??? 摘? 要: 介紹了采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B 、AT89C51單片機作控制實現的電臺用智能數據通信卡的設計思想和實現方法。通過該卡,可方便地給以模擬方式作為話音通信的無線電臺增加數據通信功能,使其性價比大大提高。
關鍵詞: 無線電臺? 單片機? 數據通信? 調制解調器
?
當今信息時代,人們需要多種多樣的通信手段和設備,常見的不論是有線電話還是無線電臺,都為模擬信道,適合傳送模擬話音信號。目前,通過公用電話網進行計算機通信的技術已經成熟。而無線電臺特別是老式電臺,在我國使用范圍很廣,擁有量很大,但其功能單一,不能適應當前數據通信的要求,如何對其進行技術改造,增加數據通信功能,就顯得尤為必要。為此,研究設計了無線電臺用智能數據通信卡(以下簡稱通信卡),通過該卡,可給以模擬方式作為話音通信的無線電臺增加數據通信功能,大大提高了老式電臺的性價比。該卡體積小,成本低,可放置于電臺內部。
1 通信卡的設計思想
從電臺實際工作情況考慮,給電臺增加數據通信功能后,應注意解決以下問題:
·不能影響原話音通信功能。
·數據通信卡的數據接口要采用標準接口,從電臺性能、體積、抗干擾性及經濟性上考慮,選用RS-232C標準接口,相應的串行速率為1200bps。
·待傳送的數據送入通信卡后,應轉換成適宜在無線模擬信道上傳送的模擬信號,且該信號頻率帶寬不能超過電臺頻道所要求的帶寬。
·為解決多用戶同時通信時出現的同頻干擾問題,須給電臺增加禁收禁發功能。
2 通信卡的硬件框圖及電路設計
根據上述思想所設計的通信卡包括硬件和軟件兩部分。硬件部分是該卡的基礎,其框圖如圖1虛線框內所示。其中,PTT為電臺鍵控信號(PTT=1 電臺接收,PTT=0 電臺發射),SQL為電臺接收靜噪信號(SQL=1 電臺頻道忙,SQL=0 電臺頻道閑),MIC為電臺話音信號輸入口,UΩ為電臺解調出的話音信號。整個通信卡的核心為由89C51單片機以及RAM和8251組成的控制系統,這一部分主要完成數據的接收、存儲、發送的控制與管理。串行接口部分由RS-232C接口和電平轉換電路組成。還有一部分即MODEM電路,主要完成由通信卡到電臺的數字信號(TXD)的調制發送和由電臺到通信卡的模擬信號(FSK出)的解調接收。圖1中,用89C51的串行口(TXD和RXD)經MODEM與電臺話音接口相連。圖中之所以用8251來擴展89C51的串行口與外部計算機通信,是考慮到用8251的RXRDY(14腳 “接收準備就緒”信號)與89C51外部中斷INT0(P3.2腳)相連,使89C51單片機可以及時響應8251通信中斷,避免與MODEM接口的串行中斷相混淆或進行中斷競爭。
?
2.1 RS-232C串行接口設計
RS-232C串行接口及電平轉換電路如圖2所示。其中,MC1488、MC1489為電平轉換芯片。外部計算機數據通過DB9插座輸入后,需經MC1489將RS-232C電平轉換為TTL電平,并在89C51的控制下,通過8251存于RAM通信緩沖區中。同樣從電臺接收來暫存于RAM中的數據要發給外部計算機,亦需經MC1488將TTL電平轉換成RS-232C電平。
?
2.2 MODEM電路設計
MODEM電路采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B設計而成,其接口輸出與TTL電平兼容,且工作模式可由外部邏輯設定。本電路工作狀態采用1200bps半雙工模式,FSK移頻頻率符合標準協議ITU-T V.23[2]。在本卡中MODEM應用電路如圖3所示。
?
由于MODEM工作于半雙工狀態,同一時刻AI/AO只有一端上有模擬信號輸入/輸出,且MODEM內置有阻抗混合電路,所以其兩端通過600Ω電阻可并作一端使用。AOG端接數字“0”,使模擬發送信號幅度為典型值-4dBm(0dBm=0.775Vrms)。MODEM的工作模式通過89C51單片機的P1.3邏輯進行選擇。將MODEM的MOD2腳接數字“0”,MOD1腳接89C51的P1.3,當P1.3輸出為“0”時,MOD2、MOD1=“00”,MODEM工作于1200bps發送模式;反之,當P1.3輸出為“1”時,MODEM工作于1200bps接收模式。
MODEM將接收到的FSK模擬信號轉換為數字信號(RXD)后,輸出到89C51串口。一旦89C51串口收到一幀數據,就會立即引發串口中斷,從而轉入串口中斷服務程序進行數據的接收,并將收到的數據暫存于通信緩沖區。同樣,由單片機89C51轉過來的數據(TXD),要經MODEM發送給電臺,可通過單片機的P1.4將MODEM的RS端置為有效電平(低電平),使其發送允許,同時將P1.3置“0”,使其正常工作。
2.3 通信卡控制系統的設計
通信卡控制系統電路如圖4所示。89C51單片機除完成數據傳送控制外,還負責完成電臺SQL(靜噪信號,與單片機的P1.2相連)信號的檢測和電臺PTT鍵控制(由P1.1完成)。
?
?
單片機的P0口經地址鎖存器74LS373鎖存輸出為6264的低8位地址,由P.0～P2.4提供6264的高5位地址,借P2.5引腳進行片選,接6264的片選端CE。6264的讀/寫允許信號OE/WE分別與89C51單片機的讀/寫允許信號RD/WR相連。P0為分時復用雙向數據總線,將數據相應地送入6264的數據端D0～D7。6264的編址空間為8K,自0000H～1FFFH。
單片機的時鐘為7.3728MHz,ALE作為8251的時鐘信號。但由于89C51在訪問片外數據存儲器期間,ALE脈沖會跳空一個,所以將ALE與WR、RD組合,以補允空跳的時鐘脈沖。組合后產生1.2288MHz的脈沖信號,該信號與8251的CLK相連,同時64分頻后作為8251的接收與發送時鐘。64分頻采用兩片74LS160(接成8進制計數方式)級聯。
外部中斷INT0作為電臺發送數據時的中斷請求信號。圖4中,外部中斷請求信號通過D觸發器加到單片機INT0引腳上。當外部中斷信號使D觸發器的CLK端發生正跳變時,由于D端接地,Q端輸出0,向單片機發出中斷請求。CPU響應中斷后,利用口線P1.5作應答線。在中斷服務程序中用兩條指令來撤銷中斷請求。
ANL????????????? P1，#0DFH
ORL????????????? P1，#20H
第一條指令使P1.5為0,而P1口其他各位的狀態不變。由于P1.5與置1端S相連,故D觸發器Q=1,撤銷了中斷請求信號。第二條指令將P1.5變成1,從而S=1,使以后產生的新外部中斷請求信號又能向單片機申請中斷。
DTR、DSR用于檢測外部計算機是否空閑。在程序中,將操作命令字的第1位置1,使得DTR有效。在發送數據前,先讀取狀態字,查詢其最高位是否為1,若為1則表示數據裝置準備好,8251可以發送數據。否則,再次查詢直至為1。
3 通信卡的軟件設計
3.1 通信協議
(1) 通信卡中89C51單片機串行口工作于多機通信狀態(即SM2=1)。每個卡都有一個唯一的地址編號,范圍為00H～FEH。
(2)通信卡單片機串行口數據的幀格式為:8位數據+1位數據/地址識別位+1位起始位+1位停止位。其中的數據/地址識別位為0時,說明傳送的一幀為數據,否則為地址。串行通信波特率為1200bps。傳送數據前,發方先送接收方地址號,接收方判斷是本機地址后,使SM2清0以接收隨后發來的所有信息。否則,如判斷非本機地址,則仍保持SM2=1狀態返回。
(3)89C51單片機平常處于檢測SQL的查詢工作狀態,通過檢測SQL信號,由軟件保證任何時候只有一個通信卡在發送數據,這樣不會造成通信時的頻道競爭,也避免了同頻干擾。
(4)單片機串行口工作方式設置為方式3。另外,外部計算機數據送入8251后,中斷信號(8251的RXRDY)送入89C51的INT0腳,使單片機因外部中斷0而產生接收中斷。
(5)89C51串行口傳送的數據包采用累加和校驗的方法。程序設定16個字節為一頁,每收/發一頁數據,控制其收/發一個累加和。
??? (6)通信卡中的8251與外部計算機間異步通信的數據格式為:8位數據+1位停止位+1位偶校驗位。波特率為1200bps。且在傳送數據時,應首先傳送一個8位數據包長度信息字。
3.2? 通信方案
(1)外部數據經通信卡的發送過程:由RS-232C傳來的數據包經8251芯片完成串/并轉換后,暫存于以6264為RAM的通信緩沖區中,通過檢測SQL確認電臺頻道空閑時,將通信緩沖區中的數據包由串行口送給MODEM電路,以轉換為適宜在無線模擬信道傳送的信號TXA,并由電臺發送出去。
(2)通信卡接收數據的過程:由電臺接收下來的RXA信號經過MODEM電路轉換為數字信號RXD,并由單片機存于通信緩沖區中。89C51單片機通過檢測狀態字查詢 RS-232C 口所接外部計算機為空閑狀態時,經8251將數據包送給外部計算機。
3.3 通信卡的軟件流程圖
通信卡的整個工作過程由軟件控制完成,流程圖如圖5、圖6和圖7所示。
?
?
用單片機和通信等技術設計、實現了無線電臺用智能數據通信卡。通過該卡,可給早期生產的只能作為話音通信的老式電臺增加計算機數據通信功能。對軟硬件稍作修改,還可給電臺增加選呼、群呼、組呼等功能,從而大大提高了無線電臺特別是老式電臺的性價比。該卡用于某無線數據傳輸系統中,工作效果良好。該卡還可以廣泛地應用于計算機無線通信網的組建、遠程控制系統、保安系統等。
?
參考文獻
1 張建斌.主從式單片機通信系統一種新的實現方法.陜西工學院學報,1998； (4)
2 武漢力源電子股份有限公司P&S網(網址:http：//www.p8s.com).MSM7510/7512B Application Notes.
3 張士輝.微機用多路智能調制解調器卡的設計和應用.?電子技術,1996； (2)
4 楊致新.小型集散系統中多機通信的一種實現方法.?電子技術應用,1997；23(1)
5 劉寧慶.實用無線電臺的控制器設計.電子技術應用,1996；22(1)
6 李華.MCS-51系列單片機應用接口技術.北京:北京航空航天出版社,1996.5