用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)再生

1 引言

在現(xiàn)代移動(dòng)通信的傳輸網(wǎng)絡(luò)中，普遍采用同步數(shù)字體系(SDH)光傳輸設(shè)備。很多移動(dòng)通信基站的光傳輸設(shè)備提供的輔助數(shù)據(jù)通道都保留異步串行接口，如：RS232、RS422方式。異步通信接口雖然效率低、速度慢，但具有實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控、智能化設(shè)備等方面仍有廣泛的應(yīng)用。這些光傳輸設(shè)備一般在每個(gè)基站提供兩個(gè)串行口，分別通向鏈路上相鄰的兩個(gè)基站，稱為端到端方式。通過(guò)這些輔助數(shù)據(jù)信道可傳輸一些基他設(shè)備的網(wǎng)管信息或基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控信息。要想利用這種分段的輔助數(shù)據(jù)信道在鏈路上傳遞信息，必須在每個(gè)基站將兩個(gè)方向的串行口進(jìn)行溝通、連接。這樣，串行數(shù)據(jù)每經(jīng)過(guò)一個(gè)基站都要進(jìn)行一次“同步—異步”、“異步—同步”的轉(zhuǎn)換。

異步串行數(shù)據(jù)要通過(guò)同步數(shù)字體系傳送，必然要進(jìn)行碼速調(diào)整。由于異步通信的波特率(9600、4800等)一般都不是標(biāo)準(zhǔn)的通信碼速(64K、128K 等)，在碼速調(diào)整的過(guò)程中，會(huì)改變每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的電平寬度，從而造成異步數(shù)據(jù)的波形畸變。隨著經(jīng)過(guò)的基站數(shù)量的增加，波形的畸變逐漸累積。對(duì)于異步接口，通常使用的是稱為起止式通信方式。在接收操作時(shí)，接口電路使用自己的時(shí)鐘(通常是波特率的16倍或64倍)對(duì)信號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng)確認(rèn)收到一個(gè)起始位后，每隔 16個(gè)或64個(gè)時(shí)鐘對(duì)接收信號(hào)采樣一次，并移入移位寄位器，直到一個(gè)字符接收完畢。當(dāng)數(shù)據(jù)的波形畸變累積到一定程度后，接收數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)誤碼，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致通信中斷。

出現(xiàn)這種情況后，最簡(jiǎn)單的辦法是降低通信波特率。但降低波特率并不能消除數(shù)據(jù)的波形畸變，只是有限地延長(zhǎng)了通信距離，代價(jià)是降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。徹底的解決方案是在波形畸形嚴(yán)重到產(chǎn)生誤碼之前，對(duì)傳輸?shù)漠惒酱袛?shù)據(jù)進(jìn)行再生。

2 硬件設(shè)計(jì)

AT89C2051是ATMAL公司生產(chǎn)的一種MCS-51系列單片機(jī)兼容產(chǎn)品，20個(gè)引腳封裝，片內(nèi)集成了2K 字節(jié)的Flash Memory、128字節(jié)的RAM和一個(gè)全雙工的串行口。AT89C2051體積小、價(jià)格低廉，比很多串行口擴(kuò)展芯片還便宜，片內(nèi)的RAM還可以靈活地用作收發(fā)數(shù)據(jù)的緩存，很適合作為異步串行數(shù)據(jù)再生器。MAX202用于TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換，如果使用的是RS422接口，則可將MAX202換成 MAX490完成TTL-RS422電平轉(zhuǎn)換。MAX818是AT80C2051的上電復(fù)位和WATCHDOG電路。硬件原理圖見(jiàn)圖1。

兩個(gè)AT89C2051的功能是將他們從RXD管腳收到的數(shù)據(jù)再按設(shè)定的波特率從TXD管腳發(fā)送出去。這樣，從COM1口來(lái)的信號(hào)被D1接收后，發(fā)送到 COM2口，從COM2口來(lái)的信號(hào)被D2接收后，發(fā) 送到COM1口。通過(guò)異步串行數(shù)據(jù)再生器的串行數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)了AT80C2051的轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過(guò)了一次：串-并”(接收)、“并-串”(發(fā)送)的轉(zhuǎn)換。在“并-串”轉(zhuǎn)換(發(fā)送)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)在精確的波特率時(shí)鐘的作用下從發(fā)送移位寄存器中移出，消除了接收數(shù)據(jù)中的波形畸變，從而完成了異步串行數(shù)據(jù)的再生功能。通過(guò)改變AT89C2051上P17、P16、P15三個(gè)引腳的電平可設(shè)定通信的波特率。

3 軟件設(shè)計(jì)

基于上述硬件設(shè)計(jì)，兩個(gè)AT89C2051單片機(jī)的功能是完全相同的，因此，它們的軟件也是完全相同的。在進(jìn)行了變量初始化之后，根據(jù)P17、 P16、P15三個(gè)管腳的電平，設(shè)置串行口的波特率。波特率范圍是150、300、600、1200、2400、4800、9600、 19200BPS。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)沒(méi)有其他任務(wù)，串行口的操作采用了簡(jiǎn)潔的查詢方式。軟件中，需要在RAM中為接收數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)FIFO緩沖區(qū)，否則在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中容易出現(xiàn)溢出現(xiàn)象導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。程序流程圖見(jiàn)圖2。

AT89C2051與MCS-51指令集兼容，可通過(guò)C語(yǔ)言編寫，大大提高了編程效率。本設(shè)計(jì)中的軟件在Keil μ Vision2 V205集成環(huán)境中編譯、調(diào)試通過(guò)。目標(biāo)代碼僅150字節(jié)左右，因此軟件功能還有擴(kuò)充的余地。

以下是C語(yǔ)言源程序清單：

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)產(chǎn)品已在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)作用，性能良好。一般情況下，每隔三到四個(gè)基站增加一個(gè)異步串行數(shù)據(jù)再生器，可保證整個(gè)通信鏈路穩(wěn)定工作在9600BPS狀態(tài)下。

用AT89C2051實(shí)現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)的再生，硬件成本低、工作可靠，軟件編程方便、簡(jiǎn)潔。如果增加光耦，還可實(shí)現(xiàn)收發(fā)端的電氣隔離。在通信規(guī)約的支持下，通過(guò)擴(kuò)充軟件功能可使AT89C2051自動(dòng)適應(yīng)各種通信波特率。お

參考文獻(xiàn)
［1］陳建鐸.Intel單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1991