單片機與數字電臺的串行通信
PTR2000是一種短程無線通信技術。本文給出了一種基于PTR2000技術的溫度檢測系統的硬件電路原理框圖和通信程序流程圖。本文以一遠程溫度檢測系統為例,詳細講解了基于單片機無線數據傳輸技術的應用。本系統由溫度檢測單元,發送單元和接收單元構成,發送單元的MCU連接溫度傳感器,檢測遠程溫度,處理后,通過無線數據收發模塊PTR 2000發送給接收單元的PTR 2000;通過無線數據收發模塊PTR 2000接受發送單元發送過來的溫度數據,傳送給PC機,并在PC機上顯示當前溫度。本文詳細分析了上述實現原理,并給出了主要程序代碼,并通過了測試,有較強的實用價值。
系統由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現場信號的采集、存儲,接收遙控指令并發送數據。主控站的主要工作是發送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理、隨機顯示打印等。
2 AT89C51與數字電臺的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機,是一種低功耗、高性能的、片內含有4KB Flash ROM的8位CMOS單片機,工作電壓范圍為2.7~6V(實際使用+5V供電),8位數據總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口,能同時進行串行發送和執著收。通過RXD引腳(串行數據接收端)和TXD引腳(串行數據發送端)與外界進行通信。
2.1 通信協議與波特率
數字電臺與單片機、終端主控機的通信協議為:
通信接口——標準串行RS232接口,9線制半雙工方式;
通信幀格式——1位起始位,8位數據位,1位可編程數據位,1位停止位;
波特率——1200 baud。
數字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺,工作于VHF/UHF頻段,可進行無線數傳(9線制標準串行RS232接口),也可進行話音通信;采用二進制移頻鍵控(2FSK)調制解調方式,符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內進行數字傳輸時,推薦在不高于1200b/s數據率時使用。實際使用時,電臺工作于220~240MHz頻率范圍,采用半雙工方式(執行收、發操作,但不能同時進行)即可滿足系統要求。
2.2 AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設置四種工作方式,可有8位、10位和11位幀格式。本系統中,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位數據位(低位在前),1位可編程數據位,1位停止位。
發送前,由軟件設置第9位數據(TB8)作奇偶校驗位,將要發送的數據寫入SBUF,啟動發送過程。串行口能自動把TB8取出,裝入到第9位數據的位置,再逐一發送出去。發送完畢,使TI=1。
接收時,置SCON中的REN為1,允許接收。當檢測到RXD(P3.0端有“1”到“0”的跳變(起始位)時,開始接收9位數據,送入移位寄存器(9位)。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數據為1時,前8位數據送入SBUF,第9位數據送入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的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定:
方式3波特率=T1溢出率/n
當SMOD=0時,n=32;SMOD=1時,n=16。T1溢出率取決于T1的計數速率(計數速率=fosc/12)和TI預置的初值。
定時器T1用作波特率發生器,工作于模式2(自動重裝初值)。設TH1和TL1定時計數初值為X,則每過“2 8-X”個機器周期,T1就會發生一次溢出。初值X確定如下:
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統中,SMOD=0,波行率BTL=1200,晶振fosc=6MHz,所以初值X=F3H。
2.3 AT89C51與數字電臺的硬件連接
AT89C51與數字電臺的硬件連接如圖3所示。
系統采用異步串行通信方式傳輸測量數據。利用單片機串口與數字電臺RS232數據口相連。電臺常態為收狀態(PPT=0,收狀態;PPT=1,發狀態),單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平,電臺使用RS232電平,由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉換。3片光電耦合器6N137實現單片機與電臺之間的電源隔離,增強系統抗干擾性能。
單片機通過帶控制端的三態緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發轉換,以及指令的接收和數據發送。接收時,P3.5=1,c2=1,74HC125B截止;P3.5經74HC14反相、光電隔離,使電臺PPT腳為低電平,將其置為接收狀態;同時c1=0,74HC125A導通,接收的指令由電臺的RXD端輸入,經MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門,送入單片機RXD腳。發射時,P3.5=0,經74HC14反相、光電隔離,使電臺PPT腳為高電平,將其置為發射狀態;同時c1=1,74HC125A截止,c2=0,74HC125B導通,數據由單片機TXD腳輸出,經74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換,通過電臺TXD端口將數據發送出去。
3 通信軟件設計
通信軟件至關重要,一旦出現問題,整個系統就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。
*主控站發送的指令中包含一定數量的同步符55H和3字節的密碼。測量站在連續收到5個同步符后進行密碼驗證,驗證通過后正式接收指令字節;如未通過,則測量站發一信號讓主控站重發,三次驗證不過則停發該命令。測量站發/主控站收時,驗證方式與此相同。驗證通過后,測量站開始發送數據。
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