C8051F320在的数字可调光衰减器设计中的应用

C8051F320在的数字可调光衰减器设计中的应用

【摘要】为了在光通信中实现光信号的衰减，采用微处理器C8051F320和AGILTRON公司的MEMS型EVOA元器件，实现了一种结构简单，低成本的可调光衰减器。本可调光衰减器由EVOA控制电路、液晶显示电路、USB接口电路和UART接口电路组成。通过实验测量和批量应用于生产，表明本可调衰减器工作可靠，有良好的精度。

【关键词】C8051F320；MEMS；EVOA

0 概述

光衰减器（OA）是光通信中最基本的器件之一，其的主要功能是用来减低或控制光信号，即用于光通讯系统中指标测量，短距通信系统的信号衰减。光衰减器可分为固定光衰减器（FOA）和可调光衰减器（VOA）。固定衰减器成本低廉，但是使用不方便，灵活性差。随着WDM技术近几年的快速发展和应用，光衰减器，特别是可调光衰减器（VOA）在EDFA增益均衡、DWMD网络光功率控制、光通讯线路、系统评估以及各种实验中等方面起到越来越重要的作用。虽然目前国内外可调光衰减器种类较多，但是大多价格较贵，本文介绍一种造价低廉，高精度，稳定性较好的光衰减器设计方案。

关键元器件选用AGILTRON公司的MM系列MEMS可变衰减器，MM系列VOA是基于微电机械结构，驱动简单，可直接利用电压驱动，同时具有良好的光电特性，满足Telcordia 1209和1221标准。在微控制器的控制下即可实现不同的驱动电压从而实现光信号的衰减控制。

MM系列VOA的特性如下表：

波长范围为C和L波段，其衰减范围可达30dB左右，插入损耗小于0.5dB，基本上满足常规实验和测试要求。

表1 电气参数表

1 系统框图

本系统以具有51核的微控制器C8051F320为核心，通过数模转化DAC来控制EVOA实现光信号的衰减，输出显示部分为液晶模块，输入部分为四轻触按键，同时与上位机通讯接口采用USB和RS232两种接口。

2 硬件设计

本衰减器由两部分构成：微控制器（MCU）电路和衰减器（VOA）控制电路。

2.1 MCU部分

MCU选用Silabs公司的C8051F320，其优点如下：

1）采用高速8051T微控制器内核，高速的流水线结构，70%的指令执行时间为一个或两个时钟周期，速度可达25MIPS；

2）带USB接口，片内的USB功能模块符合USB2.0规范，可在全速或低速下运行，并具有1KB USB缓存、集成收发器，无需外部电阻；

3）内部存储器有2304BYTE的RAM，16KB的FLASH；

4）片内调试电路提供全速，非侵入式的在线调试功能；

5）灵活的交叉开关译码器，可方便配置数字IO，以满足各种IO设计需求。

MCU部分主要由显示，通讯，键盘三大部分组成。另外额外的有C2调试接口：C2D与C2CLK，故障或出错报错蜂鸣器等附件。Silabs系统MCU的C2调试接口，支持FLASH编程，边界扫描和在系统调试，其与JTAG类似，只是它将三个JTAG数据信号（TDI，TDO，TMS）映射到一个双向的C2数据信号（C2D）。C2接口配合Silabs公司的USB DEBUG ADAPTER，我们可以方便的在线调试程序并下载到C8051F320的FLASH中。

其MCU系统的部分原理图如下：

C8051F320电源使用+3.3V，内部振荡器。在USB接口与C8051F320之间使用ESD保护芯片，USBLC6-4SC6。

IO设置：

P0.3 用于控制蜂鸣器；

P0.4，P0.5用于UART；

P1.0，P0.6，P0.7用于控制DAC芯片LTC8043；

P1.2，P1.3，P1.4和P1.5用于LCD液晶模块的；

P1.6，P1.7，P2.0和P2.1用于输入轻触按键；

P2.2和P2.3用于模拟I2C接口与时钟芯片通讯；

1）显示部分由段式液晶模块构成：本设计选择北京青云LCM045A 液晶显

示模块。该显示模块共有四位数字和一些特殊符号，基本满足衰减数字的显示要求。

其引脚原理图及引脚定义如下：

⑴/CS：模块片选信号。

⑵/RD：模块数据读出控制线。（未接）

⑶WR：模块数据/指令写入控制线。

⑷DATA：数据输入/输出。

⑸GND：地。

⑹VLCD：LCD屏工作电压调整，可调整视角对比度。

⑺VDD：电源。

⑻WDT定时器输出。

⑼BZ：压电陶瓷蜂鸣器正极。

⑽/BZ：压电陶瓷蜂鸣器负极。

⑾BL+：背光正极。

⑿BL：背光负极。

2）通讯部分有与上位机通讯的USB通讯和RS232串口，与内部时钟芯片I2C通讯三部分。传统的控制设备与上位机通讯接口一般使用RS232，RS422/RS485等接口，但是USB以其易于安装，配置，速度快，易于扩展，方便灵活等一系列的优点越来越为许多设备采用。故本设计中与上位机通讯采用了兼容两种接口的设计：RS232和USB。

RS232串口通讯相当简单：使用SIPEX公司的RS232收发芯片SP3223CY 配合适当的电容，并加DB9串口头即可构成最简单的RS232通讯接口。

USB部分：使用C8051F320内置集成的USB接口。

内部I2C通讯接口：将MCU的P2.3和P2.4模拟为I2C总线的SDA和SCL，MCU做I2C主机，PCF8563时钟芯片做I2C从机，MCU通过模拟I2C时序与时钟芯片进行的通讯，可设置使用时的时间。平时未使用到光信号的衰减功能时，液晶屏显示当前系统时间。采用大容量的法拉电容，可以断电保存时间。在校准

设置系统时间后保存，并以正常时间运行。