基于C8051F410單片機的光纖傳輸組件設計

摘要 光纖通信帶寬大、信噪比低、抗干擾能力強，在現代通信領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。文中選用C8051F410單片機作為微處理器，結合其他外圍電路設計出一款光纖傳輸組件，并介紹了包括模塊的整體架構、硬件電路搭建、軟件開(kāi)發(fā)設計和實(shí)驗數據記錄等內容。該組件具有體積小、精度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，實(shí)用價(jià)值明顯。
關(guān)鍵詞 C8051單片機；光纖；傳輸；組件

光纖通信在現代通信領(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)在工程建設中應用廣泛。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(wèn)題。基于以上情況，文中采用以光纖通信的方式設計了一款實(shí)用的傳輸組件，滿(mǎn)足新品設計要求。

1 整體架構
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(xiàn)3部分。主要原理即是在采集端實(shí)現電光轉換，在接收端實(shí)現光電轉換，通過(guò)光纖實(shí)現兩端通信的連接。由于其特殊的傳輸材質(zhì)和模式，使得光纖傳輸組件可滿(mǎn)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)組件架構如圖1所示。兩端模塊均以C8051F410單片機為工作核心。對于電壓待檢信號，在發(fā)射端通過(guò)OP491GRU運放器隔離輸入單片機內部A／D，將模擬信號轉為數字信號，數據壓縮打包經(jīng)電光轉換電路發(fā)送至接收端。在接收端經(jīng)光電轉換讀取信息，單片機接收解壓后，D／A轉換實(shí)現檢測電壓的讀出；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)的高低兩種信號轉為3．3 V電信號傳至單片機處理。通過(guò)電光轉換傳輸至發(fā)送端，采集端單片機處理該數據，并對數字電位器發(fā)送控制信號，提供相應的電阻值；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相應的驅動(dòng)器，以實(shí)現信息的傳輸。

整個(gè)組件可實(shí)現傳輸4路模擬電壓信號、一路故障保護信號、兩路脈沖信號和兩路可調電阻信號。具體指標為：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％；可調電阻輸出范圍為0．2～4．5 kΩ。

2 硬件電路
2．1 運放隔離電路
輸入電路用以實(shí)現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，再用運放進(jìn)行緩沖，以實(shí)現阻抗匹配和增強驅動(dòng)能力；運放用于緩沖輸入信號并實(shí)現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(huì )產(chǎn)生影響，且輸出阻抗較低，故對采樣電路也不會(huì )造成影響。本設計采用的運放是OP491GRU，其電壓輸入范圍0～3 V，其4路規格正好滿(mǎn)足指標要求，對每一路運放而言，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(yíng)／D基準電壓2．5 V，輸出電壓信號可直接接入單片機相關(guān)I／O接口。