51單片機在無線數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用
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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(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。
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。
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。
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(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)。
*一個指令由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)三次錯誤時停發(fā)。
*主控站每發(fā)一個指令，測量站都回送一個應(yīng)答信號。該應(yīng)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(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(jié)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(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(shè)計具有很強的適用性，可廣泛應(yīng)用于無線數(shù)傳設(shè)備。
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