隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,，通信測試儀器不斷推陳出新,。各種新型設(shè)備對系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力的要求越來越高，一種通信測試儀器的實時響應(yīng)性能,，就成為系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵因素之一,。筆者曾在多個通信測試儀器項目中，成功地應(yīng)用ARM處理器,、C51單片機等為主控芯片的嵌入式系統(tǒng),，實現(xiàn)了對儀器相關(guān)模塊的實時控制功能。因此提出一種在某通信測試儀器中使用C51單片機來實現(xiàn)實時控制的設(shè)計方案,。

　　1 硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　1.1 總體方案設(shè)計

　　在該通信測試儀器中,，實時控制模塊主要實現(xiàn)對射頻接收頻綜、射頻發(fā)生頻綜,、濾波器組件,、射頻輸入模塊、射頻輸出模塊等實時控制作用,。對射頻檢波信號進行A/D轉(zhuǎn)換以獲取數(shù)據(jù),。與上位計算機進行通信等功能。

　　根據(jù)待實現(xiàn)的系統(tǒng)功能要求,，綜合考慮系統(tǒng)資源,，及芯片性價比等因素，確定采用以C51單片機為主控芯片的嵌入式系統(tǒng)方案,，芯片為Silicon Labs的C8051F120,具有128 kB片內(nèi)Flash存儲器,、8×1 024+256 Byte的片內(nèi)RAM,可尋址64 kB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口、SPI,、UART,、定時器,、時鐘振蕩器,、PLL等，片上外設(shè)資源豐富,、控制方便,。

　 　系統(tǒng)資源分配：射頻接收、發(fā)射頻綜模塊,，內(nèi)含DDS,PLL等,，外部控制接口是微控制接口，因此直接用單片機的地址,、數(shù)據(jù),、控制三總線實施控制。濾波組 件,、射頻輸入/輸出模塊等的工作狀態(tài)與接口上信號電平高低有關(guān),，因此用GPIO的方式進行控制,。A/D轉(zhuǎn)換控制使用串行外圍設(shè)備接口SPI.與上位機的通 信使用RS-232串口?？傮w設(shè)計框圖如圖1所示,。

　　1.2 總線及I/O控制的設(shè)計

　 　對于射頻接收頻綜、射頻發(fā)射頻綜模塊,，直接采用總線控制,，為避免不同的模塊控制時相互干擾，用3-8譯碼器對總線地址譯碼,，產(chǎn)生不同模塊的片選信號,。同 時數(shù)據(jù)線通過總線收發(fā)器以提高帶負載能力。對于濾波組件,、射頻輸入/輸出等用I/O控制的模塊,，并未直接使用51芯片的GPIO引腳，則是將數(shù)據(jù)總線經(jīng)鎖 存后模擬GPIO信號供相關(guān)模塊使用,，如圖2所示,，其中，IO_/WR1由B_/CS7與單片機寫線邏輯或后產(chǎn)生,。

　　1.3 SPI及RS232控制接口

　 　C8051F120芯片上本身自帶了A/D轉(zhuǎn)換器,，但只有12位，不適合該系統(tǒng)的需求,，故在片外另加一片ADI公司的AD7707.其分辨率為16位,， 是∑-△體系結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換的是輸入電平的平均值,。三通道,，輸入電平范圍可達±10 mV~±10 V.根據(jù)實際要求，該系統(tǒng)使用AIN3高電平輸入端口,，Unbuffered模式,，HICOM、REF-接模擬地,，VBIAS與REF+均接+2.5 V參考電壓,，模擬電源5 V,數(shù)字電源3.3 V,能檢測輸入范圍為0~10 V的單極性電平。其控制接口是同步串行口,，用51芯片的SPI直接控制,。圖3是AD7707的電氣連接圖。

　 　單片機與上位計算機的通信使用通用異步收發(fā)器UART,外接MAX3224,將UART信號轉(zhuǎn)換為RS-232信號進行傳輸,，MAX3224在 3~5.5 V低電壓下工作,，卻可產(chǎn)生RS-232的±12 V電壓，只需連接Tx,、Rx和地線即可實現(xiàn)異步串行通信,。系統(tǒng)中仍有一些時鐘,、復(fù)位電路和電源等，在此不再贅述,。

　　2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　2.1 主程序框架

　　主程序流程圖如圖4所示,。

　　主程序是順序結(jié)構(gòu)，較為簡單,。主要分兩部分：一是對系統(tǒng)各部分進行初始化設(shè)置,，使其能夠工作在正常狀態(tài)。二是正常工作循環(huán)狀態(tài),，當(dāng)收到上位機的控制命令時,，即進行相應(yīng)的操作，無命令時則等待,。對于嵌入式程序而言,，無限循環(huán)是必要的。

　　2.2 串口通信程序

　　串口通信程序?qū)崿F(xiàn)與上位機的通信功能,。具體操作中使用一個循環(huán)隊列存放接收到的上位機命令,，分別用頭指針和尾指針指向隊頭和隊尾，將各命令字節(jié)取出,，進行相應(yīng)操作,。命令執(zhí)行完畢（隊列取空），清標(biāo)志位,，等待新命令,。如圖5所示。

　　2.3 SPI通信程序

　 　C51采用SPI主模式與AD7707進行通信,。主模式寫AD7707較為簡單,，單片機先寫1 Byte的配置數(shù)據(jù)給AD7707,其會自動將該數(shù)據(jù)放入自身的通信寄存器，隨后AD7707根據(jù)該配置值確定下一步要寫的寄存器及數(shù)據(jù)大小,，再將單片機 隨后輸入的數(shù)據(jù)放入指定位置,。C8051F120發(fā)數(shù)據(jù)前，先根據(jù)SPICN寄存器的TXBMT位的值判斷是否能夠發(fā)送數(shù)據(jù),，再向自身的SPIDAT寄存 器寫數(shù)據(jù)即可,，硬件會自動將數(shù)據(jù)發(fā)出。

　 　主模式讀AD7707較為困難,。當(dāng)C51已設(shè)置AD7707的通信寄存器，表明下一步操作是讀AD7707的某個寄存器值后,，C51向SPIDAT寫任 意值,，之后SPI數(shù)據(jù)線（MOSI）上會串行移出數(shù)據(jù)，同時時鐘線上產(chǎn)生串行時鐘,，從設(shè)備（AD7707）收到時鐘,，將預(yù)備的數(shù)據(jù)送到MISO線上交給 C51,同時不采納主設(shè)備發(fā)送的任意值,。C51將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)放在移位寄存器中，當(dāng)最后一位收到后即移入收緩沖器,，再讀SPIDAT便可讀出數(shù)據(jù),。

　　2.4 其他軟件模塊

　　其他軟件模塊均是根據(jù)各部分硬件的具體要求，通過向所分配的對應(yīng)地址空間按序發(fā)送所需數(shù)據(jù)來實現(xiàn)相關(guān)功能,。

　　3 結(jié)束語

　　文中提出以C51單片機C8051F120為核心控制芯片的嵌入式系統(tǒng),，已成功應(yīng)用于某通信測試儀器中，陔系統(tǒng)通過中斷及查詢等方式較好地實現(xiàn)了對整機的實時控制功能,。