介绍了利用集成FSK调制解调芯片MSM7512B组成的两线制通讯总线，通过STC单片机的串口与MSM7512B连接和相关的通讯协议，实现远程通讯。
在工业现场总线中有多种总线在应用，很多总线可以实现1Mbps以上的通讯速率，但是一般通讯距离不是很远，不用中继最远只有几公里通讯距离。CAN总线可以实现10公里最大通讯距离，但是要求设备需要支持CAN接口，且通讯协议也比较复杂。本文介绍利用集成FSK调制解调芯片MSM7512B组成的两线制通讯总线，通过与STC单片机的串口与MSM7512B连接，通过比较简单的通讯协议，实现在低速场合下的远程通讯。
1 MSM7512B的简介
MSM7512B是日本OKI公司生产的1200bps半双工FSK调制解调芯片，符合ITU-T V.23标准。它是将串口TTL数字信号调制为FSK信号在线路上进行发送，接收端在解调为串口TTL数字信号。该芯片采用单电源+3～5V供电;具有片内回音消除电路， 大大简化了外围电路;可外接3.579545MHz 晶振为芯片提高时钟源;其模拟输出可直接驱动600Ω通信电路。
其工作方式表，MSM7512B分为调制和解调模式，当引脚MOD1=0，MOD2=0，芯片处于发送模式，即调制模式，若FSK信号输出使能端RS=0时，引脚XD输入“0”、“1”，引脚AO对应输出2100Hz、1300Hz的FM调制信号。当引脚MOD1=0，MOD2=1，芯片处于接收模式，即解调模式，AI 输入频率为“2100Hz” 、“1300Hz”的FM 模拟信号，RD 对应输出解调后的“0” 、“1”数字信号。CD 是输入检测的指示端。同时芯片还有75bps发送模式，串口波特率设为75bps时，引脚XD输入“0”、“1”，引脚AO对应输出450Hz、390Hz的FM调制信号，遗憾的是该芯片没有75bps的接收模式，不能不说这个功能只是个噱头。当引脚MOD1=1，MOD2=1，模拟环路返回测试模式，即芯片的自检模式。当引脚MOD1=2，MOD2=1，芯片处于掉电模式，即处于功耗低至0.1mW的低功耗模式。
2 MSM7512B与STC12C5A60S2组成的通讯系统
MSM7512B与单片机连接电路比较简单。所以本通讯系统的单片机选用国产宏晶公司的STC12C5A60S2。它带有双串口，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。图2为MSM7512B与STC12C5A60S2组成的通讯系统，P1.5、P1.6控制MSM7512B工作模式，P1.4控制它的发送功率，它的串口接单片机串口1——P3.0和P3.1。
MSM7512B的FSK信号输入输出端口电路参照芯片资料参考电路设计，采用600Ω：600Ω音频变压器与外部线路进行隔离，提高了系统的抗干扰能力，同时与阻值为600Ω的R1进行阻抗匹配。此系统输出两线制通讯线与相同接口的系统可以进行通讯，可以组成一主多从的总线结构，由于总线上传输的是FSK低频信号，所以信号可以传输很远距离，这样可以实现远程有线通讯。
笔者通过搭建一主一丛的总线结构在专用通讯电缆模拟盘上进行试验，发现MSM7512B在-4dBm的发送功率下可以实现最大距离7公里正常通讯。若要提高该总线的通讯距离，MSM7512B的FSK信号输入输出端口电路应采用的电路。FSK信号输出端口经电容C13隔离，再经过U4与R17、R21组成的反相放大器放大信号，放大倍数为R17/R21，图4中该放大倍数为50倍，再经过U3B与R19、R22组成放大倍数为1的反相放大器后恢复原来相位后由音频变压器隔离输出。
FSK信号输入时，信号经U4A与R16、R24组成的反相放大器放大信号，放大倍数为R16/R24，图4中该放大倍数为50倍，放大后信号经过C14隔离输入MSM7512B的输入端。采用了放大电路后，使MSM7512B发送和接收信号能力提高，大大增长总线的通讯距离。利用一主一丛的总线结构在专用通讯电缆模拟盘上进行试验，发现MSM7512B在同样-4dBm的发送功率下可以实现30公里以上远距离正常通讯。
3 基于MSM7512B的两线制总线通讯协议
该总线由于是两线制半双工通讯模式，所以在通讯过程中需要不断切换工作模式，由单片机控制MSM7512B的MOD1、MOD2引脚的电平状态控制工作模式。通过查阅相关文献资料，大多数资料建议在非通讯状态时不能把通讯两方MSM7512B的模式都设为接收模式，因为通讯线路上的干扰会造成双方都接收到错误的数据。因此起初笔者时在软件中非通讯状态时两方的MSM7512B的工作模式均为空闲模式，当MSM7512B接收到FSK信号时，FSK信号检测引脚CD变为低电平，单片机控制检测到该电平变化，控制MSM7512B转为接收模式。
但是在实验中发现，在非通讯状态时，只要线路上有干扰，FSK信号检测引脚CD脚就变为低电平状态，导致MSM7512B转为接收模式，甚至通讯双方都转为接收并接收到错误的数据。因此根据该芯片的特点设计了一种主机查询分机的通讯协议。该协议规定非通讯状态时，主机的MSM7512B处于发送模式，从机的MSM7512B处于接收模式。
因此该总线是一主多从的架构模式，主机固定，从机需要配置本机地址来区分，从机的地址表在主机可以进行对应配置。总线协议包括读命令、写命令，为其相应的通讯格式，“**”和“##”在实际通讯中为ASCII码，协议中参与异或校验的数据从从机设备地址开始到异或校验前的数据结束。
由于该总线基于半双工通讯模式的，所以为了避免发生通讯冲突，所有的通讯都是主机发起的，即主机轮询从机的方式，优点就是通讯协议简单，缺点是当从机较多时，完成一次所有从机的查询过程需要耗费不少时间。
4 结束语
由调制解调芯片MSM7512B构成的两线制总线结构简单，设备接入方便，与单片机连接简便，通讯协议简单，可以实现远距离通信。该总线适合低速远程通讯场合，例如可以替代低速时RS-485通讯总线，也可以代替基于电流环的通讯总线，外围电路也比电流环通讯简单得多。
作者：张亮 来源：电子技术与软件工程 2016年8期
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