AT89C51單片機在無線數(shù)據(jù)傳輸中的應用

摘要：介紹無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成、AT89C51單片機串行口的工作方式及其與無線數(shù)字電臺接口的軟硬件設計與實現(xiàn)方法。

一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過傳感器將捕捉的現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進行處理。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是 樣一套利用無線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測量站發(fā)送到主控站的設備。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。

    系統(tǒng)由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現(xiàn)場信號的采集、存儲，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、進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理、隨機顯示打印等。

2 AT89C51與數(shù)字電臺的串行通信

Atmel公司的AT89C51單片機，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，工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），8位數(shù)據(jù)總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過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）與外界進行通信。

2.1 通信協(xié)議與波特率

數(shù)字電臺與單片機、終端主控機的通信協(xié)議為：

通信接口——標準串行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)字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進行無線數(shù)傳（9線制標準串行RS232接口），也可進行話音通信；采用二進制移頻鍵控（2FSK）調(diào)制解調(diào)方式，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內(nèi)進行數(shù)字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時使用。實際使用時，電臺工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執(zhí)行收、發(fā)操作，但不能同時進行）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，由軟件設置第9位數(shù)據(jù)（TB8）作奇偶校驗位，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動發(fā)送過程。串行口能自動把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，置SCON中的REN為1，允許接收。當檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收9位數(shù)據(jù)，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數(shù)據(jù)為1時，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，這次接收無效，不置位RI。

    串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定：

方式3波特率=T1溢出率/n

當SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，n=16。T1溢出率取決于T1的計數(shù)速率（計數(shù)速率=fosc/12）和TI預置的初值。

定時器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設TH1和TL1定時計數(shù)初值為X，則每過“2 8-X”個機器周期，T1就會發(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)字電臺的硬件連接

AT89C51與數(shù)字電臺的硬件連接如圖3所示。

系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測量數(shù)據(jù)。利用單片機串口與數(shù)字電臺RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平，電臺使用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實現(xiàn)單片機與電臺之間的電源隔離，增強系統(tǒng)抗干擾性能。

單片機通過帶控制端的三態(tài)緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發(fā)轉(zhuǎn)換，以及指令的接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時c1=0，74HC125A導通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經(jīng)MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機RXD腳。發(fā)射時，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導通，數(shù)據(jù)由單片機TXD腳輸出，經(jīng)74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺TXD端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

3 通信軟件設計

通信軟件至關重要，一旦出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。

*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。測量站在連續(xù)收到5個同步符后進行密碼驗證，驗證通過后正式接收指令字節(jié)；如未通過，則測量站發(fā)一信號讓主控站重發(fā)，三次驗證不過則停發(fā)該命令。測量站發(fā)/主控站收時，驗證方式與此相同。驗證通過后，測量站開始發(fā)送數(shù)據(jù)。

*一個指令由3字節(jié)構成，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)三次錯誤時停發(fā)。

*主控站每發(fā)一個指令，測量站都回送一個應答信號。該應答信號中包含原指令樣本。

下面給出單片機串行口與電臺的基本通信程序。

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位計數(shù)器，T1方式2，串口用

SETB TR0 ；啟動T0

MOV BTL，#0F3H ；波特率設定為1200

MOV SCON，#0C0H；串口方式3，9位數(shù)據(jù)，禁止接收

接收及驗證程序：

NUM EQU 2BH ；同步符個數(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 ；收到的同步符個數(shù)加1

MOV A，NUM ；取收到的同步符個數(shù)

CJNE A，#5，A2 ；未收夠連續(xù)5個55H轉(zhuǎn)A2

A4:MOV NUM,#0 ;密碼驗證，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 ；串口收完一個字節(jié)轉(zhuǎn)A6

…

A6：CLR RI ；清接收中斷標志

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

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4μs

CLR TI

RET

結語

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建成后，已經(jīng)使用了兩年多，運行結果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。由于采用了較完善的軟硬件設計和抗干擾措施，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。測量站把采集的現(xiàn)場信號及時傳送到主控站，提高了數(shù)據(jù)處理的實時性。單片機和數(shù)字電臺接口的軟硬件設計具有很強的適用性，可廣泛應用于無線數(shù)傳設備。