用單片機實(shí)現異步串行數據再生

1 引言

在現代移動(dòng)通信的傳輸網(wǎng)絡(luò )中，普遍采用同步數字體系(SDH)光傳輸設備。很多移動(dòng)通信基站的光傳輸設備提供的輔助數據通道都保留異步串行接口，如：RS232、RS422方式。異步通信接口雖然效率低、速度慢，但具有實(shí)現技術(shù)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，在計算機監控、智能化設備等方面仍有廣泛的應用。這些光傳輸設備一般在每個(gè)基站提供兩個(gè)串行口，分別通向鏈路上相鄰的兩個(gè)基站，稱(chēng)為端到端方式。通過(guò)這些輔助數據信道可傳輸一些基他設備的網(wǎng)管信息或基站的動(dòng)力環(huán)境監控信息。要想利用這種分段的輔助數據信道在鏈路上傳遞信息，必須在每個(gè)基站將兩個(gè)方向的串行口進(jìn)行溝通、連接。這樣，串行數據每經(jīng)過(guò)一個(gè)基站都要進(jìn)行一次“同步—異步”、“異步—同步”的轉換。

異步串行數據要通過(guò)同步數字體系傳送，必然要進(jìn)行碼速調整。由于異步通信的波特率(9600、4800等)一般都不是標準的通信碼速(64K、128K 等)，在碼速調整的過(guò)程中，會(huì )改變每位數據對應的電平寬度，從而造成異步數據的波形畸變。隨著(zhù)經(jīng)過(guò)的基站數量的增加，波形的畸變逐漸累積。對于異步接口，通常使用的是稱(chēng)為起止式通信方式。在接收操作時(shí)，接口電路使用自己的時(shí)鐘(通常是波特率的16倍或64倍)對信號進(jìn)行取樣，當確認收到一個(gè)起始位后，每隔 16個(gè)或64個(gè)時(shí)鐘對接收信號采樣一次，并移入移位寄位器，直到一個(gè)字符接收完畢。當數據的波形畸變累積到一定程度后，接收數據就會(huì )出現誤碼，嚴重時(shí)就會(huì )導致通信中斷。

出現這種情況后，最簡(jiǎn)單的辦法是降低通信波特率。但降低波特率并不能消除數據的波形畸變，只是有限地延長(cháng)了通信距離，代價(jià)是降低了系統數據的實(shí)時(shí)性。徹底的解決方案是在波形畸形嚴重到產(chǎn)生誤碼之前，對傳輸的異步串行數據進(jìn)行再生。

2 硬件設計

AT89C2051是ATMAL公司生產(chǎn)的一種MCS-51系列單片機兼容產(chǎn)品，20個(gè)引腳封裝，片內集成了2K 字節的Flash Memory、128字節的RAM和一個(gè)全雙工的串行口。AT89C2051體積小、價(jià)格低廉，比很多串行口擴展芯片還便宜，片內的RAM還可以靈活地用作收發(fā)數據的緩存，很適合作為異步串行數據再生器。MAX202用于TTL-RS232電平轉換，如果使用的是RS422接口，則可將MAX202換成 MAX490完成TTL-RS422電平轉換。MAX818是AT80C2051的上電復位和WATCHDOG電路。硬件原理圖見(jiàn)圖1。

兩個(gè)AT89C2051的功能是將他們從RXD管腳收到的數據再按設定的波特率從TXD管腳發(fā)送出去。這樣，從COM1口來(lái)的信號被D1接收后，發(fā)送到 COM2口，從COM2口來(lái)的信號被D2接收后，發(fā) 送到COM1口。通過(guò)異步串行數據再生器的串行數據都經(jīng)過(guò)了AT80C2051的轉發(fā)，經(jīng)過(guò)了一次：串-并”(接收)、“并-串”(發(fā)送)的轉換。在“并-串”轉換(發(fā)送)的過(guò)程中，數據在精確的波特率時(shí)鐘的作用下從發(fā)送移位寄存器中移出，消除了接收數據中的波形畸變，從而完成了異步串行數據的再生功能。通過(guò)改變AT89C2051上P17、P16、P15三個(gè)引腳的電平可設定通信的波特率。

3 軟件設計

基于上述硬件設計，兩個(gè)AT89C2051單片機的功能是完全相同的，因此，它們的軟件也是完全相同的。在進(jìn)行了變量初始化之后，根據P17、 P16、P15三個(gè)管腳的電平，設置串行口的波特率。波特率范圍是150、300、600、1200、2400、4800、9600、 19200BPS。因為單片機沒(méi)有其他任務(wù)，串行口的操作采用了簡(jiǎn)潔的查詢(xún)方式。軟件中，需要在RAM中為接收數據設置一個(gè)FIFO緩沖區，否則在轉發(fā)過(guò)程中容易出現溢出現象導致數據丟失。程序流程圖見(jiàn)圖2。

AT89C2051與MCS-51指令集兼容，可通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)，大大提高了編程效率。本設計中的軟件在Keil μ Vision2 V205集成環(huán)境中編譯、調試通過(guò)。目標代碼僅150字節左右，因此軟件功能還有擴充的余地。

以下是C語(yǔ)言源程序清單：

4 結語(yǔ)

該設計產(chǎn)品已在多個(gè)現場(chǎng)作用，性能良好。一般情況下，每隔三到四個(gè)基站增加一個(gè)異步串行數據再生器，可保證整個(gè)通信鏈路穩定工作在9600BPS狀態(tài)下。

用AT89C2051實(shí)現異步串行數據的再生，硬件成本低、工作可靠，軟件編程方便、簡(jiǎn)潔。如果增加光耦，還可實(shí)現收發(fā)端的電氣隔離。在通信規約的支持下，通過(guò)擴充軟件功能可使AT89C2051自動(dòng)適應各種通信波特率。お

參考文獻
［1］陳建鐸.Intel單片機應用技術(shù)［M］.陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1991