AT89C51单片机在无线数据传输中的应用

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摘要：介绍无线数据传输系统的组成、AT89C51单片机串行口的工作方式及其与无线数字电台接口的软硬件设计与实现方法。
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。
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