基于光纤通信的简易有线电报机的实现

基于光纤通信的简易有线电报机的实现11基于光纤通信的简易有线电报机的实现秦晓侯德彬戚贺（电子科技大学物理电子学院成都610054）【摘要】本文介绍了一种基于光纤通信的简易有线电报机的设计与实现。发报机采用AT89S52单片机为中心控制器，对由两个按键输入的点、划信息进行编码，然后通过光端机调制成光强信号发送；收报机接收解调，再用AT89S52进行译码，其间对点、划信息进行声光显示，并在液晶显示器上显示所输入的数字、字母以及汉字。【关键词】AT89S52电文编译码光纤通信液晶显示RealizationoftelegraphbasedonopticalcommunicationQINXiaoHOUDe-binQIHe(SchoolofPhysicalElectronicsofUESTCChengdu610054)AbstractAdesignandrealizationoftelegraphbasedontheopticalcommunicationmethodsisintroducedinthispaper.The8-bitmicrocontrollerAT89S52isusedasthecentralcontrollerofthetransmitter,whichisresponsibleforencodingthedotandhypheninformationinputthroughbuttons,anotherAT89S52isusedinthereceivertodecodetheseinformationanddisplayitontheLCD.Anopticalfiberwithcorrespondentinterfaceisusedtoconnectthetransmitterandreceiver.KeywordsAT89S52Telegraphencoding/decodingOpticalcommunicationLCD1引言本文的提出基于2006年电子科技大学“亿利达”杯电子设计大赛，题目要求为：制作一个莫尔斯电报的收发机，点、划信息采用两个按键分别输入，并采用声和光的方式进行显示，其中声音可以用开关进行控制。载波频率不小于100kHz。制作一个莫尔斯电报的收发机，要求能够正确解调出点、划信息，并采用声和光的方式进行显示。由上述发、收报机构成最简莫尔斯有线电报系统，要求收发距离大于10米。系统能够输入和显示0至9的数字，并对数字进行自动编码和译码。系统能够输入和显示汉字电报，并对电报自动编码和译码。针对上述要求，我们提出了基于光纤通信的以单片机为控制单元的电报机的设计。2方案比较、设计与论证2.1硬件部分2.1.1控制系统模块方案1基于AT89S52单片机的电文编码译码系统,AT89S52是ATMEL公司生产的8位单片机，具有性能良好、成本低、可靠性高等特点,在实际应用中取得了良好效果。单片机外围电路简单，只需晶振与几个电容电阻即可让单片机开始工作。方案2采用德州仪器公司（TI）的MSP430系列超低功耗微控制器作为系统控制微处理器,适于在便携式设备中延长电池寿命，芯片具有的强大的16位CPU、16位的寄存器及常数发生器，能够最大限度地【作者简介】秦晓（1986-）男，物理电子学院电子信息科学与技术专业2004级本科生。侯德彬（1983-）男，物理电子学院电子信息科学与技术专业2003级本科生。戚贺（1987-）男，物理电子学院电子信息科学与技术专业，2005级本科生。第1期大学生学报2008.32提高代码的效率，在捕获模拟信号转换为数字值、然后处理数据用于显示或者传送到主系统等领域具有典型应用。另在实时性和灵活性等性能上都有很大的提高。由于AT89S52单片机可接24MHz晶振，一个指令周期为0.5uS。相对本题目要求，该速度适合。且其内部有8K的Flash，对于该题目来说已经完全够用，MSP430F1610虽然比较高级，但AT89S52业已满足题目要求及发挥部分要求，且AT89S52价格较低，所以我们选择了方案1。2.1.2调制,传输及解调模块方案1将微控制器的串行输口输出的数字信号传给光端机,光端机把光信号调制成光脉冲信号,然后采用光纤通信，(光导纤维传送信息容量大，质量高，保密性强，抗电磁干扰和抗辐射性能好，整体性能良好,与传统电缆相比重量轻，占用空间少,但是价格比较昂贵)信号接收端经过解调处理,对微控制器输入数字信号,即完成调制、传输和解调过程。方案2利用压控函数发生器的调制解调电路，并利用8038压控振荡的功能，将数据信号第8脚扫描控制端，振荡频率随着数据0电平和1电平而改变。以其制作的FSK调制电路,输出的正弦波的寄生调幅成分极小，其性能远比滤波法优越。本方案以电线为传输导线,性能不若光纤通信。虽然光纤通信的成本较高，但考虑到其良好的性能和具有一定的创新意识，权衡考虑，我们决定采用方案12.1.3键盘及显示模块方案1显示部分采用数码管（LED）动态显示，电路简单，但微控制器每次都要循环扫描，才能同时稳定显示，给程序设计带来麻烦。若结合静态显示，需要一些专用的芯片（8279）或利用单片机的串行口采用船并转换芯片（如74LS164），在增加了硬件的复杂度，即系统开发成本的前提下，却不能显示字母和汉字，对发挥部分造成了限制。键盘输入采用点、划输入，另加一确认键,即仅提供一小键盘输入。方案2采用液晶显示器（LCD）显示，虽然成本也较高，相对其能显示汉字和所有的字母的功能它具有体积小、功耗低、清晰度好等优点。键盘输入采用8×8矩阵键盘，可以完成输入字母\数字,字符的任务。为了顺利完成题目的要求，我们选择方案2。2.2软件部分方案1采用汇编语言。对硬件可直接操作，生成代码小，人机对话效果好，易于实现单片机的简单操作。但实现复杂数学运算较困难。方案2采用C语言。C语言直接操作硬件效果不佳，生成代码较长，编译软件不能很好的按我们预期的编译，不易找出错误。但C语言很容易实现各种复杂算法。由于该题目并不涉及到复杂的数学运算，故汇编语言和C语言并没有太大的优劣区分，根据我们的擅长我们选择方案1，采用汇编语言进行程序设计。3系统方案的具体设计与实现3.1硬件部分3.1.1系统框图基于光纤通信的简易有线电报机的实现3图1总系统框图设定(TheDiagramofSystem)以双AT89S52为控制核心,并配以双键盘输入、液晶静态显示，使CPU有足够的时间做算法数据处理且可各自外接声光显示电路。3.1.2AT89S52单片机控制系统(编码发送及译码接收)图2单片机基本外围电路(BasicCircuitofMicrocontroller)AT89S52单片机可接24MHz晶振，一个指令周期为0.5uS,外围电路简单，开发方便。第1期大学生学报2008.343.1.3矩阵键盘图38×8键盘字母、数字输入(8*8keyboardcircuit)采用8×8键盘可完整输入A-Z，0-9，以及结束键。另有输入点划信息的小键盘，当输入点划信息时，声光显示，在输入结束键后，液晶上显示所输入点信息代表的字母或数字；大键盘输入时，可直接输入数字或字母，点击结束键（由程序设定）后，可显示汉字。3.1.4调制解调图4基于MC10116的调制电路(codingcircuitbasedonMC10116)图5基于MAX435CPD的解调电路(decodingcircuitbasedonMAX435CPD)集成化的IC芯片MC10116和MAX435CPD分别实现了电信号和光信号之间的互相转换。MC10116基于光纤通信的简易有线电报机的实现5的输入是数字信号，根据输入的信号控制激光器的发光，从而实现了光强调制；相反，MAX435CPD解调出光强信号，并将其转换为对应的数字信号输出。3.1.5声光显示模块图6蜂鸣器、二极管声光显示电路(SpeakerandLEDcircuit)输入点或划时，单片机控制使蜂鸣器接收到不同时长的高电平，发出不同时长的声音以区分点划，检测到点时发光二极管D1亮，划时D2、D3、D4同时亮。3.1.6液晶显示模块采用点阵系列FYD12864-0402B型号的液晶模块,它包括了显示其本身及液晶的驱动电路，内部包括了X地址计数器、Y地址计数器和显示数据随机存储器（RAM）等，地址计数器用来记录显示RAM中哪个地址处于可操作状态，显示RAM中则存放着要显示的内容，这些内容是由字模提取软件自动生成的。模块提供了很方便的接口，我们只需要通过接口对驱动电路的内部寄存器进行操作即可。3.1.7完整的电路系统图7发报机的电路原理图示(Schematicdiagramoftransmitter)第1期大学生学报2008.36图8收报机的电路原理图示(Schematicdiagramofreceiver)3.2软件部分3.2.1程序流程图图9程序流程图(flowchart)基于光纤通信的简易有线电报机的实现73.2.2端口配置图10发报端微控制器接口图例(Pinallocationoftransmitter)图11收报端微控制器接口图例(Pinallocationofreceiver)3.2.3算法实现由于莫尔斯代码由点，划构成，我们要实现的基本功能是发报机的数据和控制信号传到收报机并在LCD上显示点，划信息，在这里我们利用用串行口通信，由于点、划信息必须及时传输到收端，所以串行通信每次只能传输一个点划信息，所以我们利用八位数据中最低位的高（即00000001）来表示点信息（信息0），用00000010表示划信息（信息1），我们另加了确定键，表示代表字符的点、划信息输入完毕，应该显示其代表的字符，传输信息用00000100表示发报机在工作时不断扫描键盘，当键盘按下，单片机响应，将信号通过串行口串出，收报机不断检测串行通信是否完成，当接收完一帧，执行中断程序，进而对收到的电码进行解调，如果收到的是非结束信号（点或划）则在LCD上显示出点划信息；否则对收到的点划解码，找出其对应的字母或数字并显示在LCD上。为了实现汉字的编码和显示，我们利用了LCD模块自带的汉字字库。FYD12864-0402B型号的LCD带有固化的汉字字库，我们只需要向其写入相应的地址，对应的汉字即会显示在液晶上。汉字地址是2BYTE的数据，由此，我们制作了一个大的键盘，包含A~Z的字母和0~9的数字，当检测到有键按下时，查出该键值对应的莫尔斯码，然后调用上面的程序将其发送出去；每收到一个字母或数字，收报机将其存放在一个2BYTE的缓存中的低4位并左移四位，当检测到显示汉字的命令时，将这2BYTE输出到LCD，使对应的汉字显示出来。第1期大学生学报2008.384测试及结果：要求系统完成情况1、8×8键盘实现各种字符的输入，和控制键的设定。小键盘实现点，横的输入。键盘上41个功能键小键盘上3个键均可实现功能。2、上位机串行口输出数据被下位机完整接收。声光显示实现3、液晶（LCD）显示点划信息、数字、字母及汉字实现。4、莫尔斯代码转换LCD显示代码实现5、蜂鸣器和LED显示灯实现6、其他开机后系统全部由键盘控制，实现全自动控制，完成上述所有功能。5结论通过测试，我们所设计的简易电报机能够出色的完成题目所要求的任务，回顾该题目的制作过程，我们认为该题目的难点在于软件的设计，特别是编解码方法的设计与实现；我们通过观察莫尔斯码的特征，提出了一种新的编码方法，并利用单片机的串口资源进行数据传输，达到了较好的效果。参考文献[1]邓兴成姜宝钧.《单片机原理与实践指导》讲义.成都：电子科技大学，2005[2]胡汉才.《单片机原理及其接口技术》.北京：清华大学出版社，2004.2，第二版[3]Unknown.FYD12864-0402Bsm.pdf.[4]MAXIMSemiconductor（美信半导体公司）.MAX435-MAX436.pdf.available