基于MSM7512B的兩線制總線遠程通訊

張亮

摘 要：介紹了利用集成FSK調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B組成的兩線制通訊總線，通過STC單片機的串口與MSM7512B連接和相關(guān)的通訊協(xié)議，實現(xiàn)遠程通訊。

【關(guān)鍵詞】調(diào)制解調(diào)器 FSK MSM7512B 遠程通訊 總線

在工業(yè)現(xiàn)場總線中有多種總線在應(yīng)用，很多總線可以實現(xiàn)1Mbps以上的通訊速率，但是一般通訊距離不是很遠，不用中繼最遠只有幾公里通訊距離。CAN總線可以實現(xiàn)10公里最大通訊距離，但是要求設(shè)備需要支持CAN接口，且通訊協(xié)議也比較復(fù)雜。本文介紹利用集成FSK調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B組成的兩線制通訊總線，通過與STC單片機的串口與MSM7512B連接，通過比較簡單的通訊協(xié)議，實現(xiàn)在低速場合下的遠程通訊。

1 MSM7512B的簡介

MSM7512B是日本OKI公司生產(chǎn)的1200bps半雙工FSK調(diào)制解調(diào)芯片，符合ITU-T V.23標準。它是將串口TTL數(shù)字信號調(diào)制為FSK信號在線路上進行發(fā)送，接收端在解調(diào)為串口TTL數(shù)字信號。該芯片采用單電源+3～5V供電；具有片內(nèi)回音消除電路， 大大簡化了外圍電路；可外接3.579545MHz 晶振為芯片提高時鐘源；其模擬輸出可直接驅(qū)動600Ω通信電路。

其工作方式表，MSM7512B分為調(diào)制和解調(diào)模式，當引腳MOD1=0，MOD2=0，芯片處于發(fā)送模式，即調(diào)制模式，若FSK信號輸出使能端RS=0時，引腳XD輸入“0”、“1”，引腳AO對應(yīng)輸出2100Hz、1300Hz的FM調(diào)制信號。當引腳MOD1=0，MOD2=1，芯片處于接收模式，即解調(diào)模式，AI 輸入頻率為“2100Hz” 、“1300Hz”的FM 模擬信號，RD 對應(yīng)輸出解調(diào)后的“0” 、“1”數(shù)字信號。CD 是輸入檢測的指示端。同時芯片還有75bps發(fā)送模式，串口波特率設(shè)為75bps時，引腳XD輸入“0”、“1”，引腳AO對應(yīng)輸出450Hz、390Hz的FM調(diào)制信號，遺憾的是該芯片沒有75bps的接收模式，不能不說這個功能只是個噱頭。當引腳MOD1=1，MOD2=1，模擬環(huán)路返回測試模式，即芯片的自檢模式。當引腳MOD1=2，MOD2=1，芯片處于掉電模式，即處于功耗低至0.1mW的低功耗模式。

2 MSM7512B與STC12C5A60S2組成的通訊系統(tǒng)

MSM7512B與單片機連接電路比較簡單。所以本通訊系統(tǒng)的單片機選用國產(chǎn)宏晶公司的STC12C5A60S2。它帶有雙串口，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。圖2為MSM7512B與STC12C5A60S2組成的通訊系統(tǒng)，P1.5、P1.6控制MSM7512B工作模式，P1.4控制它的發(fā)送功率，它的串口接單片機串口1——P3.0和P3.1。MSM7512B的FSK信號輸入輸出端口電路參照芯片資料參考電路設(shè)計，采用600Ω：600Ω音頻變壓器與外部線路進行隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，同時與阻值為600Ω的R1進行阻抗匹配。此系統(tǒng)輸出兩線制通訊線與相同接口的系統(tǒng)可以進行通訊，可以組成一主多從的總線結(jié)構(gòu)，由于總線上傳輸?shù)氖荈SK低頻信號，所以信號可以傳輸很遠距離，這樣可以實現(xiàn)遠程有線通訊。筆者通過搭建一主一叢的總線結(jié)構(gòu)在專用通訊電纜模擬盤上進行試驗，發(fā)現(xiàn)MSM7512B在-4dBm的發(fā)送功率下可以實現(xiàn)最大距離7公里正常通訊。若要提高該總線的通訊距離，MSM7512B的FSK信號輸入輸出端口電路應(yīng)采用的電路。FSK信號輸出端口經(jīng)電容C13隔離，再經(jīng)過U4與R17、R21組成的反相放大器放大信號，放大倍數(shù)為R17/R21，圖4中該放大倍數(shù)為50倍，再經(jīng)過U3B與R19、R22組成放大倍數(shù)為1的反相放大器后恢復(fù)原來相位后由音頻變壓器隔離輸出。FSK信號輸入時，信號經(jīng)U4A與R16、R24組成的反相放大器放大信號，放大倍數(shù)為R16/R24，圖4中該放大倍數(shù)為50倍，放大后信號經(jīng)過C14隔離輸入MSM7512B的輸入端。采用了放大電路后，使MSM7512B發(fā)送和接收信號能力提高，大大增長總線的通訊距離。利用一主一叢的總線結(jié)構(gòu)在專用通訊電纜模擬盤上進行試驗，發(fā)現(xiàn)MSM7512B在同樣-4dBm的發(fā)送功率下可以實現(xiàn)30公里以上遠距離正常通訊。

3 基于MSM7512B的兩線制總線通訊協(xié)議

該總線由于是兩線制半雙工通訊模式，所以在通訊過程中需要不斷切換工作模式，由單片機控制MSM7512B的MOD1、MOD2引腳的電平狀態(tài)控制工作模式。通過查閱相關(guān)文獻資料，大多數(shù)資料建議在非通訊狀態(tài)時不能把通訊兩方MSM7512B的模式都設(shè)為接收模式，因為通訊線路上的干擾會造成雙方都接收到錯誤的數(shù)據(jù)。因此起初筆者時在軟件中非通訊狀態(tài)時兩方的MSM7512B的工作模式均為空閑模式，當MSM7512B接收到FSK信號時，F(xiàn)SK信號檢測引腳CD變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C控制檢測到該電平變化，控制MSM7512B轉(zhuǎn)為接收模式。但是在實驗中發(fā)現(xiàn)，在非通訊狀態(tài)時，只要線路上有干擾，F(xiàn)SK信號檢測引腳CD腳就變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，導致MSM7512B轉(zhuǎn)為接收模式，甚至通訊雙方都轉(zhuǎn)為接收并接收到錯誤的數(shù)據(jù)。因此根據(jù)該芯片的特點設(shè)計了一種主機查詢分機的通訊協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定非通訊狀態(tài)時，主機的MSM7512B處于發(fā)送模式，從機的MSM7512B處于接收模式。因此該總線是一主多從的架構(gòu)模式，主機固定，從機需要配置本機地址來區(qū)分，從機的地址表在主機可以進行對應(yīng)配置。總線協(xié)議包括讀命令、寫命令，為其相應(yīng)的通訊格式，“**”和“##”在實際通訊中為ASCII碼，協(xié)議中參與異或校驗的數(shù)據(jù)從從機設(shè)備地址開始到異或校驗前的數(shù)據(jù)結(jié)束。

由于該總線基于半雙工通訊模式的，所以為了避免發(fā)生通訊沖突，所有的通訊都是主機發(fā)起的，即主機輪詢從機的方式，優(yōu)點就是通訊協(xié)議簡單，缺點是當從機較多時，完成一次所有從機的查詢過程需要耗費不少時間。

4 結(jié)束語

由調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B構(gòu)成的兩線制總線結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備接入方便，與單片機連接簡便，通訊協(xié)議簡單，可以實現(xiàn)遠距離通信。該總線適合低速遠程通訊場合，例如可以替代低速時RS-485通訊總線，也可以代替基于電流環(huán)的通訊總線，外圍電路也比電流環(huán)通訊簡單得多。

參考文獻

[1]OKI Semiconductor.MSM7512B Datesheet.Jan.1998.

[2]張毅，劉光斌，李忠義，季久峰.調(diào)制解調(diào)芯MSM7512B的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2002（04）.

作者單位

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