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

【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。