單片機(jī)與數(shù)字電臺(tái)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(cè)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(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)為例，詳細(xì)講解了基于單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用。本系統(tǒng)由溫度檢測(cè)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(cè)遠(yuǎn)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(jī)，并在PC機(jī)上顯示當(dāng)前溫度。本文詳細(xì)分析了上述實(shí)現(xiàn)原理，并給出了主要程序代碼，并通過了測(cè)試，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

系統(tǒng)由測(cè)量站和主控站兩部分組成。測(cè)量站主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、存儲(chǔ)，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(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理、隨機(jī)顯示打印等。

2 AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，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(jī)，工作電壓范圍為2.7～6V（實(shí)際使用+5V供電），8位數(shù)據(jù)總線。它有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，能同時(shí)進(jìn)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(jìn)行通信。
2.1 通信協(xié)議與波特率
數(shù)字電臺(tái)與單片機(jī)、終端主控機(jī)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(tái)選用Motorola公司的GM系列車載電臺(tái)，工作于VHF/UHF頻段，可進(jìn)行無線數(shù)傳（9線制標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口），也可進(jìn)行話音通信；采用二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）調(diào)制解調(diào)方式，符合國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT.23標(biāo)準(zhǔn)。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)字傳輸時(shí)，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時(shí)使用。實(shí)際使用時(shí)，電臺(tái)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(shí)進(jìn)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(yàn)位，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送過程。串行口能自動(dòng)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(shí)，置SCON中的REN為1，允許接收。當(dāng)檢測(cè)到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時(shí)，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(shí)，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(shí)器T1的溢出率與SMOD值同時(shí)決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；SMOD=1時(shí)，n=16。T1溢出率取決于T1的計(jì)數(shù)速率（計(jì)數(shù)速率=fosc/12）和TI預(yù)置的初值。
定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動(dòng)重裝初值）。設(shè)TH1和TL1定時(shí)計(jì)數(shù)初值為X，則每過“2 8-X”個(gè)機(jī)器周期，T1就會(huì)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(tái)的硬件連接
AT89C51與數(shù)字電臺(tái)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(cè)量數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)串口與數(shù)字電臺(tái)RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺(tái)常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機(jī)P3.5腳輸出高電平。單片機(jī)使用TTL電平，電臺(tái)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電臺(tái)之間的電源隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。
單片機(jī)通過帶控制端的三態(tài)緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺(tái)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(shí)，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時(shí)c1=0，74HC125A導(dǎo)通，接收的指令由電臺(tái)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(jī)RXD腳。發(fā)射時(shí)，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時(shí)c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導(dǎo)通，數(shù)據(jù)由單片機(jī)TXD腳輸出，經(jīng)74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺(tái)TXD端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
3 通信軟件設(shè)計(jì)
通信軟件至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。采取差錯(cuò)控制與容錯(cuò)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(cè)量站在連續(xù)收到5個(gè)同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后正式接收指令字節(jié)；如未通過，則測(cè)量站發(fā)一信號(hào)讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過則停發(fā)該命令。測(cè)量站發(fā)/主控站收時(shí)，驗(yàn)證方式與此相同。驗(yàn)證通過后，測(cè)量站開始發(fā)送數(shù)據(jù)。