基于AVR单片机实现光纤连接测试

方案

测试仪主控芯片选用高性能、低功耗的8位AVR处理器，具体型号为Atmega64，由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，数据吞吐率可高达1MIPS/MHz，能有效缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega64单片机使用16MHz晶振作为外部时钟源，使用小型5V直流电源或电池供电。

分别用两块Atmega64单片机控制网络通信模块作为主机和从机数据通信终端，利用小型交换机或交叉网线将两个通信终端组成小型局域网，通过检测通信终端之间能否进行正常数据传输来测试通信线路是否正常。连接时，一个通信终端直接与交换机相连，另一个通信终端通过光电转换模块连接，在保证其他线路正常的情况下，数据能否正确传输就取决于光纤连接的质量，从而达到测试光纤连接的目的。单片机与网络模块之间数据传输采用SPI通信协议。SPI通信协议是一种高速、全双工、同步的通信总线，只需占用四个IO口，同时为PCB的布局上节省空间，具有简单易用的特性。光纤连接测试基本原理如图1所示。

图1 光纤连接测试基本原理图

二、硬件设计

根据设计方案，要实现测试功能，主要需完成数据通信终端、光电转换模块以及单片机控制程序等方面的设计。

（一）数据通信终端

数据终端主控芯片为Atmega64，网络功能采用带SPI接口的ENC28J60独立以太网控制器实现，输出接口采用HR901170A网络变压器。本设计中ATmega64 SPI 配置为主机模式，ENC28J60为从机模式。隔离变压器HR901170A与ENC28J60的物理端口连接时必须符合IEEE802.3规范，如RJ45的插孔与隔离变压器的间隔要小，输出和输入差分信号对的走线要良好隔离。

（二）光电转换模块

光电转换模块包括网络接口、光纤通道、光发射器、光接收器等。光接收器和光发射器是光电转换模块的重要组成部分，它将来自光纤的光信号转换成电信号，经放大、整形、再生后输出。在测试仪中，光电转换模块的任务是以最小的附加噪声及失真，将经光纤传输的信号通过光/电转换变为电脉冲信号，加以放大、均衡后还原为与发送端一致的数字信号，再用网络接口进行传输。光电转换功能可采用已成型的光电转换模块实现。

（三）控制程序

控制程序主要实现单片机初始化、SPI始化、ENC28J60驱动、设置MAC和IP地址，构建网络协议栈、数据通信等功能，其中网络协议栈是控制程序的核心。因测试只是两个终端之间进行数据交换，并不面向连接，通信数据量小，且在封闭网络内数据传输可靠性有保证，所以只需实现UDP通信协议。采用UDP协议主要基于以下优点：（1）程序实现起来比较容易，受环境影响较小，不容易出错；（2）UDP协议资源占用较少，处理数据较快。

数据通信功能主要用于检测通信线路是否畅通，检测的过程为：主机向加电后定时向从机IP地址发送一组UDP数据包，延时等待对方回应，一定时间后收不到数据或收到的数据不正确则认为传输线路存在故障，蜂鸣器发出声音告警，故障指示灯亮；若收到回传数据包且回传数据与发送的数据对比正确，则提示线路正常。测试流程如图2所示。

图2 测试程序流程图

三、结束语

通过对样机的测试表明，该测试仪准确度达到了预先设计指标，其精度完全可满足光纤连接可靠性测试，且具有性价比高、操作简单、性能稳定的特点。

参考文献：

[1]郭翔，王克英，胡少强.基于AVR单片机的电力变压器试验自动测试装置的设计与实现[J].电测与仪表，2012（08）.

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