基于C51的嵌入式实时控制模块的设计与实现
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
【基于C51的嵌入式实时控制模块的设计与实现】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SiliconLabs的C8051F120,具有128 kB片内Flash存储器、8×1 024+256 Byte的片内RAM,可寻址64kB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~±10V.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+2.5V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0~10V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 3~5.5V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1Byte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 。
推荐阅读
- 基于RS485总线的温湿度监控系统设计
- 阿里腾讯京东入场，二手电商的“春天”在哪里？
- 微软将发布基于区块链的数字身份系统
- 感情破裂的夫妻怎样拯救婚姻？这样做，婚姻仍然会很美好
- 这3种越轨的男人不值得宽恕，由于他们很简单再次越轨
- 遭受老公越轨，沉着的妻子这样做之后，成功逆袭！
- 女性该怎么面临越轨的老公？“被变节”这件事，让人堕入对自我与别人的深度质疑
- “本来想和男朋友分手，可是无意间看到他的日记，我害怕了”哈哈
- 为啥夫妻之间的爱情简单“蜕变”？由于不懂得增进互相和共处技巧
- 拯救必看：男人越轨的4个心思阶段