一种实用光端机的设计与实现

摘要： 提出了一种简易的实用光端机的设计方法，能够完成 TTL/E1、RS232、RS422 3 类信号经光纤传送，很好地实现了
中短距离的点对点通信。 TTL/E1 信号直接送给通道选择，RS232 和 RS422 分别经过相应的信号调理变为 TTL 电平后再
送给通道选择模块； 通道选择由可编程逻辑器件 GAL16V8 为核心编程实现， 通过按键操作可实现传输信号的类型选
2. Department of Electrical Engineering， Shaanxi Vocational of Technlogy， Xianyang 712000， China ）
Abstract: This paper discusses a simple and practical design of optical transceiver， which can complete TTL/E1， RS232， and RS422 by optical fiber transmission， realize at the point-to-point communication in short-distance well. TTL/E1 signals are set directly to channel selection， RS232 and RS422 signals are recuperated respectively through the corresponding to TTL level to channel selection module after. And the GAL16V8 which is CPLD was selected for the part of channel's choice， through programming buttons operation， it can realize the type selection signal transmission， and have corresponding indicator instructions. HFBR-1528 transmitting module and HFBR-2528 receiving module which belongs to the Agilent's LED components were used as the core device in the design. Through some experiments， it shows that the system is reliable and performances superiority. Key words: optical transmitter and receiver； optical fiber； signal， channel selection； communication
2 单元电路设计
2.1 RS232 与 RS422 电平转换电路 对 于 RS232 信 号 和 RS422 信 号 都 需 要 经 过 电 平 调 理 之
后 才 能 进 入 传 输 通 道 。 RS232 信 号 电 平 转 换 电 路 采 用 MAX232，RS422 信号电平转换电路使用 MAX485[3]。
作者简介：任安虎（1974—），男，陕西宝鸡人，硕士，讲师。 研究方向：通信与信息处理技术。
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《电子设计工程》2010 年第 9 期
相应信号，经放大电路放大后，由电光转换电路转换为光信 号，经光纤传送到接收端。 在接收端，由光电转换电路将光信 号 转 换 为 电 信 号 ，TTL/E1 信 号 直 接 输 出 ，对 于 RS232 信 号 和 RS422 信号经电平转换之后输出。
光纤局域网和其他Hale Waihona Puke Baidu在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电
力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。 而光端机作为整
个光纤通信系统的一部分，起着重要的作用，它的性能、发展 对整个系统的性能和发展都有很大的影响。 目前市面上已有 许多现成的光端机，一般都比较复杂，而且价格不菲，不适合 低成本设备使用。 本文提出了一种实用光端机的设计方案， 方法简单，易于实现，具有较高的性价比。
光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，它 是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方
1 系统总体设计
式。 由于光纤作为传输媒介具有传输频带宽、通信容量大；传
本次设计的 光 端 机能 够 实 现 TTL/E1、RS232、RS422 3 类
输损耗低 、中继距离长；线径细 、重量轻 ；绝缘、抗 电 磁 干扰 性 信号经光纤信道传送，传送距离达 50 m 以上。 系统的原理框
图 5 电光转换、光电转换电路 Fig.5 Electro-optical and photoelectric conversion circuit
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《电子设计工程》2010 年第 9 期
2.4 系统原理图 完成各单元电路设计以后，按照系统原理框图就形成如
图 2 RS232 电平转换电路 Fig.2 Level conversion circuit of RS232
在 上 述 电 路 中 ，接 收 到 的 RS232 信 号 由 MAX232 的 14 引 脚 输 入 ，转 换 为 TTL 电 平 后 由 12 脚 输 出 ； 经 信 道 传 过 来 的 RS232 信 号 类 型 的 TTL 电 平 由 MAX232 的 11 脚 输 入 ， 电 平 转 换 后 由 14 脚 输 出 。 完 成 了 RS232 与 TTL 电 平 之 间 的转换。 2.1.2 MAX485 及电路设计
Design and realization of a practical optical transmitter
REN An-hu1， ZHANG Yan2 （1. School of Electronic Information Engineering， Xi'an Technological University， Xi'an 710032， China；
输入的 3 类信号由 GAL16V8 的 5、6、7 引脚输入，传送信 号由按键对应选择，当按动按键时可逐一选择一类信号，选择 的 传 送 信 号 类 型 由 对 应 的 指 示 灯 指 示 ：D1（红 灯 ）亮 时 ，选 择
任安虎，等 一种实用光端机的设计与实现
图 3 RS422 电平转换电路 Fig.3 Level conversion circuit of RS422
第 18 卷 第 9 期 Vol.18 No.9
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2010 年 9 月 Sept. 2010
一种实用光端机的设计与实现
任安虎 1， 张 燕 2 （1. 西安工业大学 电子信息工程学院， 陕西 西安 710032； 2. 陕西工业职业技术学院 电气工程系， 陕西 咸阳 712000）
图 4 通道选择电路 Fig.4 Channel selection circuit
E1/TTL 通道；D2（黄灯）亮时，选择 RS232 通道；D3（绿灯）亮时， 选择 RS422 通道。 传送的信号由芯片的 15 脚输出[5-6]。 2．3 电光、光电转换电路设计
电光、光电转换采用在工业生产中广泛使用的标准元器 件，采用 Agilent 技术生产的 HFBR 系列。 推荐的标准型号光 纤是 1 mmPOF 塑料光纤，既经济又便于使用。 光电转换发射 器选用 HFBR1528，它是由一个具有 650 nm 波长 的发 光 二 极 管组合而成。 强光输出的能量可以使能塑料光纤和硬包层
2.1.1 MAX232 及电路设计 MAX232 是 MAXIM 公 司 特 别 为 满 足 EIA/ TEA232E 的
标准而设计的，具有功耗低、工作电源为单电源+ 5 V，外接 电容仅为 0.1 或 1μF，采用双列直插封装形式，接 收 器输 出 为 三 态 TTL /CMOS 等 优 越 性 ， 为 双 组 RS232 接 收 发 送 器 ， 波 特率高，价格低， 可在一般需要串行通信的系统中使用，使用 简单方便。 MAX232 主要由 3 部分组成: 电压倍增器、RS232 接收器、RS232 发送器，其 内部 结 构 如图 2（a）所 示 ，具体 电 路 设计如图 2（b）所示。
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2.2 通道选择电路设计 通道选择的作用是根据要传送的信号类型实现信号选
择。 通用阵列逻辑 GAL（Generic Array Logic）器件是一种高性 能的 PLD 产品，具有结构灵活、可靠性高、集成度高，可擦除及 输出逻辑可组态的特点。 GAL 器件的逻辑功能可由用户自行 配置， 通过软件的灵活设计， 由微机驱动编程工具方便地对 GAL 进行编程，特别适于新产品开发或小批量生产。 GAL 产品 分为普通型、通用型、异步型、FPLA 型和在线可编程型 5 个系 列。 常见基本类型包括 16V8、20V8、39V8 和 ISP16Z8 等[4]。 在 该单元电路中选用可编程逻辑器件 GAL16V8， 基于该器件具 体的硬件电路设计如图 4 所示。
石 英 光 纤 。 通 过 简 单 的 驱 动 回 路 ，发 射 器 可 以 达 到 10 MHz 的 波 特 率 。 驱 动 电 路 如 图 5（a）所 示 ；电 光 转 换 接 收 器 选 用 HFBR2528： 由一 个 硅 引脚 的 光 电二 极 管 和 产 生 逻 辑 兼 容 输 出的数字集成电路组成。 集成电路包括一个特殊电路，用来 在一个长等待周期之后校正首位脉冲宽度失真，在带有低的 脉冲宽度失真下以任意数据模 式 从 低速 到 10 MHz 波 特率 运 行 ，接 收 器 的 输 出 是 一 个 与 TTL 和 CMOS 逻 辑 兼 容 的 “推 挽 级”[7]。 电路如图 5（b）所示。
Maxim 公司的芯片接口 MAX485。 采用单一电源+5 V 工 作，额定电流为 300 μA，采用半双工通讯方 式 ，它 完成 将 TTL 电平与 RS422 电平之间的转换。 MAX485 内部结构如图 3（a） 所示，具体的电路设计如图 3（b）所示。
要 通 过 光 端 机 传 送 的 RS422 信 号 由 U2 MAX485 的 6、7 引 脚 输 入 ，电 平 转 换 为 TLL 之 后 由 1 引 脚 输 出 ；从 信 道 传 过 来 的 RS422 类 信 号 的 TTL 电 平 由 U3 MAX485 的 4 引 脚 输 入 ，经过电平转换为 RS422 信号由 6、7 引脚输出。
收 稿 日 期 ：2010-04-12
稿 件 编 号 ：201004040
图 1 系统原理框图 Fig.1 block diagram of system principle
TTL/E1 信 号 直 接 送 给 通 道 选 择 模 块 ；RS232 信 号 和 RS422 信 号 分 别 由 电 平 转 换 电 路 转 换 为 TTL 电 平 之 后 送 给 通道选择模块。 由通道选择模块根据要传送的信号类型选择
能 强 ；还 具 有 抗 腐 蚀 能 力 强 、抗 辐 射 能 力 强 、可 绕 性 好 、无 电 图[2]如图 1 所示。
火花、泄露小、保密性强等优点[1]。 在不同的领域被广泛应用，
主要用于市话中继线、长途干线、全球通信网、各国的公共电
信网；还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和
调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线系统，
择，并有相应的指示灯指示；采用安捷伦公司的 LED 组件光发送模块 HFBR-1528 和光接收模块 HFBR-2528 作为核心
器件，实现光纤通信。 通过实验证明，系统工作可靠，性能优越。
关键词： 光端机； 光纤； 信号； 通道选择； 通信
中图分类号： TN29
文献标识码： A
文 章 编 号 ：1674－6236（2010）09-0055-04