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AT89C51单片机在无线数据传输中的应用

2007-01-18 嵌入式在线收藏 | 打印

一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。

无线数据传输系统就是样一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。

1 系统组成

    系统组成如图1、图2所示。

　　系统由测量站和主控站两部分组成。测量站主要完成对现场信号的采集、存储，接收遥控指令并发送数据。主控站的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理和数据管理、随机显示打印等。

    2 AT89C51与数字电台的串行通信

    Atmel公司的AT89C51单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KB Flash ROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.7～6V（实际使用+5V供电），8位数据总线。它有一个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和执着收。通过RXD引脚（串行数据接收端）和TXD引脚（串行数据发送端）与外界进行通信。

    2.1 通信协议与波特率

    数字电台与单片机、终端主控机的通信协议为：

    通信接口——标准串行RS232接口，9线制半双工方式；

    通信帧格式——1位起始位，8位数据位，1位可编程数据位，1位停止位；

    波特率——1200 baud。

    数字电台选用Motorola公司的GM系列车载电台，工作于VHF/UHF频段，可进行无线数传（9线制标准串行RS232接口），也可进行话音通信；采用二进制移频键控（2FSK）调制解调方式，符合国际电报电话咨询委员会CCITT.23标准。在话带内进行数字传输时，推荐在不高于1200b/s数据率时使用。实际使用时，电台工作于220～240MHz频率范围，采用半双工方式（执行收、发操作，但不能同时进行）即可满足系统要求。

    2.2 AT89C51串行口工作方式

    AT89C51串行口可设置四种工作方式，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘帧11位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位可编程数据位，1位停止位。

    发送前，由软件设置第9位数据（TB8）作奇偶校验位，将要发送的数据写入SBUF，启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，装入到第9位数据的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。

    接收时，置SCON中的REN为1，允许接收。当检测到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0或接收到的9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，不置位RI。

    串口方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定：

    方式3波特率=T1溢出率/n

    当SMOD=0时，n=32；SMOD=1时，n=16。T1溢出率取决于T1的计数速率（计数速率=fosc/12）和TI预置的初值。

    定时器T1用作波特率发生器，工作于模式2（自动重装初值）。设TH1和TL1定时计数初值为X，则每过“2 8-X”个机器周期，T1就会发生一次溢出。初值X确定如下：

    X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL

    本系统中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。

    2.3 AT89C51与数字电台的硬件连接

    AT89C51与数字电台的硬件连接如图3所示。

    系统采用异步串行通信方式传输测量数据。利用单片机串口与数字电台RS232数据口相连。电台常态为收状态（PPT=0，收状态；PPT=1，发状态），单片机P3.5脚输出高电平。单片机使用TTL电平，电台使用RS232电平，由MAX232完成TTL电平与RS232电平之间的转换。3片光电耦合器6N137实现单片机与电台之间的电源隔离，增强系统抗干扰性能。

    单片机通过带控制端的三态缓冲门74HC125、非门74HC14控制电台的收发转换，以及指令的接收和数据发送。接收时，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为低电平，将其置为接收状态；同时c1=0，74HC125A导通，接收的指令由电台的RXD端输入，经MAX232电平变换、光电隔离、74HC125A缓冲门，送入单片机RXD脚。发射时，P3.5=0，经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为高电平，将其置为发射状态；同时c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B导通，数据由单片机TXD脚输出，经74HC125B缓冲门、光电隔离、MAX232电平变换，通过电台TXD端口将数据发送出去。

    3 通信软件设计

    通信软件至关重要，一旦出现问题，整个系统就会瘫痪。采取差错控制与容错技术是非常重要的。

    *主控站发送的指令中包含一定数量的同步符55H和3字节的密码。测量站在连续收到5个同步符后进行密码验证，验证通过后正式接收指令字节；如未通过，则测量站发一信号让主控站重发，三次验证不过则停发该命令。测量站发/主控站收时，验证方式与此相同。验证通过后，测量站开始发送数据。

    *一个指令由3字节构成，第二字节等于第一字节加上35H，第3字节等于第二字节加上36H。如果收到的指令不符合此规则，则重发该命令，连续三次错误时停发。

    *主控站每发一个指令，测量站都回送一个应答信号。该应答信号中包含原指令样本。

    下面给出单片机串行口与电台的基本通信程序。

    初始化程序：

    BTL EQU 2FH ；波特率放在内部RAM的2FH单元

    MOV TMOD，#21H；T0方式1，16位计数器，T1方式2，串口用

    SETB TR0 ；启动T0

    MOV BTL，#0F3H ；波特率设定为1200

    MOV SCON，#0C0H；串口方式3，9位数据，禁止接收

    接收及验证程序：

    NUM EQU 2BH ；同步符个数值存放在内部RAM的2BH单元

    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字节同步符

    MIM DB 'WSC'：3字节密码“WSC”

    SETB P3.5 ；置电台收状态

    SETB REN ；允许串口接收

    A1：MOV NUM，#0 ；记录连续到同步符55H的个数

    A2：JB RI，A2 ；串口有数据转A3

    A3：CLR RI ；清接收中断标志

    MOV A，SBUF ；读串口数据

    CJNE A，#55H，A1；不是同步符转A1

    INC NUM ；收到的同步符个数加1

    MOV A，NUM ；取收到的同步符个数

    CJNE A，#5，A2 ；未收够连续5个55H转A2

    A4:MOV NUM,#0 ;密码验证，记录收到密码字节数

    A5：MOV DPTR，#MIM；密码字符首址

    MOV A，NUM

    MOVC A，@A+DPTR；查表取密码

    MOV TEMP，A ；保存密码

    JB RI，A6 ；串口收完一个字节转A6

    …

    A6：CLR RI ；清接收中断标志

    MOV A，SBUF ；读串口数据

    CJNE A，TEMP，A4；与密码不符转A4

    INC NUM ；收到的密码个数加1

    MOV A，NUM ；取已收到的密码字节数

    CJNE A，#3，A5 ；密码未收完转A5

    发送程序：

    CLR P3.5 ；置电台发状态

    MOV B，#23

    MOV DPTR，#ROM-CH

    B1：CLR A

    MOVC A，@A+DPTR；查表发送同步符和密码共24字节

    INC DPTR

    LCALL SEND-CH ；调发送单字节子程序

    DJNZ B，B1

    …

    CLR A

    MOV DPTR，#7000H；外部RAM数据首址，发送外部RAM中的数据到电台

    B2：CJNE R4，#0，B3

    CJNE R3，#0，B3；R4R3=发送字节数

    B3：MOVX A，@DPTR；取数据

    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，$ ；延时4μs

    CLR TI

    RET

    结语

    无线数据传输系统建成后，已经使用了两年多，运行结果表明，系统工作稳定可靠。由于采用了较完善的软硬件设计和抗干扰措施，保证了系统工作的安全性和可靠性。测量站把采集的现场信号及时传送到主控站，提高了数据处理的实时性。单片机和数字电台接口的软硬件设计具有很强的适用性，可广泛应用于无线数传设备。