利用GP-IB接口和單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光功率的自動(dòng)智能檢測(cè)

王海潼， 李廣林

（西安武警工程學(xué)院通信工程系，陜西 西安710086）

1 引言

隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在實(shí)際工程和科研中，需要測(cè)量光功率的場(chǎng)合越來(lái)越多，尤其是對(duì)光終端設(shè)備或器件進(jìn)行功能測(cè)試及故障診斷時(shí)，往往需要在一定時(shí)間內(nèi)不間斷測(cè)量和記錄光功率值，既消耗大量時(shí)間、精力，又使人為誤差的機(jī)率升高，同時(shí)由于測(cè)量人員測(cè)量和讀取過(guò)程缺乏規(guī)律性，使測(cè)量結(jié)果不能直接作為系統(tǒng)辨識(shí)、功能測(cè)試及故障診斷的依據(jù)。本文提出并實(shí)現(xiàn)了利用光功率計(jì)中GP-IB接口，通過(guò)8051系列為的單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)光功率進(jìn)行智能測(cè)量。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，既可對(duì)光功率計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)定、測(cè)試數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，又可在PC機(jī)上智能操作和數(shù)據(jù)分析。

2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)系統(tǒng)利用光功率計(jì)（AV2495型）符合 IEEE488標(biāo)準(zhǔn)（即并行外總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)）的GP-IB接口，程控光功率計(jì)所有功能和數(shù)據(jù)設(shè)定。GP-IB接口輸出信息按幀傳送，其格式如圖1。

檢測(cè)系統(tǒng)的為8051系列單片機(jī)，通過(guò)GP- IB接口，對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)光功率計(jì)相連控制，完成自動(dòng)測(cè)試和通信。它執(zhí)行的通信協(xié)議比較獨(dú)特，在構(gòu)成通信系統(tǒng)局網(wǎng)時(shí)，不必再配置數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。單片機(jī)系統(tǒng)以主從方式分配總線(xiàn)使用權(quán)，以位并行字節(jié)串行方式傳送數(shù)據(jù)，采用三線(xiàn)持鉤技術(shù)控制數(shù)據(jù)交換，進(jìn)行雙向異步通信，確保傳送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，傳輸速率達(dá)1Mbps，傳輸距離達(dá)20m。由于借鑒大型計(jì)算機(jī)的并行體系結(jié)構(gòu)，利用工業(yè)控 制局網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)多可同時(shí)連接14臺(tái)光功率計(jì)，完成自動(dòng)測(cè)試。在尋址方式上將數(shù)據(jù)線(xiàn)與地址線(xiàn)復(fù)用實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)尋址。利用SIO通信法，采用 RS232標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)之間的通信與控制，從而可完成PC機(jī)對(duì)整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制，并且可把測(cè)試結(jié)果隨時(shí)送回PC機(jī)中的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便調(diào)用和將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

3 硬件實(shí)現(xiàn)原理

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

利用上述技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，其構(gòu)成如圖2所示。其中8051是整個(gè)系統(tǒng)的部分，主要完成對(duì)光功率計(jì)的控制，接收來(lái)自8155擴(kuò)展口的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于RAM或送到PC機(jī)串口；采用8155擴(kuò)展口接收來(lái)自光功率計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中采用8051的P0口和8155的AD 7～AD0 相連。以高位地址直接作為I0/M信號(hào)的方式形成I0/M信號(hào)；顯示部分采用單片機(jī)的仿真串口P 1.0和P1.1，其作用是對(duì)工作狀態(tài)和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，其中P 1.0是數(shù)據(jù)口， P1.1是時(shí)鐘口；通過(guò)鍵盤(pán)可控制系統(tǒng)工作狀態(tài)和設(shè)定參數(shù)，實(shí)際中采用獨(dú)立式按鍵和外部中斷方式0實(shí)現(xiàn)；RAM作用是將測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以備查用；MAX232是將TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232電平，以完成8051與PC機(jī)的通信，通過(guò)PC機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)回傳和分析。

3.2 單片機(jī)與GP-IB接口的連接

GP-IB接口總線(xiàn)共24根，其中8根數(shù)據(jù)線(xiàn)（DIO1～DIO8），用來(lái)雙向異步、互鎖地傳送信息。主徒涌諦畔⒒蟶璞感畔ⅲ看未鴕桓鱟紙?jiān)湂A枰腥吖夜徹蹋? 3根掛鉤線(xiàn)，分別是DAV（數(shù)據(jù)有效線(xiàn)）、NRFD（未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線(xiàn)）和NDAC（數(shù)據(jù)未收到線(xiàn)）；5根管理線(xiàn)，ATN（注意線(xiàn)）、IFC（接口消除線(xiàn)）、REN （遠(yuǎn)控可能線(xiàn)）、SRQ（服務(wù)請(qǐng)求線(xiàn)）和EOI（結(jié)束或識(shí)別線(xiàn)）；是8根地線(xiàn)。這些線(xiàn)在實(shí)際中有一定用法要求，并且GP-IB均采用負(fù)邏輯，數(shù)據(jù)線(xiàn)中均采用標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼。

檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)線(xiàn)為DIO1～DIO 8，EOI，DAV，NRFD，NDAC，IFC，ATN，REN。與單片機(jī)的連接如圖3所示。

GP-IB系統(tǒng)采用廣播式通信，為保證數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)確可靠，采用三線(xiàn)掛鉤技術(shù)，即源方向、受方向傳輸消息的每一個(gè)過(guò)程都受到DAV，NRFD和 NDAC三線(xiàn)上的信息制約。一般源方為講者，受方為聽(tīng)者。每傳送一個(gè)字節(jié)信息的掛鉤過(guò)程為

(1) 講者待發(fā)送，聽(tīng)者待接受的初始狀態(tài)下，聽(tīng)者通過(guò)NRFD發(fā)高電平（NRFD=0），表示數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好接收；

(2)講者送數(shù)據(jù)到DIO上，把DAV變成低電平（DAV=1），告訴聽(tīng)者數(shù)據(jù)有效；

(3) 聽(tīng)者檢測(cè)到DAV=1后，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，同時(shí)置NRFD為低電平（NRFD=1），表示對(duì)DAV=1 響應(yīng)；

(4)當(dāng)聽(tīng)者把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖器后，把NDAC變成高電平（NDAC=0），表示收到數(shù)據(jù)；

(5) 講者檢測(cè)出NDAC=0后，發(fā)DAV=0，表示DIO上數(shù)據(jù)無(wú)效；

(6) 聽(tīng)者檢測(cè)到DAV=0時(shí)，即發(fā)出NDAC=1以示響應(yīng)；

(7) 聽(tīng)者又發(fā)出NRFD=0，準(zhǔn)備下次數(shù)據(jù)接收。

三線(xiàn)掛鉤過(guò)程，保證了智能自動(dòng)光功率測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，這種過(guò)程是由軟件實(shí)現(xiàn)的。

3.3 單片機(jī)與PC機(jī)串口的連接與通信

單片機(jī)和PC機(jī)之間通信是由8051的TXD和 RXD口通過(guò)MAX232的電平轉(zhuǎn)換和PC機(jī)的串口來(lái)完成的，如圖4所示。其中MAX芯片上的數(shù)字表示管腳，其通信過(guò)程是8051端通過(guò)TXD各RXD將存儲(chǔ)器RAM中的數(shù)據(jù)傳到PC機(jī)串口即可，PC機(jī)端通過(guò)VB程序中的一個(gè)串口通信控制接收來(lái)自串口的數(shù)據(jù)，并由VB程序?qū)?shù)據(jù)顯示在控制界面上，同時(shí)將數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中。PC機(jī)發(fā)出控制命令時(shí)過(guò)程相反，8051通過(guò)TXD和RXD接收命令。在工作形式上單片機(jī)采用中斷方式接收 PC機(jī)信息。

4 軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程

上面介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法，而實(shí)際中很多功能的實(shí)現(xiàn)靠軟件實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中軟件主要分為兩塊，一塊是匯編語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)的工作控制，也是主要程序塊。其主要思路是通過(guò)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位，程序中通過(guò)判斷這一標(biāo)志位來(lái)轉(zhuǎn)入不同的子程序，本程序是通過(guò)判斷5AH單元的內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程流程圖如圖5。另一塊是由VB語(yǔ)言編寫(xiě)程序，利用VB中的串口通信控件實(shí)現(xiàn)和單片機(jī)通信，同時(shí)完成在Access數(shù)據(jù)庫(kù) 中對(duì)測(cè)量光功率值數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。其命令格式和光功率計(jì)本身命令格式相同。

5 結(jié)果

利用上述單片機(jī)系統(tǒng)和GP-IB接口，成功實(shí)現(xiàn)了光功率的自動(dòng)智能檢測(cè)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)/自動(dòng)測(cè)量、連續(xù)自動(dòng)測(cè)量和有一定延遲的定時(shí)自動(dòng)測(cè)量，延遲時(shí)間可選，真正實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)控距離達(dá)到了IEEE488和RS232國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)還可在PC機(jī)上進(jìn)行測(cè)控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。目前該系統(tǒng)已通過(guò)國(guó)家法定機(jī)構(gòu)檢測(cè)和鑒定。

該系統(tǒng)更重要的就是可與光功率計(jì)連接，還可與具有GP-IB接口的多種測(cè)量?jī)x表相連，完成智能測(cè)試，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。