MCS-51單片機與無線調(diào)制器的綜合應用

　　GPS是目前技術上最成熟且已實用的一種定位系統(tǒng)，但是在GPS定位系統(tǒng)中，由于其是一個單向?qū)Ш较到y(tǒng)，他是把星歷數(shù)據(jù)等傳給地面接收機，可在許多具體應用時，例如在車輛調(diào)度系統(tǒng)中，一般都需要把利用GPS測得的信息數(shù)據(jù)傳到調(diào)度中心，由于其系統(tǒng)由一個基準站和多個用戶臺組成，基準站與用戶臺之間的聯(lián)系，即由基準站計算出的各種校正值發(fā)送到用戶臺，上邊這一切都需要用到數(shù)據(jù)鏈來完成數(shù)據(jù)的傳輸。其中，數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制解調(diào)器足一個關鍵部分，調(diào)制解調(diào)器(Modem)是將數(shù)據(jù)進行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺發(fā)射出去，用戶臺將其接收下來，并將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入GPS接收機進行改正。本文介紹了單片機控制Modem的原理和方法。

　　1 系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)主要由單片機和調(diào)制解調(diào)器組成，單片機選用P89C58，其作為控制電路的主要部分，對K224芯片進行控制，并完成各個芯片的初始化工作，同時還有對數(shù)據(jù)進行交織糾錯編碼的功能。單片機與K224接口的連接如圖1所示。

　　整個系統(tǒng)分為兩個部分，一部分為主呼結(jié)構，另一部分為應答結(jié)構。圖1只給出了主呼部分。工作時，先上電復位，由P89C58對K224進行初始化設置，并對其自身的串行口進行初始化。

　　整個系統(tǒng)的工作過程為：從GPS接收機接收下來數(shù)據(jù)后，經(jīng)過RS 232接口電路(即由MAX232構成的電平轉(zhuǎn)換電路)，變?yōu)門TL電平，送至P89C58的RXD端，P89C58對數(shù)據(jù)進行分組編碼、交錯編碼后，送到P89C58的TXD端輸出，此輸出信號送到K224的TXD，經(jīng)過調(diào)制后從K224的TXA端輸出調(diào)制信號。當接收機從RXA處接收到調(diào)制信號后，經(jīng)過K224處理，解調(diào)后由K224通過RXD端口送至P89C58的RXD接收端，由P89C58對數(shù)據(jù)進行反交織、解碼處理，此后，數(shù)據(jù)從單片機的TXD端口處送出去，再一次經(jīng)過ICL232的電平轉(zhuǎn)換，以RS232電平送至計算機進行計算分析。

　　2 單片機的初始設置

　　在本系統(tǒng)中，由于要用到P89C58對各個芯片進行初始化設置，并且還要利用其完成數(shù)據(jù)的交織糾錯功能，這就需要用到單片機的特殊功能寄存器進行設置，同時需要利用單片機內(nèi)部RAM的可位尋址區(qū)來完成交織編碼的功能。對于MCS-51系列的單片機來說，其特殊功能寄存器中對串行口進行控制的有SCON和PCON。PCON是電源控制寄存器，其中D7位SMOD為串行口波特率系數(shù)控制位，如SMOD=1，則波特率加倍。特殊功能寄存器SCON字節(jié)地址為98H，且可位尋址。SCON用來設定串行口的工作方式、接收發(fā)送控制以及設置狀態(tài)標志。

　　在串行口的4種工作方式中，主要用于擴展并行輸入輸出口?？紤]到上述參數(shù)，我們設置單片機工作于串行方式1，即一幀數(shù)據(jù)格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、無奇偶校驗。由于單片機串行口4種工作方式中，并無2個停止位的數(shù)據(jù)格式，我們沒必要為了湊齊2個停止位而刻意采用方式3，用9位數(shù)據(jù)格式中的一位來代替停止位。另外，如節(jié)省下這1個停止位，由于GPS導航儀輸出的數(shù)據(jù)格式為2個停止位，而單片機工作于方式1，當其接收到1個停止位時，就認為一幀數(shù)據(jù)已接收完畢，從而就有了1個停止位的時間進行別的處理。對于波特率為2 400 b/s的數(shù)據(jù)來說，碼元寬度為1/2 400=0.42 ms，對于波特率為1 200 b/s的數(shù)據(jù)，碼元寬度為1/1 200=0.83 ms。在本系統(tǒng)中，由于采用的是11.059 2 MHz晶振，其機器周期近似為1μs。比較后可以看出，節(jié)省下來的時間有一定的利用價值，從而有更多的時間去進行交織糾錯的編碼處理。由于系統(tǒng)工作時接收數(shù)據(jù)采用的是查詢方式，也即上電復位后，即不停地循環(huán)檢測有無數(shù)據(jù)輸入，直到檢測到有數(shù)據(jù)輸人為止。這樣，如有更多的時間進行數(shù)據(jù)處理，則不會因為處理數(shù)據(jù)而導致有些數(shù)據(jù)漏檢從而丟失了數(shù)據(jù)。

　　本系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)的波特率設定為1 200 b/s，2 400 b/s，采用定時器T1作為波特率發(fā)生器，T1工作于自動裝載方式的工作方式2，TL1作計數(shù)用，自動重裝的值放在TH1中時，溢出率可由下式確定：

　　溢出率=計數(shù)速率/[256-(TH1)]

　　其波特率由下式確定：

　　波特率=(定時/計數(shù)器1溢出率)/(32/2SMOD)

　　其中SMOD為特殊功能寄存器PCON中的第8位特殊位。

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　　3 交織糾錯編碼的設計

　　糾錯編碼是提高數(shù)字傳輸可靠性的一種技術，是正確傳輸差分GPS改正信號的重要手段。數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于傳輸信道內(nèi)部噪聲及其造成的符號間干擾，以及傳輸外界環(huán)境的干擾，常常有突發(fā)性的錯誤發(fā)生。為了提高抗干擾能力，我們采用交織糾錯編碼來將一連串錯誤分散到多個碼字中去，然后再采用能夠糾正較少錯誤的碼字進行編碼，這樣就可能糾正有較長錯誤的碼字。例如，給定一個(n，k)線性分組碼，我們利用交織可以把長為bλ的單個突發(fā)錯誤分散到λ個(n，k)碼字中去，從而使每個(n，k)碼字中只有長度為b的突發(fā)錯誤，這就提高了系統(tǒng)抗干擾的能力，提高了系統(tǒng)的糾錯能力。

　　MCS-51單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器一般為256 B，分為128 B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和128 B的特殊功能寄存器。對于P89C58來說，其可尋址的數(shù)據(jù)存儲空問可擴展至上邊的128 B。在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中，20H～2FH(16個單元)作為一般工作單元，既可以由CPU按字節(jié)尋址，也可以按位直接尋址，進行位操作。我們正是利用了其中的20H～27H來構成交錯編碼空間。

　　通過8