利用GPIB接口和单片机系统实现光功率的自动智能检测

功率的自动智能检测

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据准确，这种过程是由软件实现的。

3.3 单片机与PC机串口的连接与通信

单片机和PC机之间通信是由8051的TXD和 RXD口通过MAX232的电平转换和PC机的串口来完成的，如图4所示。其中MAX芯片上的数字表示管脚，其通信过程是8051端通过TXD各RXD将存储器RAM中的数据传到PC机串口即可，PC机端通过VB程序中的一个串口通信控制接收来自串口的数据，并由VB程序将数据显示在控制界面上，同时将数据自动存储在Access数据库中。PC机发出控制命令时过程相反，8051通过TXD和RXD接收命令。在工作形式上单片机采用中断方式接收 PC机信息。

4 软件实现过程

上面介绍了整个系统的硬件实现方法，而实际中很多功能的实现靠软件实现。系统中软件主要分为两块，一块是汇编语言对单片机的工作控制，也是主要程序块。其主要思路是通过设置一个标志位，程序中通过判断这一标志位来转入不同的子程序，本程序是通过判断5AH单元的内容。实现整个过程流程图如图5。另一块是由VB语言编写程序，利用VB中的串口通信控件实现和单片机通信，同时完成在Access数据库 中对测量光功率值数据的存储。其命令格式和光功率计本身命令格式相同。

5 结果

利用上述单片机系统和GP-IB接口，成功实现了光功率的自动智能检测。该系统能实现远程监控、手动/自动测量、连续自动测量和有一定延迟的定时自动测量，延迟时间可选，真正实现了长时间自动检测、自动存储数据，远控距离达到了IEEE488和RS232国际标准。该系统还可在PC机上进行测控，并进行数据分析，测量结果准确可靠。目前该系统已通过国家法定机构检测和专家鉴定。 该系统更重要的就是可与光功率计连接，还可与具有GP-IB接口的多种测量仪表相连，完成智能测试，因此具有广泛的应用前景。