I2C总线扩展在数字时统微波通信系统中的应用*

马　力

(海军驻扬州723所军事代表室　扬州　225001)



I2C总线扩展在数字时统微波通信系统中的应用*

马力

(海军驻扬州723所军事代表室扬州225001)

摘要数字时统微波传输系统主要用于主站到从站之间时统、数据、话音信号等综合业务的双向视距传输。设备中监控模块实现了参数设置、参数预览、故障告警、故障查询等BIT功能,为了满足整个设备可靠性高、组合灵活、设备简单等要求,监控模块采用I2C总线扩展的设计原则,用两根线实现了对各个功能单元的监视和控制,大大提高了工作效率和可靠性。

关键词数字时统; 监控; I2C总线扩展

Application of I2C Bus Expansion in Digital Time System Microwave Transformission

MA Li

(Naval Representative Office in 723 Institute of CSIC, Yangzhou225001)

AbstractDigital time system microwave transformission is mainly applied for time system, data, voice signal between master station and slave station in horizon bidirectional transmission. Parameter setting, parameters preview, fault alarm and alarm query functions are realized by montoring module in equipment. To satisfy requirment of high reliability, flexible combination and simplified device, I2C Bus expansion principle is adopted in the design. The two lines are performed monitoring and control for each function unit. It can greatly improve the efficiency and reliaility.

Key Wordsdigital time system, montoring module, I2C bus expansion

Class NumberTP273

1引言

现代高技术条件下的战争中,为了提高系统在电子战环境下的生存能力,越来越强调军事电子系统隐蔽探测和精确打击,无源定位技术为隐蔽探测和精确打击提供了十分重要的手段。

无源定位的特点是不向被定位目标发射电磁信号,通过目标发射的信号或者其发射信号来进行定位,一般需要多站协同工作[1~2],系统经过复杂的计算获得目标的位置。无源定位按照定位方法或体制可以分为:测向交叉定位、时差定位法和测向/时差混合定位法三种[3],测向交叉定位指通过机载或地面单站的移动,在不同位置多次测量方位,利用方位线的交会来实现定位;时差定位通过处理三站或更多测量站采集到的信号到达时间来进行定位的;测向/时差混合定位是将多站无源测向定位和时差定位相结合的一种定位方法,即可保证时差定位的高精度,又可利用方位角信息消除定位的模糊性。

无源定位的定位精度取决于时差的测量精度,为了高精度测量时差,需要一个时统设备来同步各个站的时间,数字时统指通过数字方式来同步各个站[4~5],根据测量站的距离远近可以有线控和微波通信两种方式。

2数字时统微波通信系统[6~7]

数字时统微波通信系统由一个主站和若干从站组成,主站和从站都包括了时统通信射频、中频、终端和GPS或者北斗时钟设备。以两个从站为例,其系统组成框图如图1所示。

图1　数字时统微波通信系统组成框图

其中终端设备完成数据、话音等信号的接口变换、复分接处理等功能;中频设备完成基带信号的调制和解调、LDPC纠错编译码,时统信息的处理,并对信道及终端、中频、射频设备的工作参数和工作状态进行设置和监控;射频设备主要完成射频信号的发射与接收,中频与射频信号的转换等功能;GPS/北斗时钟设备通过接收卫星导航信号,驯服本地高稳频频率源(铷钟),使本地1pps频标信号与参考授时信号达到同步。

设备中监控模块实现了对终端设备中复接、PCM编译码、语音交换和分接的控制;对中频设备中数字上变频器的数字锁相环的参数设置,对时统处理单元铷钟的相位调整;对射频设备中数字下变频器的数字锁相环的参数设置,对自环器中的参数设置;还要对系统各功能单元进行状态监测、故障告警等BIT功能。其接口设备多,时序复杂,按照传统点对点监控的方式,需要有多个接口控制器和接口板,每个功能模块独立监控,增加了调试难度和设备的复杂度。

3I2C扩展总线在监控模块中的应用

I2C总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简单,器件封装形式小,通信速率较高等优点。I2C总线支持任何IC生产过程(CMOS、双极性)。通过串行数据(SDA)线和串行时钟(SCL)线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别(无论是微控制器——MCU、LCD驱动器、存储器或键盘接口),而且都可以作为一个发送器或接收器[8~9]。

PCF8574通过两条双向总线(I2C)可使大多数MCU实现远程I/O口扩展。该器件包含一个8位准双向口和一个I2C总线接口。PCF8574电流消耗很低,且口输出锁存具有大电流驱动能力,可直接驱动LED。它还带有一条中断接线(INT)可与MCU的中断逻辑相连。通过INT发送中断信号,远端I/O口不必经过I2C总线通信就可通知MCU是否有数据从端口输入。这意味着PCF8574可以作为一个单被控器[10]。其功能框图如图2所示。

通过PCF8574的扩展可以方便与各个功能单元进行接口,简化了监控模块的设计复杂度。同I2C一样,采用一条数据线(SDA),加一条时钟线(SCL)来完成数据的传输及外围器件的扩展;对各个节点的寻址是软寻址方式,节省了片选线,在传输数据的时候,SDA线必须在时钟的高电平周期保持稳定,SDA的高或低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变。SCL线是高电平时,SDA线从高电平向低电平切换,这个情况表示起始条件;SCL线是高电平时,SDA线由低电平向高电平切换,这个情况表示停止条件。

PCF8574的写端口时序和读端口时序如下图,每个PCF8574可以扩展8数据位,多个PCF8574可以并联,实现更多的数据位扩展[11~12]。

以上变频器中频率锁相源为例,通过I2C总线扩展对锁相源进行设置。锁相源采用的是RFMD公司的PNP-1500-P22,其功能框图如图5所示。

PNP-1500-P22为即插即用宽带频合器,内置微处理器,SPI总线接口,可以设置扫频/点频模式,输出频率范围1000MHz~2000MHz。SPI也是一种串行外围设备接口,其特点是高速,全双工,同步。SPI是一个环形总线结构,占用四根线由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成,其时序主要是在sck的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。上升沿到来的时候,sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。下降沿到来的时候,sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中[13]。

图2　PCF8574功能框图

图3　PCF8574写时序

图4　PCF8574读时序

图5　锁相源PNP-1500-P22功能框图

而PCF8574的前端接口是I2C,需要将PCF8574输出8位总线模拟出SPI总线,就能对PNP-1500-P22进行控制了。PCF8574的电路设计和PNP-1500-P22的硬件接口电路设计分别如图6、图7所示。

图6　PCF8574电路图

图7　PNP-1500-P22电路图

其中PCF8574的P0,P1,P2,P3分别对应了PNP-1500-P22的锁相信号、时钟信号、数据位和锁存信号。

在软件设计时,使用PCF8574来控制PNP-1500-P22,需按照I2C时序对PCF8574的字节写操作的子程序如下:

void I2C_ByteWrite_8574(u8 addr,u8 dat)

{

/* 起始位 */

I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

/* 发送器件地址(写)*/

I2C_Send7bitAddress(I2C1, addr, I2C_Direction_Transmitter);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

/* 写一个字节*/

I2C_SendData(I2C1, dat);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

/* 停止位*/

I2C_Standby_24C();

}

对PCF8574进行读操作的子程序如下:

void I2C_ReadS_8574(u8 addr ,u8* pBuffer,u16 no)

{

if(no==0)return;

while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

/*允许1字节1应答模式*/

I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE);

/* 发送起始位 */

I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));/*EV5,主模式*/

/*发送器件地址(写)*/

I2C_Send7bitAddress(I2C1, addr, I2C_Direction_Transmitter);

while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

/*起始位*/

I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

/*器件读*/

I2C_Send7bitAddress(I2C1, (addr+1), I2C_Direction_Receiver);

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

while (no)

{

if(no==1)

{

I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);//最后一位后要关闭应答的

I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);//发送停止位

}

if(I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)); /* EV7 */

{

delay1(20);

*pBuffer = I2C_ReceiveData(I2C1);

pBuffer++;

/* Decrement the read bytes counter */

no--;

delay1(20);

}

}

//再次允许应答模式

I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE);

}

经过验证,通过扩展I2C总线,能够模拟SPI总线实现对频合器的监控,同样对其他功能单元也能进行监控,简化了印制板的设计难度,最终监控模块全部集成到中频机箱中,用一个母板,两根数据线完成所有功能单元的监控。

4结语

通过I2C总线扩展设计,用两根线实现了对各个功能单元的监视和控制,大大简化了数字时统微波通信系统设备的接口设计,便于模块化设计,大大提高了工作效率,增加了系统的可靠性。

参 考 文 献

[1] 孙正波,余键.无源相干定位浅析[J].电信技术研究,2000(8):1-9.

[2] 张军华.“静默哨兵”一种新型无源反隐身雷达[J].现代防御技术,2000(1):63-64.

[3] 孙仲康,周一宇.单多基地有源无源定位技术[M].北京:国防工业出版社,1996.

[4] 李华.二维时差估计定位技术[J].电子对抗,1998(2):24-32.

[5] 罗景青.空间时差定位系统的精度分析[J].电子对抗,1985(3):10-18.

[6] 童宝润.时间统一技术[M].北京:国防工业出版社,2004:3,196.

[7] 漆贯荣.时间科学基础[M].北京:高等教育出版社,2006:92.

[8] 何立民.I2C总线应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.

[9] Semiconductor P. The I2C Bus Specification[J/OL]. 2000. http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/various/I2C_BUS_SPECIFICATION_3.pdf.

[10] 周立功.I2C总线概要:产品应用手册[M].广州:广州周立功单片机发展有限公司,2006.

[11] 周立功.I2C总线8位远程I/O扩展口芯片PCF8574的原理与应用[M].广州:广州周立功单片机发展有限公司,2006.

[12] 朱明荣,汪立森.I2C总线I/O器件PCF8574的原理与应用[J].电子技术应用,1994,12:30-33

[13] RFMD. PNP-1500-P22-G Datasheet[OL]. www.rfmd.com.

中图分类号TP273

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.03.004

作者简介:马力,男,硕士,工程师,研究方向:雷达对抗。

收稿日期:2015年9月11日,修回日期:2015年10月30日