1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)主要由單片機和調制解調器組成，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，同時還有對數據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，一部分為主呼結構，另一部分為應答結構。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接收機接收下來數據后，經過RS 232接口電路(即由MAX232構成的電平轉換電路)，變?yōu)門TL電平，送至P89C58的RXD端，P89C58對數據進行分組編碼、交錯編碼后，送到P89C58的TXD端輸出，此輸出信號送到K224的TXD，經過調制后從K224的TXA端輸出調制信號。當接收機從RXA處接收到調制信號后，經過K224處理，解調后由K224通過RXD端口送至P89C58的RXD接收端，由P89C58對數據進行反交織、解碼處理，此后，數據從單片機的TXD端口處送出去，再一次經過ICL232的電平轉換，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據的交織糾錯功能，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，我們設置單片機工作于串行方式1，即一幀數據格式為：1個起始位、8個數據位、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個停止位的數據格式，我們沒必要為了湊齊2個停止位而刻意采用方式3，用9位數據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導航儀輸出的數據格式為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，就認為一幀數據已接收完畢，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的數據來說，碼元寬度為1／2 400=0.42 ms，對于波特率為1 200 b／s的數據，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)工作時接收數據采用的是查詢方式，也即上電復位后，即不停地循環(huán)檢測有無數據輸入，直到檢測到有數據輸人為止。這樣，如有更多的時間進行數據處理，則不會因為處理數據而導致有些數據漏檢從而丟失了數據。
本系統(tǒng)中接收數據的波特率設定為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=計數速率／[256-(TH1)]
其波特率由下式確定：
波特率=(定時／計數器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。
3 交織糾錯編碼的設計
糾錯編碼是提高數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。數據在傳輸過程中，由于傳輸信道內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單片機內部數據存儲器一般為256 B，分為128 B的內部數據存儲器和128 B的特殊功能寄存器。對于P89C58來說，其可尋址的數據存儲空問可擴展至上邊的128 B。在內部數據存儲器中，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8×8個矩型數據單元，循環(huán)按行(列)放置數據，然后再循環(huán)按列(行)讀出數據，從而達到數據行進列出，或者列進行出，這樣完成交錯糾錯編碼。在這一過程中，需要注意時間的配合問題，數據的處理時問和數據的發(fā)送時間要協調一致，否者會導致數據不能正常接收。
4 調制解調器的設計
K224內部共有8個8 b的寄存器，對K224的操作是通過對這8個寄存器進行初始設置，確定工作狀態(tài)來完成的。
2片Modem分別設置為工作于主呼和應答方式、禁止INT(中斷)、經擾碼器、禁止防衛(wèi)音、關應答音發(fā)生器、關DTMF，同時接收發(fā)送采用同一判決平面，打開自適應均衡器。
在Modem正常傳送數據之前，2個Modem以及Modem與DTE之間，為了確定雙方的速率等問題，需要進行必要的連絡，這就是所謂的握手。在握手的過程中，微控制器P89C58必須檢測和確認確定的信號來控制握手的過程和Modem的狀態(tài)。微控制器P89C58讀取K224的檢測寄存器的比特位，但是僅僅檢測到某一比特位是預先的狀態(tài)(1或者0)，就立即采取與該狀態(tài)有關的動作是遠遠不夠的。其中的原因有兩個：第一是在握手過程中，檢測到的信號必須要穩(wěn)定地持續(xù)一段時間；第二是因為有噪聲的干擾，某些比特位可能會發(fā)生由0到1或由1到0的突變。因此微控制器需要確認檢測寄存器的比特位的狀態(tài)，并且繼續(xù)檢測此信號是否持續(xù)了相應的時間。
為此，需要設計檢測握手序列的方法。本文采用的是增計數器的方法，即將信號應持續(xù)的時間轉化為一個預置數值，然后設置一個計數器，每檢測到一個信號便加1，當增到預置數值時，才可認為該信號檢測到了。
具體計算方法如下：每個握手過程所需檢測的信號都有一個必須持續(xù)的時間，而這個信號到達接收機被檢測器檢測到要有一個延遲，用該信號的持續(xù)時間減去延遲時間，然后再用該信號的抽樣頻率乘以該數值，抽樣頻率應大于或等于被檢測信號的數據率。上述程序設置是通過P89C58在系統(tǒng)七電復位后，對K224進行初始化的。圖2是系統(tǒng)工作的流程圖。
5 結 語
本系統(tǒng)經過星研Star51PH單片機仿真器仿真，并通過TOP2005編程器編程后，結果證明系統(tǒng)是可行的，調制解調器接收在1 200 b／s可以完全穩(wěn)定接收發(fā)送，當工作在速率較大時，長時間工作數據會不能穩(wěn)定接收，需要進一步實驗驗證。該系統(tǒng)設計結構簡單，性能穩(wěn)定可靠。
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