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基于AT89LV51控制的DBPL编码信号的信号源系统

基于AT89LV51控制的DBPL编码信号的信号源系统

引言

          DBPL(Differential BiPhase Level)编码是一种超越传统数字传输极限的编码方式[1]。DBPL编码被广泛应用于以太网、工程测井仪器和铁路应答器等工程应用中。在铁路应答器中,通过DBPL编码传输信号给列车车载处理器,实现对列车运行的控制。

          本文设计了一种基于AT89LV51单片机控制的DBPL编码信号的信号源系统,能够产生DBPL编码信号;同时设计了系统的电源管理模块,保证系统的正常供电。

1 信号源系统的设计

          该信号源由时钟复位模块、DBPL信号产生电路、DCDC转换电路、充电管理电路和A/D转换电路组成。单片机AT89LV51控制编码模块产生DBPL信号;充电管理电路对系统所用电池进行充电管理,保证电池的充分充电;DCDC转换电路为单片机以及编码逻辑产生稳定电压的供电;A/D转换电路采集电池电量信息,并告知单片机处理。信号源系统设计框图如图1所示。

        图1 信号源系统设计框图

1.1 DBPL信号产生电路

          本设计中,DBPL信号[2]由作为能量载波的正弦波与脉冲编码信号合成。脉冲编码信号采用DBPL编码,平均传输速率为564.48 kb/s;能量载波为正弦波,信号频率为8.82 kHz。该模块的输入为8位待编码的并行二进制数据,与AT89LV51单片机的P1.0~P1.7相接,由单片机控制提供输入。DBPL信号产生电路原理图如图2所示。

        图2 DBPL信号产生电路原理图

          其中,并行转串行电路采用一片8位并串转换移位寄存器74166和一片计数器74163,计数器74163采用模8计数。当计数器计满8个数时,清零计数器,重新开始计数;计数期间,8位并行数据按照时钟节拍输出。2分频及64分频采用计数器74163实现。微分电路采用D触发器及门电路实现。并串转换输出Q1经过非门与微分电路取得的上升沿Q2相与,得出Q3,经过D触发器实现2分频输出Q4,最后Q0与Q4异或求得编码输出。输出8.82 kHz的方波和564.48 kHz的脉冲波,再分别进行滤波、放大调理,然后合成为最终所要得到的DBPL信号。假设单片机输入并行数据为11010011,则图2中各点的波形如图3所示。

        图3 原码为11010011时各点波形

1.2 充电管理电路

          出于对系统便携式的考虑,本系统采用可充电电池(6节镍氢电池)对系统供电,每节电池的电压为1.2 V;同时,采用Maxim公司的电池管理芯片MAX713CPE对镍氢电池进行管理,确保电池安全且完全充电,且由单片机对电源模块进行控制和检测。

          MAX713CPE是一种用于镍氢和镍镉电池的快速充电管理芯片,它具有以下特点[3]:
◆ 电池数量、充电时间以及电流大小可调;
◆ 零点电压斜率检测,对电池进行快速、涓流充电;
◆ 电池不充电时,芯片消耗最大电流仅为5 μA;
◆ 所需外围电路少,仅需一个PNP引脚便可实现基本的充电管理。

          充电管理电路如图4所示。VLIM引脚用于设定最大的电池电压,它与电池电压和电池节数存在如下关系:
(BATT+-BATT-)≤(VLIMIT×n)

图4 充电管理电路

        其中,(BATTC+-BATT-)为电池两端电压,n为电池节数,一般情况下将VLIMIT连接到REF引脚即可。PGM0和PGM1引脚用来设定被充电电池的节数(1~16节):根据需要将PGM0、PGM1有选择地连接到V+、REF、BATT-中的任何一引脚或者悬空,本设计中充电电池设定为6节。PGM2和PGM3引脚用来设定最大快速充电时间,按照与设置PGM0和PGM1引脚相同的方法,可按需求设定最大快速充电时间(33~264 min),本设计中设为120 min。

          本系统还实现电池电量的检测,在图4中通过放大器OP07EP检测电池电压并送入到A/D转换电路[4],最后交给单片机进行处理。

          电池电压输出为7.2 V,充满状态下可达到7.4~7.6 V。单片机所用电压为3.3 V,DBPL信号产生电路所需的电压为5 V,这就需要DCDC转换电路将7.2 V的额定电压转换为5 V和3.3 V。采用两级转换:第一级将7.2 V电压转换产生5 V电压供给DBPL信号产生电路,第二级将5 V电压转换为3.3 V供给单片机。系统采用SPX1117(SPX11175和SPX11173.3)作为DCDC转换电路中的稳压芯片[5]。该芯片的特点是低压差,0.8 A时压差仅为1.1 V,且电压可选(为5 V及33 V)。DCDC转换电路如图5所示。

        图5 DCDC转换电路

2 测试结果

          该系统设计完成之后,对其进行了详细的测试实验。测试结果表明,输入信号能够通过单片机编程得到很好的控制,信号源输出的正弦波幅度和脉冲波幅度均达到应用要求,可以广泛应用于仿真测试、项目实验领域。如果需要进一步放大,须外接放大电路和外部电源。DBPL编码信号传输速率为指定的564.48 kb/s。电源管理电路能够有效地对电池进行管理,充电时间大致保持在120~140 min,电池充满后进入到涓流充电。在使用过程中,单片机可以通过A/D转换电路实时监测电池的电量并告警。DCDC转换电路输出的电压稳定,且功耗低。
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