基于三態(tài)編解碼芯片實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信裝置的設(shè)計(jì)

1 引言

在遙測(cè)、遙控等領(lǐng)域中，往往使用微機(jī)與單片機(jī)組成多機(jī)通信系統(tǒng)來(lái)完成測(cè)控任務(wù)。其中，常用的方法是使用微機(jī)的RS-232C串行接口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。由于受環(huán)境的影響以及RS-232C串行接口電氣性能的限制，加上連接線長(zhǎng)、接線麻煩等缺點(diǎn)，其通信的空間范圍總是受到限制，并使人們感到不便。因此，人們想到了無(wú)線傳輸。常用的無(wú)線傳輸方式有無(wú)線短波傳輸和紅外線傳輸，但這兩種方式都有一定的局限性，如短波方式易受外界電磁場(chǎng)的干擾，線外線傳輸方式不能隔墻傳輸?shù)鹊?，本文將介紹采用最新的無(wú)線長(zhǎng)波收發(fā)模塊T630/T631，以及最新三態(tài)編解碼芯片MC145026/MC145027來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信裝置的方法。該裝置具有抗干擾性能好、穿透性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。由于串行接口傳輸速度慢，信號(hào)處理電路復(fù)雜，外接模塊困難。因此，本裝置選用并行接口通信，從而使得電路簡(jiǎn)單易做、可靠性高。

2 系統(tǒng)組成

如圖1所示，本裝置主要由數(shù)據(jù)編解碼和發(fā)射接收兩大模塊組成。其中，數(shù)據(jù)編解碼模塊用來(lái)完成數(shù)據(jù)信息的輸入輸出、地址編碼、地址識(shí)別以及數(shù)據(jù)并/串轉(zhuǎn)換等任務(wù)；發(fā)射接收模塊是用來(lái)完成串行數(shù)據(jù)的調(diào)制發(fā)射及接收解調(diào)等任務(wù)。

2.1 編解碼模塊

編解碼模塊由三態(tài)編解芯片MC145026和MC145027組成，此組芯片是摩托羅拉公司生產(chǎn)的用于通信配對(duì)使用的最新芯片。編碼芯片MC145026可對(duì)9位輸入信息（地址位A1～A5，數(shù)據(jù)位D6～D9）進(jìn)行編碼，編碼后每個(gè)數(shù)據(jù)位用兩個(gè)脈沖表示：“1”編碼為兩個(gè)寬脈沖；“0”編碼為兩個(gè)窄脈沖；“開路”編碼為一寬脈沖和一窄脈沖交叉。當(dāng)TE端輸入脈沖上升沿時(shí)，編碼后的數(shù)據(jù)流開始由D0串行輸出。對(duì)于每9位數(shù)據(jù)信息，可以看作是一個(gè)數(shù)據(jù)字，為了提高通信的安全性，編解碼芯片對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)字發(fā)送兩次，接收兩次。

MC145027解碼器用于接收MC145026輸出的編碼數(shù)據(jù)流。當(dāng)解碼器地址與編碼器地址狀態(tài)相并連續(xù)收到兩組相同編碼信號(hào)時(shí)，VT端由低電平跳變?yōu)楦唠娖揭灾甘窘邮沼行В瑫r(shí)中斷計(jì)算機(jī)進(jìn)行接收。而當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)流地址位與本機(jī)地址設(shè)置不同，或是兩次接收的數(shù)據(jù)不同，或是在四個(gè)數(shù)據(jù)周期內(nèi)無(wú)信號(hào)時(shí)，VT端變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)可認(rèn)為無(wú)信號(hào)或認(rèn)為信號(hào)不是發(fā)送給本機(jī)的。由于對(duì)接收到的信息進(jìn)行地址識(shí)別是由MC145027芯片來(lái)完成的，因此，對(duì)不是發(fā)送給本機(jī)的信息通常不傳送到并行接口，所以對(duì)本機(jī)的工作也就不會(huì)造成影響。

2.2 發(fā)射接收模塊

發(fā)射接收模塊由長(zhǎng)波數(shù)字信號(hào)收發(fā)芯片T630及T631組成。此組芯片可用于發(fā)射、接收串行數(shù)據(jù)信號(hào)。長(zhǎng)小組能夠穿透建筑物、機(jī)箱、金屬設(shè)備等阻隔。其發(fā)射功率在mW級(jí)，150kHz頻段，所以不會(huì)對(duì)其它電路產(chǎn)生干擾。同時(shí)，也很難被其它電路干擾。它的供電電壓范圍為1.5～20V，可由并行接口+5V引腳供電。芯片內(nèi)部集成了包括天線在內(nèi)的各種部件，其外部電路及應(yīng)用接口也十分簡(jiǎn)單。

3 通信原理

3.1 對(duì)并行接口的利用

微型機(jī)CENTRONIC打印機(jī)的并行接口包括一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出寄存器、一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入寄存器、一個(gè)5位控制輸出寄存器和一個(gè)5位狀態(tài)輸入寄存器。對(duì)該接口數(shù)據(jù)輸出寄存器進(jìn)行寫操作可實(shí)現(xiàn)8位信息的輸出；而對(duì)接口控制寄存器的與操作則可改變輸出控制線的狀態(tài)；對(duì)接口狀態(tài)輸入寄存器的讀操作可得到外設(shè)的狀態(tài)信息。CENTRONIC并行接口與外設(shè)連接時(shí)使用8根數(shù)據(jù)線、4根控制線和5根狀態(tài)線。其數(shù)據(jù)線信號(hào)為DATA0～DATA7，控制線信號(hào)為“選通”（STROBE）、“初始化”（INIT）、“打印機(jī)輸入選擇”（SLCTIN）和“自動(dòng)進(jìn)紙”（AUTOFDXT）。其中，在SLCTIN信號(hào)為低電平時(shí)，表示使用并行接口向打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息；而當(dāng)STROBE產(chǎn)生負(fù)脈沖信號(hào)進(jìn)，表示選通打印機(jī)，這時(shí)打印機(jī)將接收數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)信號(hào)；INIT信號(hào)和AUTOFDXT信號(hào)在正常的數(shù)據(jù)傳輸過程中不被使用，其狀態(tài)總保持不變。狀態(tài)信號(hào)有：“忙”（BUSY）、“出錯(cuò)”（ERROR）、“缺紙”（PE）、“選擇”（SLCT）和“應(yīng)答”（ACK）等狀態(tài)。由此可知，CENTRONIC并行接口能完成一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出，一個(gè)4位的控制信號(hào)輸出和一個(gè)5位狀態(tài)信號(hào)的輸入。這里，將該并行接口看作一般功能的I/O連接編碼器與解碼器。

3.2 通信方法

在使用編碼器和解碼器實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的通信時(shí)，需要在PC機(jī)和單片機(jī)上分別配置編碼器和解碼器，以完成數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送和接收。由于MC145026/MC145027一次能完成4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息的發(fā)送或接收，而計(jì)算機(jī)經(jīng)常使用以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)，這樣就需要將1個(gè)字節(jié)分為高半字節(jié)和低半字節(jié)分2次發(fā)送或接收。圖2為其通信原理圖。

圖中編碼器MC145026的地址即是接收機(jī)的地址，它可經(jīng)并行接口由軟件來(lái)設(shè)置。因此，每個(gè)發(fā)送機(jī)可以有多臺(tái)（本裝置使用了4位地址位，因此可有2 4=16個(gè)）接收機(jī)與之呼應(yīng)。解碼器MC145027的地址亦是本機(jī)的地址，它由硬件元件微型開關(guān)組DIP設(shè)置。解碼器MC145027的地址決定了本機(jī)的通信地址，對(duì)于每臺(tái)微型機(jī)，它是唯一的，因此只能接收含有本機(jī)地址的信息。

在微型機(jī)與編碼器的接口連線上，可用微型機(jī)配置的打印機(jī)并行接口數(shù)據(jù)線的高4位DATA4～DATA7直接與編碼器的D6～D9數(shù)據(jù)輸入線相連，并用INIT控制線與編碼器數(shù)據(jù)發(fā)送允許腳相連。由于編碼器地址位有5位，而并行接口數(shù)據(jù)輸出寄存器是8位，因此只能利用4位地址位，本裝置中的編碼器MC145026的A0腳接高電平就是這個(gè)道理（解碼器MC145027的A0腳亦應(yīng)接高電平）。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由微型機(jī)向并行接口數(shù)據(jù)輸出寄存器的低4位寫入半個(gè)字節(jié)的地址信息，然后向高4位寫入半個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)信息，之后再寫控制輸出寄存器，以使得INIT信號(hào)為低電平，這樣就完成了4位數(shù)據(jù)的輸出。

在微型機(jī)與解碼器的接口連線上，應(yīng)使用并行接口的狀態(tài)線ACK、ERROR、PE、SLCT分別與解碼器的數(shù)據(jù)線D6～D9相連，以便由微型機(jī)通過狀態(tài)線讀取解碼器輸出的數(shù)據(jù)，并使用狀態(tài)線BUSY與解碼器的數(shù)據(jù)輸出有效引腳VT相連，這樣微型機(jī)即可通過讀取的并行接口狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)位BUSY是否為高電平，來(lái)檢查解碼器當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)是否有效，并得到由解碼器接收的數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)主要參數(shù)

本系統(tǒng)中制約波特率的模塊主要有編解碼芯片MC145026/MC145027和長(zhǎng)波收發(fā)模塊T630/T631。長(zhǎng)波收發(fā)模塊的載波頻率為150kHz，因而不是主要的制約因素。編解碼芯片MC145026/MC145027的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為6400b/s。

編解碼芯片MC145026/MC145027在配合使用時(shí)要求兩者的時(shí)鐘基本一致，但這種要求并不十分嚴(yán)格。其外電阻電容與振蕩頻率關(guān)系如表1所列。

表1 外接電阻電容與振蕩器頻率的關(guān)系

5 結(jié)論

本裝置克服了多機(jī)無(wú)線通信時(shí)相互干擾的問題，因而通信可靠性較高，可應(yīng)用于通信系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、LED大屏幕顯示系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等領(lǐng)域。在與微型機(jī)的接口方面，本裝置巧妙地利用了微型機(jī)打印機(jī)的并行接口，因此，非常簡(jiǎn)單方便且容易實(shí)現(xiàn)。

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