AT89C51单片机在无线数据传输中的应用_无线通信论文
关键词：at89c51 串行口 无线数字电台 串行通信
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、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。