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74HC125,、非門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,，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、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,。