單片機與數(shù)字電臺的串行通信

PTR2000是一種短程無線通信技術(shù)。本文給出了一種基于PTR2000技術(shù)的溫度檢測系統(tǒng)的硬件電路原理框圖和通信程序流程圖。本文以一遠程溫度檢測系統(tǒng)為例，詳細講解了基于單片機無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用。本系統(tǒng)由溫度檢測單元，發(fā)送單元和接收單元構(gòu)成，發(fā)送單元的MCU連接溫度傳感器，檢測遠程溫度，處理后，通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊PTR 2000發(fā)送給接收單元的PTR 2000；通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊PTR 2000接受發(fā)送單元發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，傳送給PC機，并在PC機上顯示當(dāng)前溫度。本文詳細分析了上述實現(xiàn)原理，并給出了主要程序代碼，并通過了測試，有較強的實用價值。

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(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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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(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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yù)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)計
通信軟件至關(guān)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(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)。