GPS是目前技術(shù)上最成熟且已實用的一種定位系統(tǒng)，但是在GPS定位系統(tǒng)中，由于其是一個單向?qū)Ш较到y(tǒng)，他是把星歷數(shù)據(jù)等傳給地面接收機(jī)，可在許多具體應(yīng)用時，例如在車輛調(diào)度系統(tǒng)中，一般都需要把利用GPS測得的信息數(shù)據(jù)傳到調(diào)度中心，由于其系統(tǒng)由一個基準(zhǔn)站和多個用戶臺組成，基準(zhǔn)站與用戶臺之間的聯(lián)系，即由基準(zhǔn)站計算出的各種校正值發(fā)送到用戶臺，上邊這一切都需要用到數(shù)據(jù)鏈來完成數(shù)據(jù)的傳輸。其中，數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制解調(diào)器足一個關(guān)鍵部分，調(diào)制解調(diào)器(Modem)是將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺發(fā)射出去，用戶臺將其接收下來，并將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入GPS接收機(jī)進(jìn)行改正。本文介紹了單片機(jī)控制Modem的原理和方法。

　　1 系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)主要由單片機(jī)和調(diào)制解調(diào)器組成，單片機(jī)選用P89C58，其作為控制電路的主要部分，對K224芯片進(jìn)行控制，并完成各個芯片的初始化工作，同時還有對數(shù)據(jù)進(jìn)行交織糾錯編碼的功能。單片機(jī)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(jié)構(gòu)，另一部分為應(yīng)答結(jié)構(gòu)。圖1只給出了主呼部分。工作時，先上電復(fù)位，由P89C58對K224進(jìn)行初始化設(shè)置，并對其自身的串行口進(jìn)行初始化。

　　整個系統(tǒng)的工作過程為：從GPS接收機(jī)接收下來數(shù)據(jù)后，經(jīng)過RS 232接口電路(即由MAX232構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路)，變?yōu)門TL電平，送至P89C58的RXD端，P89C58對數(shù)據(jù)進(jìn)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(jīng)過調(diào)制后從K224的TXA端輸出調(diào)制信號。當(dāng)接收機(jī)從RXA處接收到調(diào)制信號后，經(jīng)過K224處理，解調(diào)后由K224通過RXD端口送至P89C58的RXD接收端，由P89C58對數(shù)據(jù)進(jìn)行反交織、解碼處理，此后，數(shù)據(jù)從單片機(jī)的TXD端口處送出去，再一次經(jīng)過ICL232的電平轉(zhuǎn)換，以RS232電平送至計算機(jī)進(jìn)行計算分析。

　　2 單片機(jī)的初始設(shè)置

　　在本系統(tǒng)中，由于要用到P89C58對各個芯片進(jìn)行初始化設(shè)置，并且還要利用其完成數(shù)據(jù)的交織糾錯功能，這就需要用到單片機(jī)的特殊功能寄存器進(jìn)行設(shè)置，同時需要利用單片機(jī)內(nèi)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(jī)來說，其特殊功能寄存器中對串行口進(jìn)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(shù)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(shè)定串行口的工作方式、接收發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。

　　在串行口的4種工作方式中，主要用于擴(kuò)展并行輸入輸出口?？紤]到上述參數(shù)，我們設(shè)置單片機(jī)工作于串行方式1，即一幀數(shù)據(jù)格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、無奇偶校驗。由于單片機(jī)串行口4種工作方式中，并無2個停止位的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(dǎo)航儀輸出的數(shù)據(jù)格式為2個停止位，而單片機(jī)工作于方式1，當(dāng)其接收到1個停止位時，就認(rèn)為一幀數(shù)據(jù)已接收完畢，從而就有了1個停止位的時間進(jìn)行別的處理。對于波特率為2 400 b/s的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(jī)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(jìn)行交織糾錯的編碼處理。由于系統(tǒng)工作時接收數(shù)據(jù)采用的是查詢方式，也即上電復(fù)位后，即不停地循環(huán)檢測有無數(shù)據(jù)輸入，直到檢測到有數(shù)據(jù)輸人為止。這樣，如有更多的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，則不會因為處理數(shù)據(jù)而導(dǎo)致有些數(shù)據(jù)漏檢從而丟失了數(shù)據(jù)。

　　本系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)的波特率設(shè)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(shù)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(shù)速率/[256-(TH1)]

　　其波特率由下式確定：

　　波特率=(定時/計數(shù)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(shè)計

　　糾錯編碼是提高數(shù)字傳輸可靠性的一種技術(shù)，是正確傳輸差分GPS改正信號的重要手段。數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于傳輸信道內(nèi)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(jìn)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(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器一般為256 B，分為128 B的內(nèi)部數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲空問可擴(kuò)展至上邊的128 B。在內(nèi)部數(shù)據(jù)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(jìn)行位操作。我們正是利用了其中的20H～27H來構(gòu)成交錯編碼空間?！　⊥ㄟ^8×8個矩型數(shù)據(jù)單元，循環(huán)按行(列)放置數(shù)據(jù)，然后再循環(huán)按列(行)讀出數(shù)據(jù)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)行進(jìn)列出，或者列進(jìn)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(shù)據(jù)的處理時問和數(shù)據(jù)的發(fā)送時間要協(xié)調(diào)一致，否者會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能正常接收。

　　4 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計

　　K224內(nèi)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(jìn)行初始設(shè)置，確定工作狀態(tài)來完成的。

　　2片Modem分別設(shè)置為工作于主呼和應(yīng)答方式、禁止INT(中斷)、經(jīng)擾碼器、禁止防衛(wèi)音、關(guān)應(yīng)答音發(fā)生器、關(guān)DTMF，同時接收發(fā)送采用同一判決平面，打開自適應(yīng)均衡器。

　　在Modem正常傳送數(shù)據(jù)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(jìn)行必要的連絡(luò)，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(rèn)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(yù)先的狀態(tài)(1或者0)，就立即采取與該狀態(tài)有關(guān)的動作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)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(yīng)的時間。

　　為此，需要設(shè)計檢測握手序列的方法。本文采用的是增計數(shù)器的方法，即將信號應(yīng)持續(xù)的時間轉(zhuǎn)化為一個預(yù)置數(shù)值，然后設(shè)置一個計數(shù)器，每檢測到一個信號便加1，當(dāng)增到預(yù)置數(shù)值時，才可認(rèn)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(dá)接收機(jī)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(shù)值，抽樣頻率應(yīng)大于或等于被檢測信號的數(shù)據(jù)率。上述程序設(shè)置是通過P89C58在系統(tǒng)七電復(fù)位后，對K224進(jìn)行初始化的。圖2是系統(tǒng)工作的流程圖。

　　5 結(jié) 語

　　本系統(tǒng)經(jīng)過星研Star51PH單片機(jī)仿真器仿真，并通過TOP2005編程器編程后，結(jié)果證明系統(tǒng)是可行的，調(diào)制解調(diào)器接收在1 200 b/s可以完全穩(wěn)定接收發(fā)送，當(dāng)工作在速率較大時，長時間工作數(shù)據(jù)會不能穩(wěn)定接收，需要進(jìn)一步實驗驗證。該系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠。