基于C51单片机的通信测试仪器控制设计
随着现代通信技术的发展，通信测试仪器不断推陈出新。各种新型设备对系统的实时响应能力的要求越来越高，一种通信测试仪器的实时响应性能，就成为系统设计能否成功的关键因素之一。笔者曾在多个通信测试仪器项目中，成功地应用arm处理器、c51单片机等为主控芯片的嵌入式系统，实现了对仪器相关模块的实时控制功能。因此提出一种在某通信测试仪器中使用c51单片机来实现实时控制的设计方案。
1 硬件设计与实现
1.1 总体方案设计
在该通信测试仪器中，实时控制模块主要实现对射频接收频综、射频发生频综、滤波器组件、射频输入模块、射频输出模块等实时控制作用。对射频检波信号进行a/d转换以获取数据。与上位计算机进行通信等功能。
根据待实现的系统功能要求，综合考虑系统资源，及芯片性价比等因素，确定采用以c51单片机为主控芯片的嵌入式系统方案，芯片为silicon labs的c8051f120，具有128 kb片内flash存储器、8×1 024+256 byte的片内ram，可寻址64 kb地址空间的外部数据存储器接口、spi、uart、定时器、时钟振荡器、pll等，片上外设资源丰富、控制方便。
系统资源分配：射频接收、发射频综模块，内含dds，pll等，外部控制接口是微控制接口，因此直接用单片机的地址、数据、控制三总线实施控制。滤波组 件、射频输入/输出模块等的工作状态与接口上信号电平高低有关，因此用gpio的方式进行控制。a/d转换控制使用串行外围设备接口spi.与上位机的通 信使用rs-232串口。总体设计框图如图1所示。
1.2 总线及i/o控制的设计
对于射频接收频综、射频发射频综模块，直接采用总线控制，为避免不同的模块控制时相互干扰，用3-8译码器对总线地址译码，产生不同模块的片选信号。同 时数据线通过总线收发器以提高带负载能力。对于滤波组件、射频输入/输出等用i/o控制的模块，并未直接使用51芯片的gpio引脚，则是将数据总线经锁 存后模拟gpio信号供相关模块使用，如图2所示，其中，io_/wr1由b_/cs7与单片机写线逻辑或后产生。
1.3 spi及rs232控制接口
c8051f120芯片上本身自带了a/d转换器，但只有12位，不适合该系统的需求，故在片外另加一片adi公司的ad7707.其分辨率为16位， 是∑-△体系结构，转换的是输入电平的平均值。三通道，输入电平范围可达±10 mv~±10 v.根据实际要求，该系统使用ain3高电平输入端口，unbuffered模式，hicom、ref-接模拟地，vbias与ref+均接+2.5 v参考电压，模拟电源5 v，数字电源3.3 v，能检测输入范围为0~10 v的单极性电平。其控制接口是同步串行口，用51芯片的spi直接控制。图3是ad7707的电气连接图。
单片机与上位计算机的通信使用通用异步收发器uart，外接max3224，将uart信号转换为rs-232信号进行传输，max3224在 3~5.5 v低电压下工作，却可产生rs-232的±12 v电压，只需连接tx、rx和地线即可实现异步串行通信。系统中仍有一些时钟、复位电路和电源等，在此不再赘述。
2 软件设计与实现
2.1 主程序框架
主程序流程图如图4所示。
主程序是顺序结构，较为简单。主要分两部分：一是对系统各部分进行初始化设置，使其能够工作在正常状态。二是正常工作循环状态，当收到上位机的控制命令时，即进行相应的操作，无命令时则等待。对于嵌入式程序而言，无限循环是必要的。
2.2 串口通信程序
串口通信程序实现与上位机的通信功能。具体操作中使用一个循环队列存放接收到的上位机命令，分别用头指针和尾指针指向队头和队尾，将各命令字节取出，进行相应操作。命令执行完毕（队列取空），清标志位，等待新命令。如图5所示。
2.3 spi通信程序
c51采用spi主模式与ad7707进行通信。主模式写ad7707较为简单，单片机先写1 byte的配置数据给ad7707，其会自动将该数据放入自身的通信寄存器，随后ad7707根据该配置值确定下一步要写的寄存器及数据大小，再将单片机 随后输入的数据放入指定位置。c8051f120发数据前，先根据spicn寄存器的txbmt位的值判断是否能够发送数据，再向自身的spidat寄存 器写数据即可，硬件会自动将数据发出。
主模式读ad7707较为困难。当c51已设置ad7707的通信寄存器，表明下一步操作是读ad7707的某个寄存器值后，c51向spidat写任 意值，之后spi数据线（mosi）上会串行移出数据，同时时钟线上产生串行时钟，从设备（ad7707）收到时钟，将预备的数据送到miso线上交给 c51，同时不采纳主设备发送的任意值。c51将发送的串行数据放在移位寄存器中，当最后一位收到后即移入收缓冲器，再读spidat便可读出数据。
2.4 其他软件模块
其他软件模块均是根据各部分硬件的具体要求，通过向所分配的对应地址空间按序发送所需数据来实现相关功能。
3 结束语
文中提出以c51单片机c8051f120为核心控制芯片的嵌入式系统，已成功应用于某通信测试仪器中，陔系统通过中断及查询等方式较好地实现了对整机的实时控制功能。
来源；21ic
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根据待实现的系统功能要求，综合考虑系统资源，及芯片性价比等因素，确定采用以c51单片机为主控芯片的嵌入式系统方案，芯片为silicon labs的c8051f120，具有128 kb片内flash存储器、8×1 024+256 byte的片内ram，可寻址64 kb地址空间的外部数据存储器接口、spi、uart、定时器、时钟振荡器、pll等，片上外设资源丰富、控制方便。
系统资源分配：射频接收、发射频综模块，内含dds，pll等，外部控制接口是微控制接口，因此直接用单片机的地址、数据、控制三总线实施控制。滤波组 件、射频输入/输出模块等的工作状态与接口上信号电平高低有关，因此用gpio的方式进行控制。a/d转换控制使用串行外围设备接口spi.与上位机的通 信使用rs-232串口。总体设计框图如图1所示。
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