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2022年10月20日

利用GP-IB接口和单片机系统实现光功率的自动智能检测

利用GP-IB接口和单片机系统实现光功率的自动智能检测 2011年12月09日 来源: 摘要:讨论了采用8051单片机系统和利用光功率计GP-IB接口实现光功率的自动智能测量原理及实现方法。该方法具有无人值守、远程控制、长时间自动测量及数据分析的功能,符合国际标准。关键词:8051单片机 GP-IB接口 智能自动检测 1 引言 随着光纤通信技术的不断发展,在实际工程和科研中,需要测量光功率的场合越来越多,尤其是对光终端设备或器件进行功能测试及故障诊断时,往往需要在一定时间内不间断测量和记录光功率值,既消耗大量时间、精力,又使人为误差的机率升高,同时由于测量人员测量和读取过程缺乏规律性,使测量结果不能直接作为系统辨识、功能测试及故障诊断的依据。本文提出并实现了利用光功率计中GP-IB接口,通过8051系列为核心的单片机控制系统,对光功率进行智能测量。该系统的实现,既可对光功率计进行远程自动控制、参数设定、测试数据的采集与存储,又可在PC机上智能操作和数据分析。   2 技术标准检测系统利用光功率计(AV2495型)符合 IEEE488标准(即并行外总线标准)的GP-IB接口,程控光功率计所有功能和数据设定。GP-IB接口输出信息按帧传送,其格式如图1。

检测系统的核心为8051系列单片机,通过GP-IB接口,对单台或多台光功率计相连控制,完成自动测试和通信。它执行的通信协议比较独特,在构成通信系统局网时,不必再配置数据链路层协议。单片机系统以主从方式分配总线使用权,以位并行字节串行方式传送数据,采用三线持钩技术控制数据交换,进行双向异步通信,确保传送数据准确可靠,传输速率达1Mbps,传输距离达20m。由于借鉴大型计算机的并行体系结构,利用工业控制局网技术,使系统最多可同时连接14台光功率计,完成自动测试。在寻址方式上将数据线与地址线复用实现总线寻址。利用SIO通信法,采用 RS232标准,实现PC机与单片机系统之间的通信与控制,从而可完成PC机对整个自动测试系统的控制,并且可把测试结果随时送回PC机中的数据库中,以便调用和将测试结果进行综合分析。 3 硬件实现原理 3.1 系统构成   利用上述技术,成功实现了设计要求,其构成如图2所示。其中8051是整个系统的核心部分,主要完成对光功率计的控制,接收来自8155扩展口的数据,将数据存储于RAM或送到PC机串口;采用8155扩展口接收来自光功率计的测量数据,设计中采用8051的P0口和8155的AD7~AD0相连。以高位地址直接作为I0/M信号的方式形成I0/M信号;显示部分采用单片机的仿真串口P1.0和P1.1,其作用是对工作状态和测量数据进行显示,其中P1.0是数据口,P1.1是时钟口;通过键盘可控制系统工作状态和设定参数,实际中采用独立式按键和外部中断方式0实现;RAM作用是将测量数据存储以备查用;MAX232是将TTL电平转换成 RS232电平,以完成8051与PC机的通信,通过PC机界面可实现对系统的远程控制、数据回传和分析。

3.2 单片机与GP-IB接口的连接   GP-IB接口总线共24根,其中8根数据线(DIO1~DIO8),用来双向异步、互锁地传送信息。主要传送接口信息或设备信息,每次传送一个字节都需要进行三线挂钩过程; 3根挂钩线,分别是DAV(数据有效线)、NRFD(未准备好接收数据线)和NDAC(数据未收到线);5根管理线,ATN(注意线)、IFC(接口消除线)、REN (远控可能线)、SRQ(服务请求线)和EOI(结束或识别线);最后是8根地线。这些线在实际中有一定用法要求,并且GP-IB均采用负逻辑,数据线中均采用标准ASCII码。 检测系统中信号线为DIO1~DIO 8,EOI,DAV,NRFD,NDAC,IFC,ATN,REN。与单片机的连接如图3所示。

GP-IB系统采用广播式通信,为保证数据传送准确可靠,采用三线挂钩技术,即源方向、受方向传输消息的每一个过程都受到DAV,NRFD和 NDAC三线上的信息制约。一般源方为讲者,受方为听者。每传送一个字节信息的挂钩过程为(1) 讲者待发送,听者待接受的初始状态下,听者通过NRFD发高电平(NRFD=0),表示数据已准备好接收; (2) 讲者送数据到DIO上,把DAV变成低电平(DAV=1),告诉听者数据有效; (3) 听者检测到DAV=1后,开始接收数据,同时置NRFD为低电平(NRFD=1),表示对DAV=1 响应; (4)当听者把数据存入数据缓冲器后,把NDAC变成高电平(NDAC=0),表示收到数据; (5)讲者检测出NDAC=0后,发DAV=0,表示DIO上数据无效; (6)听者检测到DAV=0时,即发出NDAC=1以示响应; (7)听者又发出NRFD=0,准备下次数据接收。 三线挂钩过程,保证了智能自动光功率测量的数

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