【正文】 和安全防火系統(tǒng)等 ,工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,水文氣象控制系統(tǒng) ,機(jī)器人控制系統(tǒng)、數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)等等 ,都離不開數(shù)據(jù)信息的傳輸?？梢哉f ,數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)是各種智能化控制系統(tǒng)的重要組成部分。 [1]在有線數(shù)據(jù)傳輸方式當(dāng)中 ,數(shù)據(jù)的傳輸載體是雙絞線、同軸電纜或光纖。在一些單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)中 ,數(shù)據(jù)采集裝置是安裝在環(huán)境條件惡劣的現(xiàn)場或野外。采集到的數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)绞殖纸K端 , 然后通過手持終端送到后臺機(jī) (PC 機(jī) ) 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。這樣 ,數(shù)據(jù)采集裝置與手 持終端之間的數(shù)據(jù)傳輸需解決通信問題。若采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式顯然是不合適的。相比于傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式 ,無線數(shù)據(jù)傳輸方式可以不考慮傳輸線纜的安裝問題 ,從而節(jié)省大量電線電纜 ,并且降低施工難度和系統(tǒng)成本 ,是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題。無線數(shù)據(jù)傳輸因其傳輸距離遠(yuǎn)和受障礙影響小而得到廣泛應(yīng)用，隨著各種專用無線數(shù)據(jù)傳輸集成電路和無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射和接收專用集成電路的不斷涌現(xiàn)，使許多復(fù)雜的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得愈來愈簡單，而且工作穩(wěn)定性可靠。本文介紹利用單片機(jī)以及發(fā)射 /接收模塊電路實(shí)現(xiàn)的一種無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 。給出了無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的工作原理、硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案。 第 2 頁（共 23 頁） 1 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)技術(shù)背景 AT89S51 單片機(jī)簡介 AT89S51 是 一 個(gè) 低 功 耗 ， 高 性 能 CMOS 8 位 單 片 機(jī) ， 片 內(nèi) 含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器 [2]，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，其 DIP 封裝的引腳圖如圖 1 所示，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 圖 1 AT89S51 芯片 DIP 封裝引腳 此外， AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89S51 主要功能特點(diǎn) 為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 第 3 頁（共 23 頁） 內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B 外部程序存儲器可擴(kuò)充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制 5 個(gè)中斷向量源 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 1 個(gè)全多工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 1看門狗（ WDT）電路 單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸原理 單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸原理概述 無線數(shù)據(jù)傳輸有發(fā)送和接收兩個(gè)組成部分。 [3]發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號 ,通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的發(fā)射模塊發(fā)射信號。無線數(shù)據(jù)傳輸接收端普遍采用價(jià)格便宜 ,性能可靠的一體化無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊、接收無線數(shù)據(jù)傳輸信號 ,它同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、整形 ,得到 TTL 電平的編碼信號 ,再送給單片機(jī) ,經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行 ,去控制相關(guān)對象 ,其原理如圖 2 所示。 圖 2 無線數(shù)據(jù)傳輸原理 無線數(shù)據(jù)傳輸常用編碼方式 第一種 :FSK 式（移頻鍵控方式 Frequency Shift Keying） , 又稱數(shù)字調(diào)頻。圖 1 第 4 頁（共 23 頁） [4]如果用改變載波頻率的方法來傳送二進(jìn)制符號，就是移頻鍵控（ FSK）的方法。這時(shí)其頻譜可以看成碼列對低頻載波的開關(guān)鍵控加上碼列的反碼對高頻載波的開關(guān)鍵控。移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進(jìn)制數(shù)的“ 0”和“ 1”。用 2 個(gè)頻率傳輸 1“位”二進(jìn)制 ,這是最安全的方法 ,缺點(diǎn)是成本高、功耗大。所以 ,在電器的遙控器中極少應(yīng)用。圖 3 是表示用 2 個(gè)頻率對“二進(jìn)制位”的“ 0”和“ 1”進(jìn)行 編碼的示意圖。在 FSK 方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值。在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。 圖 3 FSK 編碼方式 第二種 :曼徹斯特編碼方式 又稱雙相調(diào)制編碼方式 ,常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示 1，從低到高跳變表示 0。 ,在長虹、創(chuàng)維等彩電的控制器中 ,就采用了這種雙相調(diào)制方式。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開始時(shí)有無跳變表示 0或 1，有跳變?yōu)?0，無跳變?yōu)?1。兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ剑课痪幋a中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能 無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射部分 ,一般由一個(gè)能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器和一個(gè)產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成。用來產(chǎn)生載頻振蕩的電路一般有多諧振蕩器、互補(bǔ)振蕩器和石英晶體振蕩器等由低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波 ,一般為寬度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路寬度不同的方波 ,或是頻率不同的方法去調(diào)制高頻載波 ,組成一組組的已調(diào)制波 ,作為控制信號 向空中發(fā)射。但每一個(gè)碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的 1/2。曼徹斯特編碼“二進(jìn)制位”的表示方法如圖 4 所示。 第 5 頁（共 23 頁） 圖 4 曼徹斯特編碼方式 第三種 :脈寬調(diào)制編碼方式 ,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。這種編碼方式根據(jù)脈沖上升沿之間的距離決定“二進(jìn)制位”是“ 0”還是“ 1” ,兩脈沖上升沿之間距離短為“ 0” ,距離長為“ 1”。如圖 5 所示 ,脈寬編碼用在載波或脈沖調(diào)制方式中 .家用錄像機(jī) ,VCD,DVD 的遙控器多采用脈 寬編碼方式。 圖 5 脈寬調(diào)制編碼方式 無線數(shù)據(jù)傳輸解碼 無線數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼 硬件解碼可分為專用解碼集成電路和自行設(shè)計(jì)的解碼電路兩種。專用解碼芯片一般與專用編碼芯片配對設(shè)計(jì)制造。 [5]按其編碼與解碼功能可分為以下三類 : (1) 控制數(shù)據(jù)的地址加密編碼與解碼器 : 這類電路的特點(diǎn)是在地址加密編碼的同時(shí)還可以進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的編解碼。其編碼容量大 ,保密性好。適用于安防、工業(yè)控制等對可靠性要求較高的場合。 (2) 地址加密編碼與解碼器 : 這一類電路無控制數(shù)據(jù)編碼僅有加密地址編解碼功能。適用于可靠性 要求較高 ,但只進(jìn)行簡單的開關(guān)或增減控制的場合。 (3) 控制數(shù)據(jù)編碼與解碼器 : 這類電路無加密地址編碼僅有控制數(shù)據(jù)的編解碼。適用于群控或者應(yīng)用環(huán)境本身就保證了其他信號發(fā)射源不會同時(shí)出現(xiàn)的場合 ,如在一個(gè)密閉的設(shè)備內(nèi)部。使用專用的硬件編碼解碼對芯片 ,簡便可靠 ,使用廣泛 ,不再多述。 一般來說硬件解碼相對軟件解碼成本較高 ,并且當(dāng)系統(tǒng)因更改或升級改變了編碼方式時(shí) , 接收的硬件就要做相應(yīng)的更改 ,缺乏一定的靈活性。當(dāng) MCU 的任務(wù)不是很繁重時(shí) ,可以考慮使用軟件解碼。對于頻率調(diào)制方式 , 只要測出每次脈沖的周期就可以解碼出 對應(yīng)的二進(jìn)制信息。方法有很多種 ,中斷、查詢都可以實(shí)現(xiàn) ,具體方法因?qū)嶋H情況而定。對于脈寬調(diào)制 (PWM),只要識別出每個(gè)脈沖的高(或低 )電平寬度即可完成解碼。對于 2 脈位調(diào)制 (2PPM),需要判斷出每個(gè)周期內(nèi)高低電平出現(xiàn)的先后次序 ,從而實(shí)現(xiàn)解碼。單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸軟件解碼要保證第 6 頁（共 23 頁） 正確無誤地還原無線數(shù)據(jù)傳輸信息碼 ,其主要功能包括以下幾部分 : (1)過濾附加信息 ,得到有效信息位。 (2)排除系統(tǒng)內(nèi)外各種干擾信號。 (3)丟棄接收到的不完整信息幀。 (4)檢驗(yàn)接收信息的正確性。 為了能夠達(dá)到上述要求，解碼方式采用無線 數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼由接收單片機(jī)來完成 ,它把無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊送來的無線數(shù)據(jù)傳輸編碼波形通過解碼 ,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到起始幀后 ,進(jìn)入解碼部分 ,接收完一幀后 ,處理收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一次接收。解碼采用軟件解碼 , 如果從一個(gè)脈沖的高電平和一個(gè)脈沖的低電平過后 , 若讀到的電平為低 , 說明該位為“ 0” , 反之即可判定為編碼“ 1”。解碼一位后 ,需等到下一位的高電平到來 ,再讀到一個(gè)低電平后，判斷讀得的電平是高還是低 ,進(jìn)行解碼。按照這種方法判斷八次，從而還原出發(fā)送端發(fā)送的信號。這樣 ,根據(jù)事先約定代碼所代表的功能 ，單片機(jī)就可以去執(zhí)行各種控制動作 ,從而達(dá)到無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹? 無線數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制和解調(diào) 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào) 為了使數(shù)據(jù)傳送的距離較長，在發(fā)射信號前要對信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的方法是將原信號與一個(gè)載波相與。射頻接收模塊接收發(fā)射的已調(diào)制信號，并對信號進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)原來的調(diào)制信號。解調(diào)過的信號經(jīng)過放大后送入單片機(jī)中進(jìn)行解碼。 [6]對移動通信的數(shù)字調(diào)制和解調(diào)器技術(shù)的要求如下： （ 1）在信道衰落條件下，誤碼率要盡可能低； （ 2）發(fā)射頻譜窄，對相鄰信