無線電臺用智能數(shù)據(jù)通信卡的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：介紹了采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B、AT89C51單片機(jī)作控制實現(xiàn)的電臺用智能數(shù)據(jù)通信卡的設(shè)計思想和實現(xiàn)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(shù)據(jù)通信功能，使其性價比大大提高。

關(guān)鍵詞：無線電臺 單片機(jī) 數(shù)據(jù)通信 調(diào)制解調(diào)器

當(dāng)今信息時代，人們需要多種多樣的通信手段和設(shè)備，常見的不論是有線電話還是無線電臺，都為模擬信道，適合傳送模塊話音信號。目前，通過公用電話網(wǎng)進(jìn)行計算機(jī)通信的技術(shù)已經(jīng)成熟。而無線電臺特點是老式電臺，在我國使用范圍很廣，擁有量很大，但其功能單一，不能適應(yīng)當(dāng)前數(shù)據(jù)通信的要求，如何對其進(jìn)行技術(shù)改造，增加數(shù)據(jù)能信功能，就顯得尤為必要。為此，研究設(shè)計了無線電臺用智能數(shù)據(jù)通信卡（以下簡稱通信卡），通過該卡，可給以模擬方式作為話通信的無線電 臺增加數(shù)據(jù)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(nèi)部。

1 通信卡的設(shè)計思想

從電臺實際工作情況考慮，給電臺增加數(shù)據(jù)通信功能后，應(yīng)注意解決以下問題：

·不能影響原話音通信功能。

·數(shù)據(jù)通信卡的數(shù)據(jù)接口要采用標(biāo)準(zhǔn)接口，從電臺性能、體積、抗干擾性及經(jīng)濟(jì)性上考慮，選用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，相應(yīng)的串行速率為1200bps。

·待傳送的數(shù)據(jù)送入通信卡后，應(yīng)轉(zhuǎn)換成適宜在無線模擬停產(chǎn)上傳送的模擬信號，且該信號頻率帶寬不能超過電臺頻道所要求的帶寬。

·為解決多用戶同時通信時出現(xiàn)的同頻干擾問題，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(shè)計

根據(jù)上述思想所設(shè)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(chǔ)，其框圖如圖1虛線框內(nèi)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為電臺話音信號輸入口，UΩ為電臺解調(diào)出的話音信號。整個通信卡的核心為由89C51單片機(jī)以及RAM和8251組成的控制系統(tǒng)，這一部分主要完成數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(shù)字信號（TXD）的調(diào)制發(fā)送和由電臺到通信卡的模擬信號（FSK 出）的解調(diào)接收。圖1中，用89C51的串行口（TXD和RXD）經(jīng)MODEM與電臺話音接口相連。圖中之所以用8251來擴(kuò)展89C51的串行口與外部計算機(jī)通信，是考慮到用8251的RXRDY（14腳“接收準(zhǔn)備就緒”信號）與89C51外部中斷（P3.2腳）相連，使89C51單片機(jī)可以及時響應(yīng)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(shè)計

RS-232C串行接口及電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。其中，MC1488、MC1489為電平轉(zhuǎn)換芯片。外部計算機(jī)數(shù)據(jù)通過DB9插座輸入后，需經(jīng)MC1489將RS-232C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，并在89C51的控制下，通過8251存于RAM通信緩沖區(qū)中。同樣從電臺接收來暫存于RAM中的數(shù)據(jù)要發(fā)給外部計算機(jī)，亦需經(jīng)MC1488將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232C電平。

2.2 MODEM電路設(shè)計

MODEM電路采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B設(shè)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(shè)定。本電路工作狀態(tài)采用1200bps半雙工模式，F(xiàn)SK移頻頻率符合標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議ITU-T V.23[2]。在本卡中MODEM應(yīng)用電路如圖3所示。

由于MODEM工作于半雙工狀態(tài)，同一時刻AI/AO只有一端上有模擬信號輸入/輸出，且MODEM內(nèi)置有阻抗混合電路，所以其兩端通過600Ω電阻并作一端使用。AOG端接數(shù)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89C51單片機(jī)的P1.3邏輯進(jìn)行選擇。將MODEM的MOD2腳接數(shù)字“0”，MOD1腳接89C51的P1.3，當(dāng)P1.3輸出為“0”，MOD1、MOD1=“00”，MODEM工作于1200bps發(fā)送模式；反之，當(dāng)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號（RXD）后，輸出到89C51串口。一旦89C51串口收到一幀數(shù)據(jù)，就會立即引發(fā)串口中斷，從而輸入串口中斷服務(wù)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并將收到的數(shù)據(jù)暫存于通信緩沖區(qū)。同樣，由單片機(jī)89C51轉(zhuǎn)過來的數(shù)據(jù)（TXD），要經(jīng)MODEM發(fā)送給電臺，可通過單片機(jī)的P1.4將MODEM的RS端置為有效電平（低電平），使其發(fā)送允許，同時將P1.3置“0”，使其正常工作。

2.3 通信卡控制系統(tǒng)的設(shè)計

通信卡控制系統(tǒng)電路如圖4所示。89C51單片機(jī)除完成數(shù)據(jù)傳送控制外，還負(fù)責(zé)完成電臺SQL（靜噪信號，也單片機(jī)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(jī)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/寫允許信號OE/WE分別與89C51單片機(jī)的讀/寫允許信號RD/WR相連。P0為分時復(fù)用雙向數(shù)據(jù)總線，將數(shù)據(jù)相應(yīng)地送和264的數(shù)據(jù)端D0～D7.6264的編址空間為8K,自0000H～1FFFH。

單片機(jī)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(shù)據(jù)存儲器期間，ALE脈沖會跳空一個，所以將ALE與WR、RD組合，以補(bǔ)允空跳的時鐘脈沖。組合后產(chǎn)生1.228MHz的脈沖信號，該信號與8251的CLK相連，同時64分頻后作為8251的接收與發(fā)送時鐘。64分頻采用兩片74LS160（接成8進(jìn)制計數(shù)方式）級聯(lián)。

外部中斷INT0作為電臺發(fā)送數(shù)據(jù)時的中斷請求信號。圖4中，外部中斷請求信號通過D觸發(fā)器加到單片機(jī)INT0引腳上。當(dāng)外部中斷信號使D觸發(fā)器的CLK端發(fā)生正躒變時，由于D端接地，Q端輸出0，向單片機(jī)發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，利用口線P1.5作應(yīng)答線。在中斷服務(wù)程序中用兩條指令來撤銷中斷請求。

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(jī)申請中斷。

DTR、DSR用于檢測外部計算機(jī)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(shù)據(jù)前，先讀取狀態(tài)字，查詢其最高位是否為1，若為1則表示數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好，8251可以發(fā)送數(shù)據(jù)。否則，再次查詢直至為1。

3 通信卡的軟件設(shè)計

3.1 通信協(xié)議

（1）通信卡中89C51單片機(jī)串行口工作于多機(jī)通信狀態(tài)（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(jī)串行口數(shù)據(jù)的幀格式為：8位數(shù)據(jù)+1位數(shù)據(jù)/地址識別位+1位起始+1位停止位。其中的數(shù)據(jù)/地址識別為0時，說明傳送的一幀為數(shù)據(jù)，否則為地址。串行通信波特率為1200bps。傳送數(shù)據(jù)前，發(fā)方選送接收方地址號，接收方判斷是本機(jī)地址后，使SM2清0以接收隨后發(fā)來的所有信息。否則，如判斷非本機(jī)地址，則仍保持SM2=1狀態(tài)返回。

（3）89C51單片機(jī)平常處于檢測SQL的查詢工作狀態(tài)，通過檢測SQL信號，由軟件信號任務(wù)時鐘只有一個通信卡在發(fā)送數(shù)據(jù)，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(jī)串行口工作方式設(shè)置為方式3。另外，外部計算機(jī)數(shù)據(jù)送入8251后，中斷信號（8251的RXRDY）送和9C51的INT0腳，使單片機(jī)因外部中斷0而產(chǎn)生接收中斷。

（5）89C51串行口傳送的數(shù)據(jù)包采用累加校驗的方法。程序設(shè)定16個字節(jié)為一頁，每收/發(fā)一頁數(shù)據(jù)，控制其收/發(fā)一個累加和。

（6）通信卡中的8251與外部計算機(jī)間異步通信的數(shù)據(jù)格式為：8位數(shù)據(jù)+1位停止位+1位偶校驗位。波特率為1200bps。且在傳送數(shù)據(jù)時，應(yīng)首先傳送一個8位數(shù)據(jù)包長度信息字。

3.2 通信方案

（1）外部數(shù)據(jù)經(jīng)通信卡的發(fā)送過程：由RS-232C傳來的數(shù)據(jù)包經(jīng)8251芯片完成串/并轉(zhuǎn)換后，暫存于以6264為RAM的通信緩沖區(qū)中，通過檢測SQL確認(rèn)電臺頻道空閑時，將通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包由串行口送給MODEM電路，以轉(zhuǎn)換為適宜在無線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(shù)據(jù)的過程：由電臺接收下來的RXA信號經(jīng)過MODEM電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號RXD，并由單片機(jī)存于通信緩沖區(qū)中。89C51單片機(jī)通過檢測狀態(tài)字查詢RS-232C口所接外部計算機(jī)為空閑狀態(tài)時，經(jīng)8251將數(shù)據(jù)包送給外部計算機(jī)。

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(jī)和通信等技術(shù)設(shè)計、實現(xiàn)了無線電臺用智能數(shù)據(jù)通信卡。通過該卡，可給早期生產(chǎn)的只能作為話音通信的老式電臺增加計算機(jī)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，工作效果良好。該卡還以廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)無線通信網(wǎng)的組建、元程控制系統(tǒng)、保安系統(tǒng)等。