摘 要：误码仪是数字通信系统性能测试的重要仪器。设计采用国外专用集成误码测试芯片DS2172、E1接口芯片DS21554和单片机芯片AT89C52联合设计,全部采用高效低功耗芯片,并使用单电源工作,它是一款体积小、重量轻、成本低、便携式的低速率误码测试仪。
关键词：DS2172；便携式误码仪;网络测试；AT89C52
DesignofPortableBitErrorRateTester
LI Hong,QI Lin,YANG Liang
(Information Engineering School,Zhengzhou University,Zhengzhou,450052,China)
Abstract：Bit Error Rate Tester (BERT) is an important facility for the performance test of digital communication system.Based on the economical demand and the low speed communication line need,the device makes a choice to use high efficiency and low power chips,and single power.The designation makes the BERT have small volume,low cost,steady performance and portable merits.
Keywords：DS2172;portable bit error rate tester;network testing;AT89C52
1 引 言
随着通信测试技术的发展,通信测试仪器表现出一些共同的发展趋势和特点。首先,测试设备的软件化,智能化程度正在提高。其次,由于通信技术的发展迅速,同时通信测试仪器比较昂贵,考虑到投资费用问题,就要求仪器开发商必须考虑测试设备的测试功能,针对相应领域及成本问题。另外,小型便携化的设计思想是网络测试设备发展的又一个趋势和特点。由于网络测试的移动性,需要在同一个网络的不同测试点进行测试,或者测试物理距离跨度较大的网络,这都要求网络测试仪器朝着小型化、便携式的方向发展。便携式通信测试仪器以现场施工和运行维护使用为主要目的,它不强调追求测试功能的完备性,而重点考虑的是实用性和方便性。本文所设计的便携式低速率误码测试仪就是基于实用、方便、经济方面的要求来进行设计开发的。
为了实现误码仪的功能指标,本文设计的误码仪系统总体构架分为软件部分和硬件部分。硬件部分和软件部分设计均采用模块化结构,不仅方便了调试和维护工作,而且提高了CPU的工作效率和系统运行的可靠性。
2 误码仪硬件组成部分
硬件部分则包括CPU、扩展存储器、外部接口、键盘、液晶显示器、看门狗复位电路、电源等模块。CPU模块是整个系统的大脑,控制着整个系统的有序运行和进行实时处理,采用MCS-51系列单片机芯片AT89C52作为中央处理器,并配合一片32 kB的外部数据存储空间。误码测试模块选用Dallas公司的DS2172误码测试芯片来实现。外部接口为E1线路的接口电路。液晶和键盘提供用户一个交互操作的平台,使得用户可以对误码仪进行命令干预。此外配合其他必要的外围电路和扩展电路,误码仪硬件系统的组成如图1所示。
从误码测试仪硬件系统框图中看出,硬件系统主要由以下部分组成：
单片机微处理器 单片机是系统的核心部件,控制硬件接口模块和人机交互模块的工作过程和负责监督系统的实时状态信息；
数据存储器 数据存储器为系统提供32 kB存储数据空间,主要用于测试数据信息的记录和保存；
液晶显示模块 主要功能是显示误码测试结果和显示实时信息；
复位和看门狗模块 保证系统上电、掉电情况下可靠复位,并监督系统软件的运行,防止程序受外界干扰“跑飞”；误码率测试模块 负责误码和总码数的统计和最终误码率的计算；
2M接口模块 可实现测试系统发送部分和接收部分与2M线路信号的耦合,发送部分实现2M线路帧格式的产生和码型的变换,接收部分负责从2M线路数据流中恢复数据和时钟；
电源模块 为系统提供稳定可靠的5 V直流电源,根据实际需要可选择交流电和干电池供电方式；
时钟模块 为系统提供实时时钟和定时信号；
键盘和LED模块 键盘模块实现人工实时操作,LED模块用于指示各种报警信息和电源指示。
3 误码测试部分介绍
3.1 DS2172简介
误码测试模块的电路是硬件系统设计的重点,本设计选择体积很小的DS2172专用芯。DS2172是Dallas Semiconductor公司生产的一种用于通信测试的比特误码率测试仪(Bit Error Rate Tester,BERT)芯片。DS2172比特误码率测试仪是由可软件编程的测试模式发生器、接收器和分析部件构成的,它能够满足数字传输设备的最严格的误码性能要求。有两种测试模式发生器(伪随机模式和重复模式),遵守CCITT/ITU O.151,O.152,O.153和O.161标准。DS2172的工作频率从0~52 MHz。这个如此宽的工作频率允许DS2172可用于现有的和未来的测试设备、传输设备、交换设备、数模转换器、网桥等。
DS2172编程可产生任何长度的伪随机图案(长度可达232－1 b),或者可产生任何用户自己编程的比特图案(长度从1~32 b)。另外,DS2172能插入单个或从10-1~10-7误码率来检验设备的可操作性和连通性。
3.2 DS2172的功能模块组成
DS2172主要由四个功能模块组成：模式发生器、模式检测器、比特计数器和误码计数器以及控制接口(如图2所示)。模式发生器可按照用户的要求产生相应的测试图案,例如各种周期长度的伪随机码和人工码。模式检测器识别接收数据的图案,并且将接收数据和本地产生的数据进行比较,统计比特总数和误码数。比特计数器和误码计数器记录比特总数和误码数,用户可在特定的时序读取数据和清零。控制接口提供8位双向数据/地址复用总线和与微处理器接口必须的控制信号。
3.3 DS2172接口电路连接
DS2172提供8位的并行控制口。外部微控制器和微处理器可通过双向复用地址/数据总线来控制DS2172。DS2172能工作在Intel或Motorola总线时序结构。如果BTS引脚接低电平,选择Intel时序；如果BTS接高电平,选择Motorola时序。由于DS2172的地址信息和数据信息共用相同的信号通道,所以它的多路复用总线能节约引脚。而且,DS2172也能容易地与非复用总线接口。DS2172和AT89C52接口电路如图3所示。
在电路图中BTS接地,采用Intel总线时序结构。因此用单片机的P0口和DS2172的总线直接相连,读写控制信号和地址锁存信号分别和单片机的P3.7、P3.6和ALE引脚连接。TDATA和RDATA引脚分别与E1接口芯片DS21554的TSER和RSER引脚相连,其余暂不用引脚可接地。
4 软件部分设计
软件系统采用模块化设计,程序结构简单,调试方便。主要由主循环程序和各个中断服务程序组成,在没有外部事件中断请求时,CPU处于等待状态,直到有中断请求打断,则马上响应去执行相应的服务程序,充分利用了CPU的资源,并且实现了实时处理。
整个软件系统主要包括初始化程序、误码测试子程序、显示子程序、键盘程序设计、以及误码率计算子程序等功能模块。初始化程序模块中完成对硬件系统中可编程器件的初始化工作；测试子程序实现对误码测试中测试图案类型、同步方式、插入的误码率等进行编程；误码率计算子程序则是实现误码率的计算；显示子程序完成测试结果的输出。软件系统的构成和流程图如图4所示。
5 结 语
本文创新点在于利用经济型单片机处理芯片和误码测试专用芯片,开发了一款经济实用、体积小巧、携带和使用方便的低功耗的误码仪。它可以广泛应用于通信系统的各个领域,有很好的应用前景。
参 考 文 献
［1］刘江,张宏霄,刘洛琨.基于FPGA的误码率测试仪的设计与实现［J］ .微计算机信息,2005,21(4)：162-163.
［2］王宏,宋晓峰.数字通信系统中的误码率的区间估计［J］.现代电子技术,2006,29(23):46-47,50.
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［4］唐晓辉,庞前娟,杨双.基于FPGA 的E1 接口的误码测试仪［J］ .桂林航天工业高等专科学校学报,2004(5)：22-25.
作者简介 李 宏 女,1978年出生,山西太原人,郑州大学硕士研究生。主要从事通信与信息系统研究。
齐 林 男,1961年出生,郑州大学教授。主要研究方向为现代信号处理和通信系统理论。
杨 亮 男,郑州大学硕士研究生。主要从事通信系统的研究。