无线电台用智能数据通信卡的设计与实现

    摘要：介绍了采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B、AT89C51单片机作控制实现的电台用智能数据通信卡的设计思想和实现方法。通过该卡，可方便地给以模拟方式作为话音通信的无线电台增加数据通信功能，使其性价比大大提高。

    关键词：无线电台 单片机 数据通信 调制解调器

当今信息时代，人们需要多种多样的通信手段和设备，常见的不论是有线电话还是无线电台，都为模拟信道，适合传送模块话音信号。目前，通过公用电话网进行计算机通信的技术已经成熟。而无线电台特点是老式电台，在我国使用范围很广，拥有量很大，但其功能单一，不能适应当前数据通信的要求，如何对其进行技术改造，增加数据能信功能，就显得尤为必要。为此，研究设计了无线电台用智能数据通信卡（以下简称通信卡），通过该卡，可给以模拟方式作为话通信的无线电 台增加数据通信功能，大大提高了老式电台的性价比。该卡体积小，成本低，可放置于电台内部。

1 通信卡的设计思想

从电台实际工作情况考虑，给电台增加数据通信功能后，应注意解决以下问题：

·不能影响原话音通信功能。

·数据通信卡的数据接口要采用标准接口，从电台性能、体积、抗干扰性及经济性上考虑，选用RS-232C标准接口，相应的串行速率为1200bps。

·待传送的数据送入通信卡后，应转换成适宜在无线模拟停产上传送的模拟信号，且该信号频率带宽不能超过电台频道所要求的带宽。

·为解决多用户同时通信时出现的同频干扰问题，须给电台增加禁收禁发功能。

2 通信卡的硬件框图及电路设计

根据上述思想所设计的通信卡包括硬件和软件两部分。硬件部分是该卡的基础，其框图如图1虚线框内所示。其中，PTT为电台键控信号（PTT=1 电台接收，PTT=0 电台发射），SQL为电台接收静噪信号（SQL=1 电台频道忙，SQL=0 电台频道闲），MIC为电台话音信号输入口，UΩ为电台解调出的话音信号。整个通信卡的核心为由89C51单片机以及RAM和8251组成的控制系统，这一部分主要完成数据的接收、存储、发送的控制与管理。串行接口部分由RS-232C接口和电平转换电路组成。还有一部分即MODEM电路，主要完成由通信卡到电台的数字信号（TXD）的调制发送和由电台到通信卡的模拟信号（FSK 出）的解调接收。图1中，用89C51的串行口（TXD和RXD）经MODEM与电台话音接口相连。图中之所以用8251来扩展89C51的串行口与外部计算机通信，是考虑到用8251的RXRDY（14脚“接收准备就绪”信号）与89C51外部中断（P3.2脚）相连，使89C51单片机可以及时响应8251通信中断，避免与MODEM接口的串行中断相混淆或进行中断竞争。

2.1 RS-232C串行接口设计

RS-232C串行接口及电平转换电路如图2所示。其中，MC1488、MC1489为电平转换芯片。外部计算机数据通过DB9插座输入后，需经MC1489将RS-232C电平转换为TTL电平，并在89C51的控制下，通过8251存于RAM通信缓冲区中。同样从电台接收来暂存于RAM中的数据要发给外部计算机，亦需经MC1488将TTL电平转换成RS-232C电平。

2.2 MODEM电路设计

MODEM电路采用OKI公司的FSK MODEM芯片MSM7512B设计而成，其接口输出与TTL电平兼容，且工作模式可由外部逻辑设定。本电路工作状态采用1200bps半双工模式，FSK移频频率符合标准协议ITU-T V.23[2]。在本卡中MODEM应用电路如图3所示。

由于MODEM工作于半双工状态，同一时刻AI/AO只有一端上有模拟信号输入/输出，且MODEM内置有阻抗混合电路，所以其两端通过600Ω电阻并作一端使用。AOG端接数字“0”，使模拟发送信号幅度为典型值-4dBm(0dBm=0.775Vrms)。MODEM的工作模式通过89C51单片机的P1.3逻辑进行选择。将MODEM的MOD2脚接数字“0”，MOD1脚接89C51的P1.3，当P1.3输出为“0”，MOD1、MOD1=“00”，MODEM工作于1200bps发送模式；反之，当P1.3输出为“1”时，MODEM工作于1200bps接收模式。

MODEM将接收到的FSK模拟信号转换为数字信号（RXD）后，输出到89C51串口。一旦89C51串口收到一帧数据，就会立即引发串口中断，从而输入串口中断服务程序进行数据的接收，并将收到的数据暂存于通信缓冲区。同样，由单片机89C51转过来的数据（TXD），要经MODEM发送给电台，可通过单片机的P1.4将MODEM的RS端置为有效电平（低电平），使其发送允许，同时将P1.3置“0”，使其正常工作。

2.3 通信卡控制系统的设计

通信卡控制系统电路如图4所示。89C51单片机除完成数据传送控制外，还负责完成电台SQL（静噪信号，也单片机的P1.2相连）信号的检测和电台PTT键控制（由P1.1完成）。

单片机的P0口经地址锁存器74LS373锁存输出为6264的低8位地址，由P.0～P2.4提供6264的高5位地址，借P2.5引脚进行片选，接6264的片选端CE。6264的读/写允许信号OE/WE分别与89C51单片机的读/写允许信号RD/WR相连。P0为分时复用双向数据总线，将数据相应地送和264的数据端D0～D7.6264的编址空间为8K,自0000H～1FFFH。

单片机的时钟为7.3728MHz，ALE作为8251的时钟信号。但由于89C51在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，所以将ALE与WR、RD组合，以补允空跳的时钟脉冲。组合后产生1.228MHz的脉冲信号，该信号与8251的CLK相连，同时64分频后作为8251的接收与发送时钟。64分频采用两片74LS160（接成8进制计数方式）级联。

外部中断INT0作为电台发送数据时的中断请求信号。图4中，外部中断请求信号通过D触发器加到单片机INT0引脚上。当外部中断信号使D触发器的CLK端发生正跞变时，由于D端接地，Q端输出0，向单片机发出中断请求。CPU响应中断后，利用口线P1.5作应答线。在中断服务程序中用两条指令来撤销中断请求。

ANL P1，#0DEH

ORL P1，#20H

第一条指令使P1.5为0，而P1口其他各位的状态不变。由于P1.5与置1端S相连，故D触发器Q=1，撤销了中断请求信号。第二条指令将P1.5变成1，从而S=1，使以后产生的新外部中断请求信号又能向单片机申请中断。

DTR、DSR用于检测外部计算机是否空闲。在程序中，将操作命令字的第1位置1，使得DTR有效。在发送数据前，先读取状态字，查询其最高位是否为1，若为1则表示数据装置准备好，8251可以发送数据。否则，再次查询直至为1。

3 通信卡的软件设计

3.1 通信协议

（1）通信卡中89C51单片机串行口工作于多机通信状态（即SM2=1）。每个卡都有一个唯一的地址编号，范围为00H～FEH。

（2）通信卡单片机串行口数据的帧格式为：8位数据+1位数据/地址识别位+1位起始+1位停止位。其中的数据/地址识别为0时，说明传送的一帧为数据，否则为地址。串行通信波特率为1200bps。传送数据前，发方选送接收方地址号，接收方判断是本机地址后，使SM2清0以接收随后发来的所有信息。否则，如判断非本机地址，则仍保持SM2=1状态返回。

（3）89C51单片机平常处于检测SQL的查询工作状态，通过检测SQL信号，由软件信号任务时钟只有一个通信卡在发送数据，这样不会造成通信时的频道竞争，也避免了同频干扰。

（4）单片机串行口工作方式设置为方式3。另外，外部计算机数据送入8251后，中断信号（8251的RXRDY）送和9C51的INT0脚，使单片机因外部中断0而产生接收中断。

（5）89C51串行口传送的数据包采用累加校验的方法。程序设定16个字节为一页，每收/发一页数据，控制其收/发一个累加和。

（6）通信卡中的8251与外部计算机间异步通信的数据格式为：8位数据+1位停止位+1位偶校验位。波特率为1200bps。且在传送数据时，应首先传送一个8位数据包长度信息字。

3.2 通信方案

（1）外部数据经通信卡的发送过程：由RS-232C传来的数据包经8251芯片完成串/并转换后，暂存于以6264为RAM的通信缓冲区中，通过检测SQL确认电台频道空闲时，将通信缓冲区的数据包由串行口送给MODEM电路，以转换为适宜在无线模拟信道传送的信号TXA，并由电台发送出去。

（2）通信卡接收数据的过程：由电台接收下来的RXA信号经过MODEM电路转换为数字信号RXD，并由单片机存于通信缓冲区中。89C51单片机通过检测状态字查询RS-232C口所接外部计算机为空闲状态时，经8251将数据包送给外部计算机。

3.3 通信卡的软件流程图。

通信卡的整个工作过程由软件控制完成，流程图如图5、图6和图7所示。