1 MHz，高電平為5 V，低電平為0 V的方波信號(hào)。用示波器測(cè)低壓端對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出端輸出的方波信號(hào)上升沿與高壓端輸入方波信號(hào)上升沿的延時(shí)，即為故障保護(hù)信號(hào)傳輸延時(shí)。其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
4．3 脈沖控制信號(hào)
技術(shù)要求：傳輸脈沖寬度1～200μs，幅度15．0±0．5 V。用信號(hào)發(fā)生器分別向低壓端的2路脈沖信號(hào)輸入端分別輸入寬度為1μs、100 μs、200μs，脈沖幅度為15 V的信號(hào)，用示波器測(cè)高壓端對(duì)應(yīng)的2路脈沖信號(hào)輸出端輸出信號(hào)的脈沖寬度和幅度；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。
4．4 可調(diào)電阻測(cè)量
技術(shù)要求：可調(diào)電阻輸出范圍為0．2～4．5 kΩ。向接收端17腳、18腳、19腳、20腳加入控制信號(hào)，測(cè)量發(fā)射端17腳和18腳之間，19腳和20腳之間的電阻。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。
4．5 數(shù)據(jù)分析
由以上數(shù)據(jù)可見，電壓傳輸信號(hào)測(cè)量輸入電壓與輸出電壓最大相差4 mV，精度為0．08％Fs，滿足0．4％FS的技術(shù)要求。故障保護(hù)信號(hào)傳輸延時(shí)為100 ns，小于技術(shù)要求的200 ns。脈沖控制及可調(diào)電阻測(cè)量如表3和表4所示，均實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能，符合指標(biāo)要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
以C8051F410單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款可傳輸多路模擬、數(shù)字、脈沖信號(hào)的光纖傳輸組件，該組件設(shè)計(jì)新穎、體積小、抗干擾能力強(qiáng)。目前已成功應(yīng)用在某新型整機(jī)設(shè)備中。
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