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調制解調芯片MSM7512B組成的兩線制通訊總線，通過STC單片機的串口與MSM7512B連接和相關的通訊協議，實現遠程通訊。

【關鍵詞】調制解調器 FSK MSM7512B 遠程通訊 總線

在工業現場總線中有多種總線在應用，很多總線可以實現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10公里最大通訊距離，但是要求設備需要支持CAN接口，且通訊協議也比較復雜。本文介紹利用集成FSK調制解調芯片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議，實現在低速場合下的遠程通訊。

1 MSM7512B的簡介

MSM7512B是日本OKI公司生產的1200bps半雙工FSK調制解調芯片，符合ITU-T V.23標準。它是將串口TTL數字信號調制為FSK信號在線路上進行發送，接收端在解調為串口TTL數字信號。該芯片采用單電源+3～5V供電；具有片內回音消除電路， 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動600Ω通信電路。

其工作方式表，MSM7512B分為調制和解調模式，當引腳MOD1=0，MOD2=0，芯片處于發送模式，即調制模式，若FSK信號輸出使能端RS=0時，引腳XD輸入“0”、“1”，引腳AO對應輸出2100Hz、1300Hz的FM調制信號。當引腳MOD1=0，MOD2=1，芯片處于接收模式，即解調模式，AI 輸入頻率為“2100Hz” 、“1300Hz”的FM 模擬信號，RD 對應輸出解調后的“0” 、“1”數字信號。CD 是輸入檢測的指示端。同時芯片還有75bps發送模式，串口波特率設為75bps時，引腳XD輸入“0”、“1”，引腳AO對應輸出450Hz、390Hz的FM調制信號，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

MSM7512B與單片機連接電路比較簡單。所以本通訊系統的單片機選用國產宏晶公司的STC12C5A60S2。它帶有雙串口，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。圖2為MSM7512B與STC12C5A60S2組成的通訊系統，P1.5、P1.6控制MSM7512B工作模式，P1.4控制它的發送功率，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計，采用600Ω：600Ω音頻變壓器與外部線路進行隔離，提高了系統的抗干擾能力，同時與阻值為600Ω的R1進行阻抗匹配。此系統輸出兩線制通訊線與相同接口的系統可以進行通訊，可以組成一主多從的總線結構，由于總線上傳輸的是FSK低頻信號，所以信號可以傳輸很遠距離，這樣可以實現遠程有線通訊。筆者通過搭建一主一叢的總線結構在專用通訊電纜模擬盤上進行試驗，發現MSM7512B在-4dBm的發送功率下可以實現最大距離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采用的電路。FSK信號輸出端口經電容C13隔離，再經過U4與R17、R21組成的反相放大器放大信號，放大倍數為R17/R21，圖4中該放大倍數為50倍，再經過U3B與R19、R22組成放大倍數為1的反相放大器后恢復原來相位后由音頻變壓器隔離輸出。FSK信號輸入時，信號經U4A與R16、R24組成的反相放大器放大信號，放大倍數為R16/R24，圖4中該放大倍數為50倍，放大后信號經過C14隔離輸入MSM7512B的輸入端。采用了放大電路后，使MSM7512B發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構在專用通訊電纜模擬盤上進行試驗，發現MSM7512B在同樣-4dBm的發送功率下可以實現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引腳的電平狀態控制工作模式。通過查閱相關文獻資料，大多數資料建議在非通訊狀態時不能把通訊兩方MSM7512B的模式都設為接收模式，因為通訊線路上的干擾會造成雙方都接收到錯誤的數據。因此起初筆者時在軟件中非通訊狀態時兩方的MSM7512B的工作模式均為空閑模式，當MSM7512B接收到FSK信號時，FSK信號檢測引腳CD變為低電平，單片機控制檢測到該電平變化，控制MSM7512B轉為接收模式。但是在實驗中發現，在非通訊狀態時，只要線路上有干擾，FSK信號檢測引腳CD腳就變為低電平狀態，導致MSM7512B轉為接收模式，甚至通訊雙方都轉為接收并接收到錯誤的數據。因此根據該芯片的特點設計了一種主機查詢分機的通訊協議。該協議規定非通訊狀態時，主機的MSM7512B處于發送模式，從機的MSM7512B處于接收模式。因此該總線是一主多從的架構模式，主機固定，從機需要配置本機地址來區分，從機的地址表在主機可以進行對應配置。總線協議包括讀命令、寫命令，為其相應的通訊格式，“**”和“##”在實際通訊中為ASCII碼，協議中參與異或校驗的數據從從機設備地址開始到異或校驗前的數據結束。

由于該總線基于半雙工通訊模式的，所以為了避免發生通訊沖突，所有的通訊都是主機發起的，即主機輪詢從機的方式，優點就是通訊協議簡單，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 結束語

由調制解調芯片MSM7512B構成的兩線制總線結構簡單，設備接入方便，與單片機連接簡便，通訊協議簡單，可以實現遠距離通信。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的通訊總線，外圍電路也比電流環通訊簡單得多。

參考文獻

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

[2]張毅，劉光斌，李忠義，季久峰.調制解調芯MSM7512B的應用[J].電子技術，2002（04）.

作者單位

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