無(wú)線(xiàn)電臺用智能數據通信卡的設計與實(shí)現

摘要：介紹了采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B、AT89C51單片機作控制實(shí)現的電臺用智能數據通信卡的設計思想和實(shí)現方法。通過(guò)該卡，可方便地給以模擬方式作為話(huà)音通信的無(wú)線(xiàn)電臺增加數據通信功能，使其性?xún)r(jià)比大大提高。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)電臺 單片機 數據通信 調制解調器

當今信息時(shí)代，人們需要多種多樣的通信手段和設備，常見(jiàn)的不論是有線(xiàn)電話(huà)還是無(wú)線(xiàn)電臺，都為模擬信道，適合傳送模塊話(huà)音信號。目前，通過(guò)公用電話(huà)網(wǎng)進(jìn)行計算機通信的技術(shù)已經(jīng)成熟。而無(wú)線(xiàn)電臺特點(diǎn)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(jìn)行技術(shù)改造，增加數據能信功能，就顯得尤為必要。為此，研究設計了無(wú)線(xiàn)電臺用智能數據通信卡（以下簡(jiǎn)稱(chēng)通信卡），通過(guò)該卡，可給以模擬方式作為話(huà)通信的無(wú)線(xiàn)電 臺增加數據通信功能，大大提高了老式電臺的性?xún)r(jià)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(shí)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(wèn)題：

·不能影響原話(huà)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(jīng)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(wú)線(xiàn)模擬停產(chǎn)上傳送的模擬信號，且該信號頻率帶寬不能超過(guò)電臺頻道所要求的帶寬。

·為解決多用戶(hù)同時(shí)通信時(shí)出現的同頻干擾問(wèn)題，須給電臺增加禁收禁發(fā)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(xiàn)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(fā)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(huà)音信號輸入口，UΩ為電臺解調出的話(huà)音信號。整個(gè)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(fā)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(fā)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(jīng)MODEM與電臺話(huà)音接口相連。圖中之所以用8251來(lái)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（P3.2腳）相連，使89C51單片機可以及時(shí)響應8251通信中斷，避免與MODEM接口的串行中斷相混淆或進(jìn)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(guò)DB9插座輸入后，需經(jīng)MC1489將RS-232C電平轉換為T(mén)TL電平，并在89C51的控制下，通過(guò)8251存于RAM通信緩沖區中。同樣從電臺接收來(lái)暫存于RAM中的數據要發(fā)給外部計算機，亦需經(jīng)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(tài)采用1200bps半雙工模式，FSK移頻頻率符合標準協(xié)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(tài)，同一時(shí)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(guò)600Ω電阻并作一端使用。AOG端接數字“0”，使模擬發(fā)送信號幅度為典型值-4dBm(0dBm=0.775Vrms)。MODEM的工作模式通過(guò)89C51單片機的P1.3邏輯進(jìn)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”，MOD1、MOD1=“00”，MODEM工作于1200bps發(fā)送模式；反之，當P1.3輸出為“1”時(shí)，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(huì )立即引發(fā)串口中斷，從而輸入串口中斷服務(wù)程序進(jìn)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(guò)來(lái)的數據（TXD），要經(jīng)MODEM發(fā)送給電臺，可通過(guò)單片機的P1.4將MODEM的RS端置為有效電平（低電平），使其發(fā)送允許，同時(shí)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，也單片機的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(jīng)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(jìn)行片選，接6264的片選端CE。6264的讀/寫(xiě)允許信號OE/WE分別與89C51單片機的讀/寫(xiě)允許信號RD/WR相連。P0為分時(shí)復用雙向數據總線(xiàn)，將數據相應地送和264的數據端D0～D7.6264的編址空間為8K,自0000H～1FFFH。

單片機的時(shí)鐘為7.3728MHz，ALE作為8251的時(shí)鐘信號。但由于89C51在訪(fǎng)問(wèn)片外數據存儲器期間，ALE脈沖會(huì )跳空一個(gè)，所以將ALE與WR、RD組合，以補允空跳的時(shí)鐘脈沖。組合后產(chǎn)生1.228MHz的脈沖信號，該信號與8251的CLK相連，同時(shí)64分頻后作為8251的接收與發(fā)送時(shí)鐘。64分頻采用兩片74LS160（接成8進(jìn)制計數方式）級聯(lián)。

外部中斷INT0作為電臺發(fā)送數據時(shí)的中斷請求信號。圖4中，外部中斷請求信號通過(guò)D觸發(fā)器加到單片機INT0引腳上。當外部中斷信號使D觸發(fā)器的CLK端發(fā)生正躒變時(shí)，由于D端接地，Q端輸出0，向單片機發(fā)出中斷請求。CPU響應中斷后，利用口線(xiàn)P1.5作應答線(xiàn)。在中斷服務(wù)程序中用兩條指令來(lái)撤銷(xiāo)中斷請求。

ANL P1，#0DEH

ORL P1，#20H

第一條指令使P1.5為0，而P1口其他各位的狀態(tài)不變。由于P1.5與置1端S相連，故D觸發(fā)器Q=1，撤銷(xiāo)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(chǎn)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(fā)送數據前，先讀取狀態(tài)字，查詢(xún)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(fā)送數據。否則，再次查詢(xún)直至為1。

3 通信卡的軟件設計

3.1 通信協(xié)議

（1）通信卡中89C51單片機串行口工作于多機通信狀態(tài)（即SM2=1）。每個(gè)卡都有一個(gè)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+1位停止位。其中的數據/地址識別為0時(shí)，說(shuō)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(fā)方選送接收方地址號，接收方判斷是本機地址后，使SM2清0以接收隨后發(fā)來(lái)的所有信息。否則，如判斷非本機地址，則仍保持SM2=1狀態(tài)返回。

（3）89C51單片機平常處于檢測SQL的查詢(xún)工作狀態(tài)，通過(guò)檢測SQL信號，由軟件信號任務(wù)時(shí)鐘只有一個(gè)通信卡在發(fā)送數據，這樣不會(huì )造成通信時(shí)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）送和9C51的INT0腳，使單片機因外部中斷0而產(chǎn)生接收中斷。

（5）89C51串行口傳送的數據包采用累加校驗的方法。程序設定16個(gè)字節為一頁(yè)，每收/發(fā)一頁(yè)數據，控制其收/發(fā)一個(gè)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(shí)，應首先傳送一個(gè)8位數據包長(cháng)度信息字。

3.2 通信方案

（1）外部數據經(jīng)通信卡的發(fā)送過(guò)程：由RS-232C傳來(lái)的數據包經(jīng)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(guò)檢測SQL確認電臺頻道空閑時(shí)，將通信緩沖區的數據包由串行口送給MODEM電路，以轉換為適宜在無(wú)線(xiàn)模擬信道傳送的信號TXA，并由電臺發(fā)送出去。

（2）通信卡接收數據的過(guò)程：由電臺接收下來(lái)的RXA信號經(jīng)過(guò)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(guò)檢測狀態(tài)字查詢(xún)RS-232C口所接外部計算機為空閑狀態(tài)時(shí)，經(jīng)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(gè)工作過(guò)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(shù)設計、實(shí)現了無(wú)線(xiàn)電臺用智能數據通信卡。通過(guò)該卡，可給早期生產(chǎn)的只能作為話(huà)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(wú)線(xiàn)電臺特別是老式電臺的性?xún)r(jià)比。該卡用于某無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統中，工作效果良好。該卡還以廣泛地應用于計算機無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的組建、元程控制系統、保安系統等。