一種實用光端機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：提出了一種簡易的實用光端機(jī)的設(shè)計方法，能夠完成TTL／E1、RS232、RS422 3類信號經(jīng)光纖傳送，很好地實現(xiàn)了中短距離的點對點通信。TTL／E1信號直接送給通道選擇。RS232和RS422分別經(jīng)過相應(yīng)的信號調(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為核心編程實現(xiàn)，通過按鍵操作可實現(xiàn)傳輸信號的類型選擇，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，實現(xiàn)光纖通信。通過實驗證明，系統(tǒng)工作可靠，性能優(yōu) 越。

關(guān)鍵詞：光端機(jī)；光纖；信號；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；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、無電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等 優(yōu)點。在不同的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，主要用于市話中繼線、長途干線、全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(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)展對整個系統(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，而且價格不菲，不適合低成本設(shè)備使用。本文提出了一種實用光端機(jī)的設(shè)計方案，方法簡單，易于實現(xiàn)，具有較高的性價比。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    本次設(shè)計的光端機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)TTL／E1、RS232、RS422 3類信號經(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信號直接送給通道選擇模塊；RS232信號和RS422信號分別由電平轉(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 傳送的信號類型選擇相應(yīng)信號，經(jīng)放大電路放大后，由電光轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖傳送到接收端。在接收端，由光電轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信 號，TTL／E1信號直接輸出，對于RS232信號和RS422信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換之后輸出。

2 單元電路設(shè)計
2．1 RS232與RS422電平轉(zhuǎn)換電路
    對于RS232信號和RS422信號都需要經(jīng)過電平調(diào)理之后才能進(jìn)入傳輸通道。RS232信號電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232，RS422信號電平轉(zhuǎn)換電路使用MAX485。

[!--empirenews.page--]
2．1．1 MAX232及電路設(shè)計
    MAX232是MAXIM公司特別為滿足EIM／TEA232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的，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，價格低，可 在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用，使用簡單方便。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)計如圖2(b)所示。

    在上述電路中，接收到的RS232信號由MAX232的14引腳輸入，轉(zhuǎn)換為TTL電平后由12腳輸出；經(jīng)信道傳過來的RS232信號類型的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
    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)計如圖3(b)所示。

    要通過光端機(jī)傳送的RS422信號由U2 MAX485的6、7引腳輸入，電平轉(zhuǎn)換為TTL之后由1引腳輸出；從信道傳過來的RS422類信號的TTL電平由U3 MAX485的4引腳輸入，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換為RS422信號由6、7引腳輸出。[!--empirenews.page--]
2．2 通道選擇電路設(shè)計
    通道選擇的作用是根據(jù)要傳送的信號類型實現(xiàn)信號選擇。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。GAL器件的邏輯功能可由用戶自行配置， 通過軟件的靈活設(shè)計，由微機(jī)驅(qū)動編程工具方便地對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個系
列。常見基本類型包括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)計如圖4所示。

    輸入的3類信號由GALl6V8的5、6、7引腳輸入，傳送信號由按鍵對應(yīng)選擇，當(dāng)按動按鍵時可逐一選擇一類信號，選擇的傳送信號類型由對應(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。傳送的信號由芯片的15腳 輸出。
2．3 電光、光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計
    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，它是由一個具有650 nm波長的發(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。通過簡單的驅(qū)動回路，發(fā)射器可以達(dá)到10 MHz的波特率。驅(qū)動電路如圖5(a)所示；電光轉(zhuǎn)換接收器選用HFBR2528：由一個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 電路包括一個特殊電路，用來在一個長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波特率運行，接收器的輸出是一個與TTL和CMOS邏輯兼容的“推挽級”。電路如圖5(b)所示。

[!--empirenews.page--]
2．4 系統(tǒng)原理圖
    完成各單元電路設(shè)計以后，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RS232、RS422經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，分別送到U4的6、7引腳輸入；E1／TTL信號不需要電平轉(zhuǎn)換送到U4的5引腳，輸入的3 路信號經(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，信號經(jīng)過放大送HFBR-1528電光轉(zhuǎn)換為光信號經(jīng)塑料光纖傳 送，到接收端由HFBR-2528將光信號轉(zhuǎn)換為電信號由1引腳輸出，若傳送的是RS232、RS422信號，再分別經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換從相應(yīng)的輸出端輸出，若 傳送的是E1／TTL信號直接輸出。

3 結(jié)束語
    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為核心器件實現(xiàn)了一種簡易實用 光端機(jī)的設(shè)計。該系統(tǒng)在工業(yè)綜合測試現(xiàn)場或在有強(qiáng)電信號干擾的環(huán)境下，需要傳送不同類型信號時使用優(yōu)勢明顯，作為一般的電信號傳輸線路也完全可以。經(jīng)過具 體的應(yīng)用測試對于TTL信號、RS232信號、RS422信號傳輸距離可達(dá)50 m以上，信號的損傷很小，有一定的傳輸時延。