一種實(shí)用光端機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了一種簡(jiǎn)易的實(shí)用光端機(jī)的設(shè)計(jì)方法，能夠完成TTL／E1、RS232、RS422 3類信號(hào)經(jīng)光纖傳送，很好地實(shí)現(xiàn)了中短距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。TTL／E1信號(hào)直接送給通道選擇。RS232和RS422分別經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理變?yōu)門IL電 平后再送給通道選擇模塊；通道選擇由可編程邏輯器件GALl6V8為核心編程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)按鍵操作可實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的類型選擇，并有相應(yīng)的指示燈指示；采用安 捷倫公司的LED組件光發(fā)送模塊HF-BR-1528和光接收模塊HFBR-2528作為核心器件，實(shí)現(xiàn)光纖通信。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)工作可靠，性能優(yōu) 越。

關(guān)鍵詞：光端機(jī)；光纖；信號(hào)；通道選擇；通信

    光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命，它是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。由于光纖作為傳輸媒介具有傳輸頻帶寬、通信 容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線徑細(xì)、重量輕；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)。在不同的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，主要用于市話中繼線、長(zhǎng)途干線、全球通信網(wǎng)、各國(guó)的公共電信網(wǎng)；還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和調(diào)度、交 通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線系統(tǒng)，光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。而光端 機(jī)作為整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的一部分，起著重要的作用，它的性能、發(fā)展對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能和發(fā)展都有很大的影響。目前市面上已有許多現(xiàn)成的光端機(jī)，一般都比較復(fù) 雜，而且價(jià)格不菲，不適合低成本設(shè)備使用。本文提出了一種實(shí)用光端機(jī)的設(shè)計(jì)方案，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有較高的性價(jià)比。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    本次設(shè)計(jì)的光端機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)TTL／E1、RS232、RS422 3類信號(hào)經(jīng)光纖信道傳送，傳送距離達(dá)50 m以上。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

    TTL／E1信號(hào)直接送給通道選擇模塊；RS232信號(hào)和RS422信號(hào)分別由電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為TTL電平之后送給通道選擇模塊。由通道選擇模塊根據(jù)要 傳送的信號(hào)類型選擇相應(yīng)信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，由電光轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)光纖傳送到接收端。在接收端，由光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信 號(hào)，TTL／E1信號(hào)直接輸出，對(duì)于RS232信號(hào)和RS422信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換之后輸出。

2 單元電路設(shè)計(jì)
2．1 RS232與RS422電平轉(zhuǎn)換電路
    對(duì)于RS232信號(hào)和RS422信號(hào)都需要經(jīng)過(guò)電平調(diào)理之后才能進(jìn)入傳輸通道。RS232信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232，RS422信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路使用MAX485。

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2．1．1 MAX232及電路設(shè)計(jì)
    MAX232是MAXIM公司特別為滿足EIM／TEA232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，具有功耗低、工作電源為單電源+5 V，外接電容僅為O．1或1μF，采用雙列直插封裝形式，接收器輸出為三態(tài)TTL／CMOS等優(yōu)越性，為雙組RS232接收發(fā)送器，波特率高，價(jià)格低，可 在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用，使用簡(jiǎn)單方便。MAX232主要由3部分組成：電壓倍增器、RS232接收器、RS232發(fā)送器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2(a)所示，具體電路設(shè)計(jì)如圖2(b)所示。

    在上述電路中，接收到的RS232信號(hào)由MAX232的14引腳輸入，轉(zhuǎn)換為TTL電平后由12腳輸出；經(jīng)信道傳過(guò)來(lái)的RS232信號(hào)類型的TTL電平由MAX232的11腳輸入，電平轉(zhuǎn)換后由14腳輸出。完成了RS232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。
2．1．2 MAX485及電路設(shè)計(jì)
    Maxim公司的芯片接口MAX485。采用單一電源+5 V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式，它完成將TTL電平與RS422電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX485內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，具體的電路設(shè)計(jì)如圖3(b)所示。

    要通過(guò)光端機(jī)傳送的RS422信號(hào)由U2 MAX485的6、7引腳輸入，電平轉(zhuǎn)換為TTL之后由1引腳輸出；從信道傳過(guò)來(lái)的RS422類信號(hào)的TTL電平由U3 MAX485的4引腳輸入，經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換為RS422信號(hào)由6、7引腳輸出。[!--empirenews.page--]
2．2 通道選擇電路設(shè)計(jì)
    通道選擇的作用是根據(jù)要傳送的信號(hào)類型實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇。通用陣列邏輯GAL(Generic Array Logic)器件是一種高性能的PLD產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)靈活、可靠性高、集成度高，可擦除及輸出邏輯可組態(tài)的特點(diǎn)。GAL器件的邏輯功能可由用戶自行配置， 通過(guò)軟件的靈活設(shè)計(jì)，由微機(jī)驅(qū)動(dòng)編程工具方便地對(duì)GAL進(jìn)行編程，特別適于新產(chǎn)品開發(fā)或小批量生產(chǎn)。GAL產(chǎn)品分為普通型、通用型、異步型、FPLA型和 在線可編程型5個(gè)系
列。常見(jiàn)基本類型包括16V8、20V8、39V8和ISPl6Z8等。在該單元電路中選用可編程邏輯器件GAL16V8，基于該器件具體的硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

    輸入的3類信號(hào)由GALl6V8的5、6、7引腳輸入，傳送信號(hào)由按鍵對(duì)應(yīng)選擇，當(dāng)按動(dòng)按鍵時(shí)可逐一選擇一類信號(hào)，選擇的傳送信號(hào)類型由對(duì)應(yīng)的指示燈指 示：D1(紅燈)亮?xí)r，選擇E1／TTL通道；D2(黃燈)亮?xí)r，選擇RS232通道；D3(綠燈)亮?xí)r，選擇RS422通道。傳送的信號(hào)由芯片的15腳 輸出。
2．3 電光、光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
    電光、光電轉(zhuǎn)換采用在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)元器件，采用Agilent技術(shù)生產(chǎn)的HFBR系列。推薦的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)光纖是1 mmPOF塑料光纖，既經(jīng)濟(jì)又便于使用。光電轉(zhuǎn)換發(fā)射器選用HFBRl528，它是由一個(gè)具有650 nm波長(zhǎng)的發(fā)光二極管組合而成。強(qiáng)光輸出的能量可以使能塑料光纖和硬包層石英光纖。通過(guò)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)回路，發(fā)射器可以達(dá)到10 MHz的波特率。驅(qū)動(dòng)電路如圖5(a)所示；電光轉(zhuǎn)換接收器選用HFBR2528：由一個(gè)硅引腳的光電二極管和產(chǎn)生邏輯兼容輸出的數(shù)字集成電路組成。集成 電路包括一個(gè)特殊電路，用來(lái)在一個(gè)長(zhǎng)等待周期之后校正首位脈沖寬度失真，在帶有低的脈沖寬度失真下以任意數(shù)據(jù)模式從低速到1O MHz波特率運(yùn)行，接收器的輸出是一個(gè)與TTL和CMOS邏輯兼容的“推挽級(jí)”。電路如圖5(b)所示。

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2．4 系統(tǒng)原理圖
    完成各單元電路設(shè)計(jì)以后，按照系統(tǒng)原理框圖就形成如圖6所示的系統(tǒng)原理圖。

    輸入的信號(hào)RS232、RS422經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，分別送到U4的6、7引腳輸入；E1／TTL信號(hào)不需要電平轉(zhuǎn)換送到U4的5引腳，輸入的3 路信號(hào)經(jīng)選擇電路U4選擇一路后由GAL16V8的15引腳輸出，并且相應(yīng)的指示燈變亮，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大送HFBR-1528電光轉(zhuǎn)換為光信號(hào)經(jīng)塑料光纖傳 送，到接收端由HFBR-2528將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)由1引腳輸出，若傳送的是RS232、RS422信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換從相應(yīng)的輸出端輸出，若 傳送的是E1／TTL信號(hào)直接輸出。

3 結(jié)束語(yǔ)
    采用安捷倫公司的LED組件光發(fā)送模塊HFBR-1528和光接收模塊HFBR-2528，以可編程邏輯器件GAL16V8為核心器件實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)易實(shí)用 光端機(jī)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在工業(yè)綜合測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)或在有強(qiáng)電信號(hào)干擾的環(huán)境下，需要傳送不同類型信號(hào)時(shí)使用優(yōu)勢(shì)明顯，作為一般的電信號(hào)傳輸線路也完全可以。經(jīng)過(guò)具 體的應(yīng)用測(cè)試對(duì)于TTL信號(hào)、RS232信號(hào)、RS422信號(hào)傳輸距離可達(dá)50 m以上，信號(hào)的損傷很小，有一定的傳輸時(shí)延。