用單片機實現異步串行數據再生

1 引言

在現代移動通信的傳輸網絡中，普遍采用同步數字體系(SDH)光傳輸設備。很多移動通信基站的光傳輸設備提供的輔助數據通道都保留異步串行接口，如：RS232、RS422方式。異步通信接口雖然效率低、速度慢，但具有實現技術簡單，產品成本低、使用方便的優點，在計算機監控、智能化設備等方面仍有廣泛的應用。這些光傳輸設備一般在每個基站提供兩個串行口，分別通向鏈路上相鄰的兩個基站，稱為端到端方式。通過這些輔助數據信道可傳輸一些基他設備的網管信息或基站的動力環境監控信息。要想利用這種分段的輔助數據信道在鏈路上傳遞信息，必須在每個基站將兩個方向的串行口進行溝通、連接。這樣，串行數據每經過一個基站都要進行一次“同步—異步”、“異步—同步”的轉換。

異步串行數據要通過同步數字體系傳送，必然要進行碼速調整。由于異步通信的波特率(9600、4800等)一般都不是標準的通信碼速(64K、128K 等)，在碼速調整的過程中，會改變每位數據對應的電平寬度，從而造成異步數據的波形畸變。隨著經過的基站數量的增加，波形的畸變逐漸累積。對于異步接口，通常使用的是稱為起止式通信方式。在接收操作時，接口電路使用自己的時鐘(通常是波特率的16倍或64倍)對信號進行取樣，當確認收到一個起始位后，每隔 16個或64個時鐘對接收信號采樣一次，并移入移位寄位器，直到一個字符接收完畢。當數據的波形畸變累積到一定程度后，接收數據就會出現誤碼，嚴重時就會導致通信中斷。

出現這種情況后，最簡單的辦法是降低通信波特率。但降低波特率并不能消除數據的波形畸變，只是有限地延長了通信距離，代價是降低了系統數據的實時性。徹底的解決方案是在波形畸形嚴重到產生誤碼之前，對傳輸的異步串行數據進行再生。

2 硬件設計

AT89C2051是ATMAL公司生產的一種MCS-51系列單片機兼容產品，20個引腳封裝，片內集成了2K 字節的Flash Memory、128字節的RAM和一個全雙工的串行口。AT89C2051體積小、價格低廉，比很多串行口擴展芯片還便宜，片內的RAM還可以靈活地用作收發數據的緩存，很適合作為異步串行數據再生器。MAX202用于TTL-RS232電平轉換，如果使用的是RS422接口，則可將MAX202換成 MAX490完成TTL-RS422電平轉換。MAX818是AT80C2051的上電復位和WATCHDOG電路。硬件原理圖見圖1。

兩個AT89C2051的功能是將他們從RXD管腳收到的數據再按設定的波特率從TXD管腳發送出去。這樣，從COM1口來的信號被D1接收后，發送到 COM2口，從COM2口來的信號被D2接收后，發 送到COM1口。通過異步串行數據再生器的串行數據都經過了AT80C2051的轉發，經過了一次：串-并”(接收)、“并-串”(發送)的轉換。在“并-串”轉換(發送)的過程中，數據在精確的波特率時鐘的作用下從發送移位寄存器中移出，消除了接收數據中的波形畸變，從而完成了異步串行數據的再生功能。通過改變AT89C2051上P17、P16、P15三個引腳的電平可設定通信的波特率。

3 軟件設計

基于上述硬件設計，兩個AT89C2051單片機的功能是完全相同的，因此，它們的軟件也是完全相同的。在進行了變量初始化之后，根據P17、 P16、P15三個管腳的電平，設置串行口的波特率。波特率范圍是150、300、600、1200、2400、4800、9600、 19200BPS。因為單片機沒有其他任務，串行口的操作采用了簡潔的查詢方式。軟件中，需要在RAM中為接收數據設置一個FIFO緩沖區，否則在轉發過程中容易出現溢出現象導致數據丟失。程序流程圖見圖2。

AT89C2051與MCS-51指令集兼容，可通過C語言編寫，大大提高了編程效率。本設計中的軟件在Keil μ Vision2 V205集成環境中編譯、調試通過。目標代碼僅150字節左右，因此軟件功能還有擴充的余地。

以下是C語言源程序清單：

4 結語

該設計產品已在多個現場作用，性能良好。一般情況下，每隔三到四個基站增加一個異步串行數據再生器，可保證整個通信鏈路穩定工作在9600BPS狀態下。

用AT89C2051實現異步串行數據的再生，硬件成本低、工作可靠，軟件編程方便、簡潔。如果增加光耦，還可實現收發端的電氣隔離。在通信規約的支持下，通過擴充軟件功能可使AT89C2051自動適應各種通信波特率。お

參考文獻
［1］陳建鐸.Intel單片機應用技術［M］.陜西科學技術出版社，1991