基于C8051F410单片机的光纤传输组件设计

摘要 光纤通信带宽大、信噪比低、抗干扰能力强，在现代通信领域发挥着重要作用。文中选用C8051F410单片机作为微处理器，结合其他外围电路设计出一款光纤传输组件，并介绍了包括模块的整体架构、硬件电路搭建、软件开发设计和实验数据记录等内容。该组件具有体积小、精度高、操作简单的特点，实用价值明显。
关键词 C8051单片机；光纤；传输；组件

光纤通信在现代通信领域的地位日趋重要，因其具有带宽大、信噪比低、抗干扰的特点在工程建设中应用广泛。某新品研制中需要一款能够同时传输多路模拟电压信号、脉冲控制信号及故障指示信号的传输组件，若采用传统的电缆传输方式将不可避免地存在体积大、重量沉及传输性能受外界电磁辐射干扰大的问题。基于以上情况，文中采用以光纤通信的方式设计了一款实用的传输组件，满足新品设计要求。

1 整体架构
光纤传输组件是指以光纤作为传输信道的功能器件，通常包括发射端、接收端、光纤跳线3部分。主要原理即是在采集端实现电光转换，在接收端实现光电转换，通过光纤实现两端通信的连接。由于其特殊的传输材质和模式，使得光纤传输组件可满足在某些特殊工作环境下的要求。组件主要由前端采集模块、后端接收模块和传输光纤3部分组成，整个组件架构如图1所示。两端模块均以C8051F410单片机为工作核心。对于电压待检信号，在发射端通过OP491GRU运放器隔离输入单片机内部A／D，将模拟信号转为数字信号，数据压缩打包经电光转换电路发送至接收端。在接收端经光电转换读取信息，单片机接收解压后，D／A转换实现检测电压的读出；对于接收端控制信号，则选用触发缓冲器SN74LVC2G17两路输入功能，将控制状态的高低两种信号转为3．3 V电信号传至单片机处理。通过电光转换传输至发送端，采集端单片机处理该数据，并对数字电位器发送控制信号，提供相应的电阻值；考虑到故障信号、脉冲信号的及时传输特点，文中在激光器、探测器电路搭建中直接架构相应的驱动器，以实现信息的传输。

整个组件可实现传输4路模拟电压信号、一路故障保护信号、两路脉冲信号和两路可调电阻信号。具体指标为：电压传输幅度：输入0．5～4．5 V，输出0．5～4．5 V；电压传输精度≤0．4％FS；故障保护信号传输延时≤200 ns；传输脉冲幅度15±0．5 V；传输脉冲宽度1～200μs；传输脉冲工作比为20％；可调电阻输出范围为0．2～4．5 kΩ。

2 硬件电路
2．1 运放隔离电路
输入电路用以实现电压信号与采样电路的电气连接。对模拟电压信号，首先用电阻分压，将各路电压分压到一致的电平上，再用运放进行缓冲，以实现阻抗匹配和增强驱动能力；运放用于缓冲输入信号并实现输入端与采样电路的隔离。同时具有较高的输入阻抗，对输入电路不会产生影响，且输出阻抗较低，故对采样电路也不会造成影响。本设计采用的运放是OP491GRU，其电压输入范围0～3 V，其4路规格正好满足指标要求，对每一路运放而言，输出电压为输入电压的1／2，输出电压范围(0．25～2．25 V)，小于A／D基准电压2．5 V，输出电压信号可直接接入单片机相关I／O接口。