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)

摘要：討論了采用8051單片機(jī)系統(tǒng)和利用光功率計(jì)gp-ib接口實(shí)現(xiàn)光功率的自動(dòng)智能測(cè)量原理及實(shí)現(xiàn)方法。該方法具有無(wú)人值守、遠(yuǎn)程控制、長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)測(cè)量及數(shù)據(jù)分析的功能，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：8051單片機(jī) gp-ib接口 智能自動(dòng)檢測(cè) 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g(shù)p-ib接口，通過(guò)8051系列為核心的單片機(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)的核心為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)最多可同時(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)線與地址線復(fù)用實(shí)現(xiàn)總線尋址。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)的核心部分，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ad7～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p1.0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p1.0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接口總線共24根，其中8根數(shù)據(jù)線（dio1～dio8），用來(lái)雙向異步、互鎖地傳送信息。主要傳送接口信息或設(shè)備信息，每次傳送一個(gè)字節(jié)都需要進(jìn)行三線掛鉤過(guò)程； 3根掛鉤線，分別是dav（數(shù)據(jù)有效線）、nrfd（未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線）和ndac（數(shù)據(jù)未收到線）；5根管理線，atn（注意線）、ifc（接口消除線）、ren （遠(yuǎn)控可能線）、srq（服務(wù)請(qǐng)求線）和eoi（結(jié)束或識(shí)別線）；最后是8根地線。這些線在實(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)線中均采用標(biāo)準(zhǔn)ascii碼。 檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)線為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)和專家鑒定。 該系統(tǒng)更重要的就是可與光功率計(jì)連接，還可與具有g(shù)p-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。論文出處(作者):
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