光通信原理與系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書 1、實驗?zāi)康?)了解光纖損耗的定義2)了解截斷法、插入法測量光纖的傳輸損耗 2、實驗原理光纖在波長處的衰減系數(shù)為()，其含義為單位長度光纖引起的光功率衰減，單位是dB/km。 當長度為L時，10()()lg(/) (0)P LdBkmL P=?（公式1.1）ITU-T G. 650、G.651都規(guī)定截斷法為基準測量方法，背向散射法（OTDR法）和插入法為替代測量方法。 本實驗采用插入法測量光纖的損耗。 （1）截斷法（破壞性測量方法）截斷法是一個直接利用衰減系數(shù)定義的測量方法。 在不改變注入條件下，分別測出長光纖的輸出功率2()P和剪斷后約2m長度短光纖的輸出功率1()P，按定義計算出()。 該方法測試精度最高。 偏置電路注入系統(tǒng)光源濾模器包層模剝除器被測光纖檢測器放大器電平測量圖1.1截斷法定波長衰減測試系統(tǒng)裝置 （2）插入法插入法原理上類似于截斷法，只不過用帶活接頭的連接軟線代替短纖進行參考測量，計算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接受系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測光纖引起的功率損耗。 顯然，功率1P、2P的測量沒有截斷法直接，而且由于連接的損耗會給測量帶來誤差，精度比截斷法差一些。 所以該方法不適用于光纖光纜制造長度衰減的測量。 但由于它具有非破壞性不需剪斷和操作簡便的優(yōu)點，用該方法做成的便攜式儀表，非常適用于中繼段長總衰減的測量。 圖1.2示出了兩種參考條件下的測試原理框圖。 2調(diào)制器光源注入系統(tǒng)MF檢測器測量系統(tǒng)MF濾模器濾模器1212參考條件包層模剝除器包層模剝除器（a）調(diào)制器光源注入系統(tǒng)檢測器測量系統(tǒng)MF參考系統(tǒng)（b）圖1.2典型的插入損耗法測試裝置圖1.2（a）情況下，首先將注入系統(tǒng)的光纖與接收系統(tǒng)的光纖相連，測出功率1P然后將待測光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測出功率2P，則被測光纖段的總衰減A可由下式給出121210lg()/()()rA PP C CCdB=+?（公式1.2）式中rC、1C、2C分別是在參考條件、實驗條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標稱平均損耗值（dB）。 圖1.2（b）情況下，首先將參考系統(tǒng)連在注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測出功率1P，然后如圖（a）一樣，測出功率2P，則被測光纖段的總衰減可由下式給出1210lg()/()()A PP dB=（公式1.3）情形（a）中，由于連接器的質(zhì)量可能會影響測試精度；情形（b）中，采用了光學系統(tǒng)進行精密耦合，代替了連接器的耦合，可以得到精確的測量結(jié)果，當只需要知道光纖的實際衰減時，它比較合適。 當被測光纖段帶有半個連接器而且需要和其它元件串在一起時，情形（a）的測試結(jié)果更有意義。 試驗平臺中我們采用了插入法測量光纖的損耗，試驗框圖如1.3所示3數(shù)字光發(fā)數(shù)字光收RS方波信號輸入TP102光纖跳線（a）擾模器待測光纖（b）圖1.3插入損耗測試框圖 （3）光時域反射計（OTDR）測試背向散射法是通過光纖中后向散射光信號來提取光纖衰減及其他信息的，諸如光纖光纜的光學連續(xù)性、物理缺陷、接頭損耗和光纖長度等。 它是一種間接地測量均勻樣品衰減的方法。 下面分析背向散射法的測量原理。 將光功率為0P，脈沖寬度為0T的窄帶光脈沖注入光纖，由于衰減，在傳輸距離Z之后，光功率()P Z為(/10)0()10ZP Z P?=（公式1.4）式中，是衰減系數(shù)。 由于瑞利散射的作用，在Z處的光功率總有一部分背向散射回光纖輸入端。 Z處的背向散射光功率為(/10)2(/10)()()()10 (0)()10Z ZbsP ZPZ ZPZ?=（公式1.5）式中，()Z是在Z處光纖的瑞利背向散射系數(shù)，定義Z為0()(/2)g RZV TS=（公式1.6）式中，R是瑞利散射系數(shù)；gV是光在光纖中的群速度；S代表背向散射功率與瑞利散射總功率之比，它與光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)（芯徑、相對折射率差）有關(guān)。 設(shè)0Z=處的背向散射光功率為0 (0) (0)bsP P=（公式1.7）由公式（1.6）和式（1.4），可得0Z之間的平均衰減系數(shù)為 (0)5 (0)lg lg()()bsbsPZ PZ Z=?（公式1.8）4如果光纖軸向不均勻，不是常數(shù)，則公式（1.7）表示的衰減系數(shù)包含了一項與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的待定項，這樣，直接從背向散射曲線上求得的并不能代表實際的衰減系數(shù)，這也就是該方法的缺點所在。 假定光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻時， (0)()Z=，則0Z間的平均衰減系數(shù)為 (0)5lg()bsbsPZ PZ=（公式1.9）這時就可以從背向散射曲線求得實際的平均衰減系數(shù)了。 圖1.4是一個典型的背向散射法測試系統(tǒng)框圖。 這里不再介紹各部分的作用和要求。 利用背向散射原理制成的儀表稱為光時域反射計，簡稱OTDR。 圖1.5示出了在對數(shù)坐標上的一條典型OTDR曲線，曲線上A-B間的衰減是1()()2A BA BAV V=?（公式1.10）式中，AV、BV是以對數(shù)刻度的背向散射功率電平，平均衰減系數(shù)為()2A BA BAV VLL?=（公式1.11）式中，L是待測光纖的長度。 若光纖軸向不均勻時，取從兩端測量的平均值作為平均衰減系數(shù)，從而消除了公式（1.7）中的待定項。 背向散射法雖屬替代方法，可是它被廣泛的用在光纖光纜的研制、生產(chǎn)以及光通信工程的施工維護中。 光源光學系統(tǒng)耦合器件光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)光檢測器信號處理器放大器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)示波器圖1.4背向散射法測試曲線5BVAV圖1.5典型OTDR曲線 3、實驗步驟本實驗采用插入法測試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時域反射儀OTDR，則可采用背向散射法。 1）如圖1.3(a)所示，選擇光發(fā)送模塊A，通過開關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動電路，KP101選擇“數(shù)字”。 實驗平臺加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開始運行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示“歡迎你”，“請選擇”等字樣，之后便可輸入操作者的選擇），從鍵盤輸入方波，按圖1.3(b)連接好待測光纖，此時用光功率計測試R點的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。 2）將R點輸出的光信號輸入擾模器，經(jīng)過待測光纖后，測出光功率P2，光纖的總損耗A=P2-P1(dBm)，然后就可粗略的估算出每公里光纖的損耗值。 注此實驗的開設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）實驗記錄功率大小實驗次數(shù)1()P2()PA()123456實驗二數(shù)字光發(fā)射機消光比測試 1、實驗?zāi)康牧私鈹?shù)字光發(fā)送端機的消光比的定義及其測試方法。 2、實驗原理從理想狀態(tài)講，當數(shù)字電信號為“0”時，光發(fā)送機應(yīng)該不發(fā)光；只有當數(shù)字電信號為“1”時光發(fā)送機才發(fā)出一個傳號光脈沖。 但實際上這是不可能的。 以LD為例，由于要對它進行予偏置，且使其偏置電流I b略小于閾值電流I th。 因此即使在數(shù)字電信號為“0”的情況下，LD也會發(fā)出極微弱的光（瑩光）。 當然這種發(fā)光越小越好，于是就引出了消光比的概念。 消光比的定義是“1”碼光脈沖功率與“0”碼光脈沖功率之比。 I0PIPtII1P0P1tI mI b圖2.1LD的P-I特性曲線和調(diào)制波形在這里我們采用了一種簡便的說法。 實際上更嚴格的說法是電信號“1”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率與電信號“0”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率之比。 消光比的測試原理是分別測出電信號全“1”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率11P與電信號全“0”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率00P，消光比計算公式為0011PPEXT（公式2.1）此外，消光比還有以下的表示公式0011PPEXT lgdB10（）（公式2.2）在本實驗中，11P可這樣測出，在鍵盤上選擇RS232輸入（RS232接口不接信號），即對應(yīng)輸入數(shù)字信號全部為1的時候的光功率；然后選擇信號源輸入方波信號（占空比50%），與測試平均發(fā)送光功率時相同，由于“0”碼和“1”碼概率相等，因此此時測出的功率10P(11P+00P)/2，從測得的11P和10P可推算出00P，即可計算消光比。 73、實驗步驟消光比的測試框圖如圖2.2所示,具體的測試步驟如下圖2.2數(shù)字光發(fā)送機消光比測試框圖1）選擇光發(fā)模塊A，KP101和KP102選擇數(shù)字檔。 2）鍵盤選擇輸入RS232信號且RS232接口不施加信號，此時將光功率計和光收模塊A之間通過光纖跳線連接起來，測得的光功率即為11P。 3）復(fù)位系統(tǒng)，鍵盤選擇輸入方波信號，測得的光功率即為10P(11P+00P)/2。 4）從測得的11P和10P可推算出00P。 5）按照計算公式(2.1)計算消光比。 8實驗三光接收機靈敏度測試 1、實驗?zāi)康?）熟悉光接收機靈敏度的概念；2）掌握光接收機靈敏度的測試方法。 2、實驗原理靈敏度是光接收機的重要指標之一，它表示接收機接受微弱信號的能力，是系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)。 光靈敏度的定義是在給定誤碼率或信噪比的條件下，光接收機所能接收的最小平均光功率。 在測量接收機靈敏度時，首先要確定系統(tǒng)所要求的誤碼率指標，對于不同的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，其誤碼率指標是不一樣的。 一般來講，接收機要求的誤碼率越小，則靈敏度越低，即要求接受的光功率越大，因此靈敏度并非是一個固定不變的值，它與誤碼率的要求有關(guān)，測量時先確定系統(tǒng)的要求的誤碼率，再測在該誤碼率條件下的靈敏度的數(shù)值。 光接收機的靈敏度定義為最小平均光功率，而不是指達到系統(tǒng)所要求的誤碼率所對應(yīng)的光功率。 對某一接收機來講，光功率只要在它的動態(tài)范圍內(nèi)變化，都能確保系統(tǒng)要求的誤碼率，但靈敏度只有一個，即接收機所能接受的最小光功率。 靈敏度指的時平均光功率，而非峰值功率，因此光接收機的靈敏度就與傳輸信號的碼型有關(guān)。 碼型不同，占空比不同，平均光功率也就不同，靈敏度也就不同。 對于NRZ和RZ兩種碼型來講，對比可以發(fā)現(xiàn)，當1碼和0碼概率相等時，NRZ的平均光功率要比RZ大3dB，因此測試靈敏度需要選擇合適的碼型。 靈敏度的單位一般用dBm來表示，它表示以1mW功率為基礎(chǔ)的絕對功率電平，設(shè)測得的最小平均光功率為min P，則靈敏度可以表示為RP10lgmWP1min(dBm)(公式3.1)例如，當RP-60bBm時，其最小平均光功率就是109?W，min P越小，接收機的靈敏度就越高。 圖3.1數(shù)字光收接口指標測試框圖9光接收機靈敏度測試框圖如3.1所示，將誤碼測試儀和光可變衰減器與光線數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。 誤碼儀向光端機送入測試信號，PCM測試信號為偽隨機碼，長度為（21N?）。 調(diào)整衰減器，逐步增加光衰減，使輸入光接收機的光功率逐步減少，使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài)。 然后，逐步減少光衰減器的衰減，逐漸增加光接收機的輸入光功率，使誤碼逐漸減少，當在一定的觀察時間內(nèi)，使誤碼的個數(shù)少于某一要求時，即達到系統(tǒng)所要求的誤碼率。 在穩(wěn)定工作一段時間后，從R點斷開光端機的連接器，用光纖測試儀連接R點與光功率計，測試測得的光功率為min P，即為光接收機的最小可接收功率。 在靈敏度測試時，一定要注意測試時間的長短，誤碼率是一個統(tǒng)計平均的參數(shù)，為了確定時間，使用以下的公式ebmPf t=(公式3.2)公式（11.2）中m是誤碼個數(shù)，bf是系統(tǒng)碼速，t是測試時間。 由上式可知，在碼速確定的情況下，只要在某一定的時間內(nèi)所記錄的誤碼個數(shù)少于某一數(shù)值，就可以表示出要求的誤碼率，其最小測試時間是應(yīng)能檢測到誤碼個數(shù)為1的時間，即式中沒m=1時所需要的測試時間，它可以表示為1b etfP=(公式3.3)由公式11.3可見，最小測試時間與碼速和誤碼率均有關(guān)，各類系統(tǒng)誤碼率不同時，光接收機的靈敏度測試時間t如下表所示表3.1靈敏度測試的最小時間碼速誤碼率2M8M34M140M910?8min2min29.1sec7.14sec1010?5min1.2min1110?50min1min應(yīng)該指出，t是要求某一誤碼率時。 光接收機靈敏度測試的最小時間，實際上測試時間應(yīng)大于此時間，才能使測試結(jié)果更為準確。 3、實驗步驟（按照系統(tǒng)調(diào)試基礎(chǔ)將A通道調(diào)試好）光接收機A靈敏度測試步驟如下1)首先將設(shè)備的復(fù)位鍵復(fù)位，選擇PN按下確認鍵確認，示波器檢測頻率檔選在1uS，電壓量程檔選在2V檔。 2）將光發(fā)單元A的功能開關(guān)KP101和KP102撥向數(shù)字端，將光收單元A的功能開關(guān)KP103置數(shù)字端、KP104置PN AGC端，功能選擇插座XP105上的兩個10短路插銷分別插入PN OUT與PN AGC的功能腳位內(nèi)使之連接選通,將數(shù)字信號產(chǎn)生電路中的開關(guān)KP501選擇PN2M輸出端，選擇傳輸?shù)氖窍到y(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的2M偽隨機序列，N的取值為4。 3）示波器CH1檢測棒接地端接光發(fā)單元A的接地端GND，測試端接TP102此時可看見清晰的PN序列信號波形，示波器CH2檢測棒接地端接光收單元A的接地端GND測試端接TP107,重點調(diào)整RP 107、和RP108將不失真信號調(diào)至最大，同時調(diào)整RP108將測試端TP108上的直流電位調(diào)至1.5V0.5V左右。 4）當電路工作于“PN偽隨機”狀態(tài)時，首先調(diào)可調(diào)電容C713重點調(diào)整C721同時輔助調(diào)整可調(diào)電阻RP702使PN信號逐步同步，同步鎖定指示燈LED601逐步熄滅LCD顯示的誤碼數(shù)逐步減小,反復(fù)調(diào)整光收單元A和鎖相環(huán)電路的相關(guān)調(diào)整點使PN信號最終走向同步鎖定。 5）按圖(3.1)將光衰減器接入光發(fā)送模塊A和光接收模塊A間，調(diào)節(jié)可變光衰減器增大衰減使液晶屏誤碼顯示跳動，記錄此時的光功率P R。 6）如果實驗室沒有配備光衰減器，可以通過實驗平臺中的電路衰減器來模擬光路衰減。 調(diào)節(jié)光接收模塊A的可調(diào)電阻RP107，降低MAX435的放大倍數(shù)來模擬線路上的衰減。 當衰減足夠大時，將超出AD603的自動增益控制范圍，致使其輸出信號幅度銳減，誤碼計數(shù)漸增。 實驗平臺的誤碼測試功能雖然不像誤碼分析儀那樣齊全，但可以通過液晶屏幕顯示的誤碼個數(shù)定義誤碼率，比如說1分鐘出現(xiàn)了10個誤碼。 調(diào)節(jié)上述可變電阻，減小電路中衰減，直到誤碼符合剛自定義過的標準，可以測試MAX435的輸出波動很小，模擬了輸入光功率也很小。 11實驗四模擬話音光傳輸實驗 1、實驗?zāi)康?1、實驗?zāi)康?)熟悉光纖通信模擬電話原理；2)了解系統(tǒng)的性能與測試；3)熟悉每一測試點的波形。 2、實驗原理語音電話光纖傳輸實驗系統(tǒng)框圖見圖4.1所示。 光纖圖4.1模擬電話光纖傳輸示意圖我們的模擬通信采用的是光強調(diào)制系統(tǒng)。 這是一種最簡單的調(diào)制方式。 模擬信號是一種基帶信號，它沒有經(jīng)過任何調(diào)制而去直接調(diào)制光源。 模擬基帶直接強度調(diào)制光通信系統(tǒng)是所有光通信系統(tǒng)中設(shè)備最簡單和成本最低的一種光纖通信系統(tǒng)。 適用于小容量、短距離光纖通信，特別適用于頻帶較寬的電視信號傳輸。 由于直接強度調(diào)制方式光功率的時間響應(yīng)直接與電信號功率的時間響應(yīng)成正比，為此，要使信號進行不失真的傳輸，就要求直接光強調(diào)制光纖通信系統(tǒng)中的光/電和電/光轉(zhuǎn)換具有良好的線性。 一般來說，作為電/光轉(zhuǎn)換的光源，由于處在大信號下工作，它的線性較差。 而作為光/電變換器的光檢測器，由于在小信號條件下工作，它的線性好，因而它對非線性失真影響較小。 但是由于光檢測器的輸入信號功率為全系統(tǒng)中最低，因而對全系統(tǒng)的信噪比的影響較大。 模擬基帶直接強度調(diào)制的光纖傳輸系統(tǒng)對光發(fā)端機的要求是 （1）輸出功率要大，這樣，在接收靈敏度一定時，發(fā)送光功率越大，允許系統(tǒng)傳輸損耗越大，系統(tǒng)的傳輸距離越長。 光纖通信中光源常用半導(dǎo)體LED和LD兩種。 LD輸出光功率大于LED輸出光功率，因此，從輸出光功率這點來說，光源采用LD比LED要好。 （2）輸出光功率溫度穩(wěn)定性要好，這樣才能保證各種溫度時的傳輸距離。 LD是一種有閾值的發(fā)光器件，閾值隨環(huán)境溫度影響較大，因而在相同的驅(qū)動電流下，輸出光功率隨環(huán)境溫度變化較大。 為使LD能在各種環(huán)境溫度時保持恒定的光功率輸出，光發(fā)送機需要采用自動溫控控制（ATC）和自動光功率控制（APC）電路，從而大大增加了電子線路復(fù)雜性和增加成本。 LED輸出光功率隨環(huán)境的模擬電話發(fā)送電路發(fā)信號處理單元光發(fā)端機光收端機收信號處理單元模擬電話接收電路CPU中央處理單元12變化較遲鈍，一般都不需要加ATC和APC電路來恒定光功率，電路簡單、成本低。 因此，從電子線路的復(fù)雜性來說采用LED比LD好。 （3）調(diào)制度m要大。 m大接收機的信噪比就高。 也就是說接收機的靈敏度就高。 但m不能太高，它要受到光源的P-I特性曲線兩端彎曲部分非線性制約。 （4）非線性失真要小。 系統(tǒng)的非線性主要取決于光源。 因系統(tǒng)中電子線路的非線性，一般都遠小于光源的非線性，可以略去不記。 所以，要求系統(tǒng)非線性小，就是要求光源非線性要小，光源非線性小，就可使m大和DG、DP小。 LED光源的線性要比LD光源的線性好得多。 因此，從這一點來說LED比LD好。 從以上對模擬光發(fā)端機的要求看，模擬基帶直接強度調(diào)制選用LED光源比LD光源要好。 模擬光接收機的要求 （1）信噪比要高 （2）頻帶要寬 （3）幅度特性要好。 光通信中常用的檢測器件有PIN管和APD兩種。 PIN管需較低的偏壓（10-20V）就可正常工作，因而不需要復(fù)雜的偏壓控制電路，電路簡單。 缺點是PIN管沒有內(nèi)增益。 APD需要較高的偏壓（幾十V到200V）才能正常工作，它的增益特性隨環(huán)境變化較嚴重，一般都要采用偏壓控制電路以維持增益不變。 但APD具有10-200的雪崩增益，可使信噪比得到改善。 在模擬基帶直接強度調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)中，為使電路簡單，檢測器一般采用PIN管。 前置放大器的作用是把光檢測器的微弱信號放大，前置輸入的信號是全系統(tǒng)中最低的，所以前放決定全系統(tǒng)的信噪比，同時前放也決定系統(tǒng)的靈敏度。 主放的功能是把前放輸出的信號進行高倍的放大，放大到系統(tǒng)需要的適合電平。 由于主放是一個寬頻放大器，很容易產(chǎn)生自激，必須設(shè)計良好的電源去耦合電路以防主放自激。 模擬系統(tǒng)要求信號的信噪比高，信號非線性失真小，這可以在輸入測試點TP101和輸出測試點TP106做測試，將TP404和輸出測試點TP705送入雙蹤示波器的2個通道(CHA、CHB)、可以先測方波信號，然后送入三角波，再送入正弦波信號，最后送入模擬話音信號，并通過雙方的通話來判斷模擬系統(tǒng)的性能，若要精確測試可以用話路特性測試儀進行測試。 3、實驗儀器光纖通信實驗箱、雙蹤示波器、光功率計、萬用表 4、實驗步驟（按照“系統(tǒng)調(diào)試基礎(chǔ)”將通道調(diào)好）1）將鍵盤功能鍵選擇為“模擬電話”并確定。 2）光發(fā)單元A的功能開關(guān)KP102撥向模擬端，光發(fā)單元B的功能開關(guān)KP 201、KP203撥向模擬端，P202的短路帽插入“模擬電話”功能位，光收單元A的KP103撥向模擬電話端，XP105的短路帽插入模擬電話功能位，光收單元B的KP204撥向“模/數(shù)”端，KP205撥向模擬端，XP206的短路帽插入模擬電話功能。 3）電話接口電路單元A、B的功能開關(guān)KP 901、KP902均撥向“模擬”端,電話插口XS 901、XS902分別插入話機提起話筒按撥號鍵雙方都應(yīng)聽見清晰的撥號音和通話聲。 （前提是在發(fā)送接收的兩通道都調(diào)試一致）4）用示波器在線路中TP101處觀察模擬語音的波形變化，比較講話聲音大或小時所測得的波形的變化。 5)如果是正弦波或三角波或鋸齒波等模擬波形，觀察模擬信號經(jīng)過傳輸后的波形變化，測量TP101。 13實驗五計算機數(shù)據(jù)光纖傳輸實驗 1、實驗?zāi)康?)學習計算機數(shù)據(jù)通信基本知識2)掌握計算機串口通信光纖傳輸系統(tǒng)組成3)進一步理解CMI碼型在光纖通信系統(tǒng)中的作用 2、實驗原理隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量已經(jīng)接近于傳統(tǒng)的語音與圖像傳輸。 計算機是該網(wǎng)絡(luò)中一種重要的信息終端，每臺主機都通過各種接口與外界進行信息的交流。 計算機對外的接口中按照傳輸方式來分，不外乎串行通信接口和并行通信接口兩種。 串行通信是在單根導(dǎo)線上將二進制數(shù)一位一位地順序傳送。 它與并行信息相比，雖然速度低，但對遠距離傳送來說，可節(jié)省大量的線路成本。 如串口（RS232）、網(wǎng)絡(luò)接口（RJ45）和通用串行總線（USB）等都是采用串行通信方式的接口。 串行通信適合遠距離數(shù)據(jù)傳輸，如果能將接口信號引上光路，那么可以進一步增大傳輸?shù)木嚯x。 集成串行發(fā)送器/接受器的輸出信號（如MCS51的TXD線）通常為TTL電平（典型值為3伏左右），它不適合遠距離傳輸。 在早期人們?yōu)榻柚娫捑W(wǎng)進行遠距離數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計制造了調(diào)制解調(diào)器（MODEM），為此就需要有關(guān)數(shù)據(jù)終端（如計算機）與MODEM之間的接口標準，EIA RS232C標準在當時就是為此目的而產(chǎn)生的。 目前RS232C已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（如微機）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（如MODEM）的接口標準，不僅在遠距離通信中要經(jīng)常用到它，就是兩臺計算機或設(shè)備之間的近距離串行連接也普遍采用RS232C接口。 EIA RS232C規(guī)定了一個25腳針狀的連接器，實際只用了21個引腳，這些引腳信號見表5.1。 表5.1RS-232-C引腳信號引腳號電路方向說明1AA保護地2BA終端到MODEM發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）3BB MODEM到終端接受數(shù)據(jù)（RXD）4CA終端到MODEM請求發(fā)送（RTS）5CB MODEM到終端清除發(fā)送（CTS）6CC MODEM到終端數(shù)據(jù)裝置準備號（DSR）7AB信號地（GND）8CF MODEM到終端載波檢測（DCD）9為測試保留10為測試保留11未指定12SCF MODEM到終端輔助接收線路信號檢測13SCB終端到MODEM輔助信道清除發(fā)送14SBA終端到MODEM輔助信道發(fā)送數(shù)據(jù)15DA MODEM到終端終端發(fā)送器時鐘16SBB MODEM到終端輔助信道接收數(shù)據(jù)1417DD MODEM到終端調(diào)制解調(diào)器接收時鐘18未定義19SCA終端到MODEM輔助信道請求發(fā)送20CD終端到MODEM數(shù)據(jù)終端準備好（DTR）21C MODEM到終端信號質(zhì)量檢測22CE終端到MODEM呼叫指示（RI）23CH CI終端到MODEM或MODEM到終端數(shù)據(jù)信號速率選擇24DA終端到MODEM終端發(fā)送器時鐘25未定義盡管表中的信號很多，但在機算計和調(diào)制解調(diào)器的連接中通常僅用9個信號，如圖5.1所示。 TXDRTSRXDDSRCTSDCDRIGNDDTR2345678456782322202022終端計算機MODEM圖5.1RS232接口的典型連接圖下面對它們做一些簡單介紹TXD，RXD分別為發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)線。 TXD即是計算機終端的輸出，又是調(diào)制解調(diào)器MODEM的輸入；對RXD而言，則正好相反。 RTS，CTS其中RTS為請求發(fā)送，而CTS為清除發(fā)送，它們涉及半雙工通信。 當有字符發(fā)送時，終端用RTS信號通知MODEM，當MODEM可以接收DTE的數(shù)據(jù)而向傳輸線發(fā)送時就用CTS信號應(yīng)答終端，此時發(fā)送才可開始。 當進行全雙工通信時，RTS和CTS線應(yīng)保持恒定的接通電平。 DTR數(shù)據(jù)終端準備好。 通常當終端/計算機一加電，該信號就有效，表明終端/計算機可用。 DSR數(shù)據(jù)（通信）裝置準備好。 通常表示調(diào)制解調(diào)器MODEM已連到通信線路上，而且不是處于測試方式或斷開狀態(tài)。 DCD載波檢測。 當遠程調(diào)制解調(diào)器接受到正確的載波信號時，調(diào)制解調(diào)器向DTE發(fā)信號。 DTE和MODEM在傳送數(shù)據(jù)之前需要先收到DCD信號，在傳輸過程中DCD信號也應(yīng)保持接通不變。 RI振鈴指示。 在自動應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器中用它來指示MODEM正收到一個電話振鈴信號。 GND信號地。 它是其它信號的公共參考點。 RS232C除了規(guī)定連接信號的標準外，還規(guī)定了信號電平，即常說的RS23215電平。 對TXD和RXD線如下傳號MARK狀態(tài)電平為-15-5V；空號SPACE狀態(tài)電平為515V。 控制信號的接通電平規(guī)定為515V，而斷開電平是-15-5V。 需要說明，PC機種已用9芯針狀連接器取代25芯針狀連接器。 在我們的實驗平臺種，采用了圖5.2所示的方案進行計算機間的通信。 由于串口輸出信號為RS232電平，而進入光發(fā)送模塊所需的電平為TTL，在方案種采用電平轉(zhuǎn)換器件MAX232CPE進行電平轉(zhuǎn)換。 經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的信號可以直接由光發(fā)送模塊送上光路。 串口中，TXD和RXD是分開的，即采用單工傳送方式，在實驗平臺中用兩對光收發(fā)模塊來實現(xiàn)主機與終端間串行數(shù)據(jù)的傳輸。 對于其它與建立連接有關(guān)的狀態(tài)信號，則采用本端環(huán)回的措施以“欺騙”主機與外設(shè)連接已建立。 TXDRTSRXDDCDCTSDSRGNDDTR234582045820327667終端計算機終端計算機RXDRTSTXDDCDCTSDSRDTR電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換光發(fā)模塊光發(fā)模塊光收模塊光收模塊圖5.2RS232和光纖的互連 3、實驗步驟1)將鍵盤功能鍵選擇為“RS232”并確定。 2）收發(fā)單元的功能選擇開關(guān)均置數(shù)字端，KP104置PN OUT端，功能選擇插座均選RS232,XP105的兩個短路塊選插PN OUT和RS232端，串行接口電路單元的XS 801、XS802插座插入串口線并與計算機接通。 3）光收單元“A、B”的TP 107、TP208的直流電位為2V，分別調(diào)整RP 108、RP208。 信號傳輸電平的調(diào)整A單元可調(diào)RP107,B單元可調(diào)RP207。 打開兩臺相互通訊的計算機附件中通訊欄中的超級終端，設(shè)置好通訊串口連接端，便可進行數(shù)據(jù)傳輸。 4）實驗平臺加電后，復(fù)位系統(tǒng)并選擇RS232，打開主機中的串口調(diào)試程序，然后互相發(fā)送一個文本文件，我們會發(fā)現(xiàn)主機能夠接收到對方發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。 傳輸過程中可能會產(chǎn)生誤碼，此時需要調(diào)節(jié)光接收單元的放大器MAX435的輸入和輸出，最重要的是調(diào)節(jié)可變電阻RP108和RP208使得輸出信號直流電平高于“GND”的電平。 測試點TP802至TP805可以探測到正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的波形，我們可以發(fā)現(xiàn)計算機串口發(fā)送的數(shù)據(jù)不是連續(xù)的而是間或幾個脈沖。 16附錄一各測試點信號名稱光發(fā)模塊(A)TP101模擬信號輸入端TP102數(shù)字信號輸入端TP103LD加載信號測量光收模塊(A)TP104輸入端信號1TP105輸入端信號2TP106模擬信號輸出TP107數(shù)字信號輸出光發(fā)模塊(B)TP201模擬/AV信號輸入端TP202數(shù)字信號輸入端TP203LD加載信號光收模塊(B)TP204輸入信號1TP205輸入信號2AV OUT視頻輸出TP207模擬信號輸出TP208數(shù)字信號輸出CPU中央處理器TP301CPU時鐘TP302CPU1/6時鐘信號模擬信號產(chǎn)生電路TP501通過PN和CMI功能鍵切換，可檢測到PN和CMI信號誤碼檢測電路TP60164K同步時鐘TP602CMI碼TP603NO(無)鎖相環(huán)電路TP7012M復(fù)合PN信號序列輸入TP702PN2M整行信號TP703PN2M整形信號輸入TP704鎖相環(huán)同步時鐘信號輸出TP705PN序列輸入TP706同步時鐘信號輸出串口電路TP801N801的R1IN TP802N80的T1OUT TP803RS232輸入TP804N802的R1IN TP805N802的T1OUT數(shù)字電話(A)TP901PCM碼輸出TP9028K時鐘信號TP9032M時鐘信號2M電路2MO1-2M IN2M02-2M OUT17附錄二實驗平臺實物分布圖光接收電路單元（光接收電路單元（A）GNDGND TP208TP207TP205TP204光接收電路單元（光接收電路單元（B）Rs232數(shù)字電話輸出2M OUT模擬電話輸出XP206AV OUTXS202RP208RP207RP206RP205KP204KP205N202N203N204LED202LCDRP301N302N301CPU中央處理器電路單元CPU中央處理器電路單元TP302TP3011550nmRP103RP102RP101KP101KP102LED101TP103TP102TP01GNDN101光發(fā)送電路單元（A）光發(fā)送電路單元（A）SZZRs232數(shù)字電話輸出CMI2M OUTPN AGC模擬電話輸出PN OUTGND TP107TP106TP105TP104KP104RP104KP103N104N103N102RP108RP107RP106RP105PIN1JZ601N601KP601GND誤碼檢測電路誤碼檢測電路TP602TP603LED601JZ501N501KP501GND TP501CPLD數(shù)字信號產(chǎn)生電路單元數(shù)字信號產(chǎn)生電路單元XS1002XS1001KP1002KP1001N1001T1001N1002GND2M接口電路單元接口電路單元TP601AV OUTPIN2TP1103TP1102TP1101TP1104GNDxs1101V1101V1102K1101N1101LED1104LED1103LED1102LED1101電源輸入電路單元電源輸入電路單元1310nmLED201光發(fā)送電路單元（B）光發(fā)送電路單元（B）XS201AV INXP202RS232IN數(shù)字電話輸入2M IN模擬信號輸入RP201N201TP203TP202TP201GNDKP201KP203RP203RP202RP201TP901TP902TP901GNDN901KP901N902xs901電話接口電路單元（A）電話接口電路單元（A）N903KP902N904xs902電話接口電路單元（B）電話接口電路單元（B）TP801TP802TP803GND TP804TP805N801N802XS801XS802串行接口電路單元串行接口電路單元液晶顯示器液晶顯示器V701V702TP701TP702TP703GNDTP704TP705TP706N701N702RP701RP702鎖相環(huán)電路單元鎖相環(huán)電路單元C710C702C713C721鍵盤陣列電路單元鍵盤陣列電路單元V301圖2實驗平臺實物的分布圖GNDN404N405N402TP401模擬信號產(chǎn)生電路單元模擬信號產(chǎn)生電路單元N401+5V1X2單模光分路器1X2單模光分路器LD2LD12M IN模擬模擬電話數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字AV模擬模擬模擬數(shù)字數(shù)字模擬RP401方波PN CMIRS232PCM模擬電話確