摘要：介紹無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成、AT89C51單片機(jī)串行口的工作方式及其與無(wú)線數(shù)字電臺(tái)接口的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。
一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過(guò)傳感器將捕捉的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號(hào)，存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，或送給微處理器，或通過(guò)無(wú)線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進(jìn)行處理。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是 樣一套利用無(wú)線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測(cè)量站發(fā)送到主控站的設(shè)備。
1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。
系統(tǒng)由測(cè)量站和主控站兩部分組成。測(cè)量站主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、存儲(chǔ)，接收遙控指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數(shù)據(jù)信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理、隨機(jī)顯示打印等。
2 AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，是一種低功耗、高性能的、片內(nèi)含有4KB Flash ROM的8位CMOS單片機(jī)，工作電壓范圍為2.7～6V（實(shí)際使用+5V供電），8位數(shù)據(jù)總線。它有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過(guò)RXD引腳（串行數(shù)據(jù)接收端）和TXD引腳（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進(jìn)行通信。
2.1 通信協(xié)議與波特率
數(shù)字電臺(tái)與單片機(jī)、終端主控機(jī)的通信協(xié)議為：
通信接口——標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位；
波特率——1200 baud。
數(shù)字電臺(tái)選用Motorola公司的GM系列車(chē)載電臺(tái)，工作于VHF/UHF頻段，可進(jìn)行無(wú)線數(shù)傳（9線制標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口），也可進(jìn)行話音通信；采用二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）調(diào)制解調(diào)方式，符合國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)CCITT.23標(biāo)準(zhǔn)。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)字傳輸時(shí)，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時(shí)使用。實(shí)際使用時(shí)，電臺(tái)工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執(zhí)行收、發(fā)操作，但不能同時(shí)進(jìn)行）即可滿足系統(tǒng)要求。
2.2 AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設(shè)置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng)中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位。
發(fā)送前，由軟件設(shè)置第9位數(shù)據(jù)（TB8）作奇偶校驗(yàn)位，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。串行口能自動(dòng)把TB8取出，裝入到第9位數(shù)據(jù)的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，使TI=1。
接收時(shí)，置SCON中的REN為1，允許接收。當(dāng)檢測(cè)到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時(shí)，開(kāi)始接收9位數(shù)據(jù)，送入移位寄存器（9位）。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無(wú)效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率與SMOD值同時(shí)決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；SMOD=1時(shí)，n=16。T1溢出率取決于T1的計(jì)數(shù)速率（計(jì)數(shù)速率=fosc/12）和TI預(yù)置的初值。
定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動(dòng)重裝初值）。設(shè)TH1和TL1定時(shí)計(jì)數(shù)初值為X，則每過(guò)“2 8-X”個(gè)機(jī)器周期，T1就會(huì)發(fā)生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統(tǒng)中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3 AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接
AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接如圖3所示。
系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)串口與數(shù)字電臺(tái)RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺(tái)常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機(jī)P3.5腳輸出高電平。單片機(jī)使用TTL電平，電臺(tái)使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。3片光電耦合器6N137實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電臺(tái)之間的電源隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。
單片機(jī)通過(guò)帶控制端的三態(tài)緩沖門(mén)74HC125、非門(mén)74HC14控制電臺(tái)的收發(fā)轉(zhuǎn)換，以及指令的接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。接收時(shí)，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時(shí)c1=0，74HC125A導(dǎo)通，接收的指令由電臺(tái)的RXD端輸入，經(jīng)MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門(mén)，送入單片機(jī)RXD腳。發(fā)射時(shí)，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時(shí)c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導(dǎo)通，數(shù)據(jù)由單片機(jī)TXD腳輸出，經(jīng)74HC125B緩沖門(mén)、光電隔離、MAX232電平變換，通過(guò)電臺(tái)TXD端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
3 通信軟件設(shè)計(jì)
通信軟件至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。采取差錯(cuò)控制與容錯(cuò)技術(shù)是非常重要的。
*主控站發(fā)送的指令中包含一定數(shù)量的同步符55H和3字節(jié)的密碼。測(cè)量站在連續(xù)收到5個(gè)同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后正式接收指令字節(jié)；如未通過(guò)，則測(cè)量站發(fā)一信號(hào)讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過(guò)則停發(fā)該命令。測(cè)量站發(fā)/主控站收時(shí)，驗(yàn)證方式與此相同。驗(yàn)證通過(guò)后，測(cè)量站開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。
*一個(gè)指令由3字節(jié)構(gòu)成，第二字節(jié)等于第一字節(jié)加上35H，第3字節(jié)等于第二字節(jié)加上36H。如果收到的指令不符合此規(guī)則，則重發(fā)該命令，連續(xù)三次錯(cuò)誤時(shí)停發(fā)。
*主控站每發(fā)一個(gè)指令，測(cè)量站都回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。該應(yīng)答信號(hào)中包含原指令樣本。
下面給出單片機(jī)串行口與電臺(tái)的基本通信程序。
初始化程序：
BTL EQU 2FH ；波特率放在內(nèi)部RAM的2FH單元
MOV TMOD，#21H；T0方式1，16位計(jì)數(shù)器，T1方式2，串口用
SETB TR0 ；啟動(dòng)T0
MOV BTL，#0F3H ；波特率設(shè)定為1200
MOV SCON，#0C0H；串口方式3，9位數(shù)據(jù)，禁止接收
接收及驗(yàn)證程序：
NUM EQU 2BH ；同步符個(gè)數(shù)值存放在內(nèi)部RAM的2BH單元
TEMP EQU 2CH
ROM-CH：DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H ；20字節(jié)同步符
MIM DB ‘WSC‘：3字節(jié)密碼“WSC”
SETB P3.5 ；置電臺(tái)收狀態(tài)
SETB REN ；允許串口接收
A1：MOV NUM，#0 ；記錄連續(xù)到同步符55H的個(gè)數(shù)
A2：JB RI，A2 ；串口有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)A3
A3：CLR RI ；清接收中斷標(biāo)志
MOV A，SBUF ；讀串口數(shù)據(jù)
CJNE A，#55H，A1；不是同步符轉(zhuǎn)A1
INC NUM ；收到的同步符個(gè)數(shù)加1
MOV A，NUM ；取收到的同步符個(gè)數(shù)
CJNE A，#5，A2 ；未收夠連續(xù)5個(gè)55H轉(zhuǎn)A2
A4:MOV NUM,#0 ;密碼驗(yàn)證，記錄收到密碼字節(jié)數(shù)
A5：MOV DPTR，#MIM；密碼字符首址
MOV A，NUM
MOVC A，@A+DPTR；查表取密碼
MOV TEMP，A ；保存密碼
JB RI，A6 ；串口收完一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)A6
…
A6：CLR RI ；清接收中斷標(biāo)志
MOV A，SBUF ；讀串口數(shù)據(jù)
CJNE A，TEMP，A4；與密碼不符轉(zhuǎn)A4
INC NUM ；收到的密碼個(gè)數(shù)加1
MOV A，NUM ；取已收到的密碼字節(jié)數(shù)
CJNE A，#3，A5 ；密碼未收完轉(zhuǎn)A5
發(fā)送程序：
CLR P3.5 ；置電臺(tái)發(fā)狀態(tài)
MOV B，#23
MOV DPTR，#ROM-CH
B1：CLR A
MOVC A，@A+DPTR；查表發(fā)送同步符和密碼共24字節(jié)
INC DPTR
LCALL SEND-CH ；調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序
DJNZ B，B1
…
CLR A
MOV DPTR，#7000H；外部RAM數(shù)據(jù)首址，發(fā)送外部RAM中的數(shù)據(jù)到電臺(tái)
B2：CJNE R4，#0，B3
CJNE R3，#0，B3；R4R3=發(fā)送字節(jié)數(shù)
B3：MOVX A，@DPTR；取數(shù)據(jù)
INC DPTR
LCALL SEND-CH
CJNE R3，#0，B4
CJNE R4，#0，B5
B4：DEC R3
LJMP B2
DEC R3
DEC R4
LJMP B2
…
SEND-CH：SETB TB8
MOV SBUF，A
DB 0，0，0，0，0，0，0，0
JNB TI，$ ；延時(shí)4μs
CLR TI
RET
結(jié)語(yǔ)
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建成后，已經(jīng)使用了兩年多，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。由于采用了較完善的軟硬件設(shè)計(jì)和抗干擾措施，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。測(cè)量站把采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及時(shí)傳送到主控站，提高了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。單片機(jī)和數(shù)字電臺(tái)接口的軟硬件設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的適用性，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)傳設(shè)備。