利用單片機和無線數傳模塊來完成無線數據通信在石油、電力,、水文,、冶金等行業(yè)的無線控制、數據采集,、報警諸多領域中有著廣泛的應用前景,。通常采用的辦法是用單片機的串行I/ O 口來完成數據通信,，但是該方法有許多不足之處:第一、在利用單片機的串口進行發(fā)送和接收數據時,，對傳輸的數據只能進行奇偶校驗,，然而在無線通信場合，被傳輸的數據極易受到電磁,、靜電等的干擾,，奇偶校驗一般不能檢測出這類干擾所引起的突發(fā)性錯誤，所以該方法無法滿足差錯檢測要求較高的場合;第二,、由于單片機一般采用異步通信方式,，接受器通常不能很快的接收到有效數據，因而該方法也不能滿足要求多路進行快速切換的場合;第三,、單片機的串口通信在傳輸速率和每幀的有效數據位數等方面都受到了嚴格的限制,，缺乏靈活性。本文針對低速無線通信的場合,，提出了一種通過單片機用軟件實現編解碼的方案,，該方案可以有效克服上述單片機串口通信的不足之處， 在無線通信中得到了令人滿意的效果[1 - 4 ] ,。
1 編碼原理及程序流程
1. 1 編碼原理
假設傳輸的數據精度為12 位,，以A8BH 為例，其幀格式如圖1 所示,，高位在先,，低位在后[5 ] 。數據的編碼采用了曼徹斯特編碼格式,，每幀數據由同步頭,、有效數據位和校驗位三部分組成。其中數據位“1”由高到低的跳變表示,，數據位“0”由低到高的跳變表示,，而且數據位“1”和“0”高低電平周期各為0. 5 T (設T 為一個數據位寬度) 。根據曼徹斯特碼的特點,，每個數據位都由高低電平組成,，因而在連續(xù)傳輸的有效數據位中不會存在超過一個數據位寬度的高電平或低電平，因此在每個數據的前面設一個同步頭,，高低電平各為1. 5 T ,。這樣在進行接收數據時，只要采樣得到的電平滿足1. 5 T ,，則認為該電平是同步頭,，開始接收數據。因為尋找同步頭的時間最長不會超過一個數據的長度，所以此編碼方式非常適合于要求多路進行快速切換的場合,。為了簡化電路和節(jié)省功耗,，本文采用了單極性曼徹斯特碼。
本文采用了循環(huán)冗余校驗,，即后四位為循環(huán)冗余校驗碼,。循環(huán)冗余校驗碼簡稱為CRC ( CyclicRedundancy Code) 。循環(huán)冗余校驗的指導思想是發(fā)送端將被傳輸的數據流多項式除以生成多項式得到冗余位,，接收端將被傳輸的數據(包括冗余位) 除以事先確定的生成多項式,，如果余數為零，則認為沒有錯誤發(fā)生,，不為零則表示有錯,。由于使用這種方法獲得冗余位具有很強的信息覆蓋能力，它善于發(fā)現各種類型的錯誤,，特別是一些突發(fā)性錯誤,，所以它是一種效率極高的差錯校驗法[6 ] 。
根據CRC 碼的編碼思想[7 ] ,，對(16 ,，12) 碼，由x 16 + 1 確定生成多項式為G ( x ) = x 4 + 1 ,，該多項式也可表示成(10001) ,。對被傳輸的12 位數據和生成多項式采用模2 運算便可以得到每個數據的四位循環(huán)冗余位。
1. 2 編碼子程序流程圖及說明
曼徹斯特編碼子程序包括計算冗余位和曼徹斯特編碼發(fā)送兩部分,，首先調用CRC 求余子程序(流程圖略) ,，將得到的冗余校驗位作為待發(fā)送16 位數據的低四位，然后對該16 位,，并通過無線數傳模塊調制成模擬信號發(fā)射出去(單片機的TXD 端與無線數傳模塊發(fā)的DATA IN 端相連) 。同步頭及數據位發(fā)送是通過對單片機的TXD 端( P3. 1) 置“1”和清“0”并進行軟件延時來實現,。TIME1 和TIME2 為軟件延時,，以滿足同步頭高低電平寬度的要求。值得注意的是,，在編寫編碼子程序時,，應確保P3. 1 置“1”和清“0”時間間隔滿足數據位或同步頭寬度的要求。
2 解碼原理及程序流程
2. 1 解碼原理
解碼的思想是:首先進行同步頭的判定,，然后采用“測三取二”的法判斷數據位,，得到每幀的16 位數據，最后對得到的數據進行CRC 校驗,。
(1) 同步頭的判定
首先對單片機的RXD 端( P3. 0) 進行連續(xù)采樣,，從P3. 0 引腳變低時開始計時，若低電平的時間達到1. 3 T ,，則認為該電平為同步頭,。因為用無線數傳模塊得到的信號波形一般為梯形,，所以接收到的實際高低電平寬度可能變小，因此若接收到低電平寬度達到1. 3 T ,，則可近似認為該電平為某數據的同步頭,。
(2) 數據位的判定
對每個數據位的判定采用“測三取二”的方法，既將每個數據位的前半部分成16 個狀態(tài),，在第7 ,、8 、9 狀態(tài)檢測P3. 0 引腳上的電平,，取其大于等于2的相同值作為測得值,，如表1 所示(表中“ x ”表示“0”或“1”) 。此檢測方法是在高電平或低電平的中間位置進行采樣,，既提高了采樣準確度又有一定的濾波功能,。
(3) 循環(huán)冗余校驗
對解碼得到的16 位數據進行循環(huán)冗余校驗，若余數為零,，則認為傳輸正確,，否則進行出錯處理。
2. 2 解碼子程序流程圖及說明
解碼子程序包括曼徹斯特解碼和差錯校驗兩部分,，其流程圖如圖3 所示,。首先進行同步頭的判定，從RXD 端( P3. 0) 為低電平時開始計時(單片機的RXD 端與無線數傳模塊收的DATA OU T 端相連) ,，并對P3. 0 引腳進行連續(xù)采樣,，采樣時間間隔可自行設定，若P3. 0 引腳的低電平時間達到1. 3 T ,，則認為該低電平為某數據的同步頭,，然后對同步頭后面的數據位的前半位采用“測三取二”的方法進行數據位的判定，最后對采樣得到的16 位數據進行循環(huán)冗余校驗,，若余數為0 ,，則置錯誤標志，若不為0 ,，則去掉冗余位,， 得到12 位有效數據。TIME1～TIME3 是湊采樣的時間間隔,。
3 結論
實驗證明,，與單片機串口通信相比，使用該方案來進行無線數據通信抗干擾能力強,，數據傳輸格式靈活,。同時從軟件編解碼中可以發(fā)現，如果改變軟件延時時間則可以改變系統(tǒng)的通信速率，設計者可以根據數據通信的實際需要自行設定,。而且該編解碼方案適合任何種類的單片機,。因此該方案適合各種無線數據通信的場合。盡管軟件編解碼的最大缺點是系統(tǒng)獨占主機,，在有中斷任務的系統(tǒng)中,，將無法保證編解碼程序運行時獨占主機，但是可以使用上述方案用專門單片機作為編譯碼器,，將其嵌入系統(tǒng)中,，這樣既克服了軟件編解碼程序獨占主機的缺點，又充分利用了軟件編解碼的優(yōu)點,， 因此該方案也具有一定的通用性 ,。