PIC單片機控制Modem的串行通信設(shè)計

在工程中，常采用Modem通過模擬線路進行數(shù)據(jù)的遠程傳輸。我們用工業(yè)級PIC16F87系列單片機控制Modem完成串行異步/同步通信，在較低速率的線路上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸，收到了很好的效果。

      本文就系統(tǒng)中PIC單片機控制Modem的串行通信技術(shù)，在硬件、軟件兩方面進行了分析。

       1 PIC單片機及其同步/異步串行接口USART模塊功能簡介
        PIC16F877A單片機內(nèi)部有8K*14的FLASH程序存儲器和512字的RAM數(shù)據(jù)存儲器：不僅采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，而且還采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，流水線操作，PIC16F877A大大提高了指令執(zhí)行速度，PIC單片機的系統(tǒng)時鐘可以工作在DC- 20MHz的頻率范圍之內(nèi)。優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)，加上精簡指令集(RISC)技術(shù)，更加快了指令執(zhí)行速度，這為復(fù)雜控制算法的實現(xiàn)提供了良好的條件。
　      本系統(tǒng)采用的是PIC16F87系列單片機，其內(nèi)部集成了同步/異步串行接口USART模塊，適合同單片機外部擴展獨立的外設(shè)部件進行串行通信。并且可以定義三種工作方式：全雙工異步、半雙工同步主控和半雙工同步從動方式。

       2 PIC單片機控制Modem 實現(xiàn)異步串行通信
       利用PIC單片機，可實現(xiàn)對Modem的控制，從而進行異步通信。USART模塊在單片機的RX引腳上接收，在TX引腳上發(fā)送，串行信息的編碼方式采用1 位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。片內(nèi)提供了一個專用的8位波特率發(fā)生器BRG，利用來自時基振蕩器的系統(tǒng)時鐘信號，產(chǎn)生標準的波特率時鐘。USART 模塊的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)順序是地位在前。即首先發(fā)送最低位(LSB)。USART模塊的接收器和發(fā)送器在功能上是相互獨立的，但是它們所用的數(shù)據(jù)格式與波特率是相同的。

        2.1異步串行通信硬件連接
       PIC控制Modem串行通信的原理圖如圖1。

         PIC將要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串口送給本端Modem，將數(shù)字信號調(diào)制成可在模擬線路上傳輸?shù)哪M信號，并通過模擬線路傳給遠方的Modem。遠方的 Modem將收到的模擬信號還原為數(shù)字信號送給與其相連的PIC，PIC通過異步串口發(fā)送AT(請求)命令來實現(xiàn)對Modem控制進行串行通信，與 Modem接口按RS-232標準設(shè)計。PIC的輸入輸出電平為TTL電平，我們通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，實現(xiàn)與RS-232接口的匹配。系統(tǒng)中對 Modem的初始化、呼叫(應(yīng)答)、傳輸數(shù)據(jù)及掛機等都由PIC發(fā)送的AT命令通過存于Modem的Flash ROM中的程序控制完成。

          2.2 異步串行通信軟件設(shè)計

         2.2.1 PIC單片機與USART模塊相關(guān)的寄存器
　　

         PIC單片機USART模塊的兩條外接引腳是與輸入/輸出端口RC模塊公用的RC7/RX/DT和RC6/TX/CK兩條口線，與USART模塊有關(guān)的寄存器共有9個。
　　

        在此.就PIC工作于USART模式時，所涉及的一些位進行介紹，詳見表1。

       中斷控制寄存器INTCON，第一外圍設(shè)備中斷標志寄存器PIR1。第一外圍設(shè)備中斷屏蔽寄存器PIE1，端口C方向寄存器TRISC，發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA，接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA，發(fā)送寄存器TXREG，接收寄存器RCREG，波特率寄存器SPBRG。

       2.2.2 USART模塊波特率設(shè)置
　　

        USART模塊帶一個8位的波特率發(fā)生器(BRG)，BRG支持USART的同步方式和異步方式。用波特率寄存器SPBRG控制一個獨立的8位定時器周期。波特率發(fā)生器可以根據(jù)BRGH位(發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA的位2)的設(shè)置，產(chǎn)生兩種不同的移位速度，分別是對于系統(tǒng)時鐘16分頻和64分頻得到的波特率時鐘。用波特率寄存器SPBRG控制一個獨立的8位定時器周期。在異步方式下，BRGH位也被用來控制波特率；在同步方式下。不用BRGH位。表2給出了在主控方式下，不同USART工作方式的波特率計算公式(x為寫入SPBRG寄存器的值)。

　  2.2.3 通信程序設(shè)計
       要實現(xiàn)系統(tǒng)的正常數(shù)據(jù)傳輸，正確設(shè)置PIC異步串口USART至關(guān)重要。在此，以異步接收方式為例，編寫程序應(yīng)遵循以下幾個步驟：

       (1)選擇合適的波特率，然后根據(jù)表2計算出SPBRG寄存器的值(x)，并將其寫入SPBRG寄存器；
       (2)設(shè)置SYNC=0，SPEN=1，使USART工作于異步方式；
       (3)如需中斷功能，將中斷控制寄存器的中斷屏蔽GIE和PEIE置1，同時置第一外圍設(shè)備中斷屏蔽寄存器的RCIE=1；
       (4)如需接收9位數(shù)據(jù)，置接收狀態(tài)和控制寄存器的RX9=1；
       (5)置接收狀態(tài)和控制寄存器的CREN=1，激活接收器；
       (6)當一個字節(jié)接收完后，產(chǎn)生中斷請求，如果RCIE=1，便產(chǎn)生中斷；
       (7)讀RCSTA寄存器以便獲得第9位數(shù)據(jù)(如果選擇了接收9位數(shù)據(jù))，并且判斷是否在接收過程中發(fā)生了錯誤；
       (8)讀RCREG寄存器中已經(jīng)收到的8位數(shù)據(jù)；
       (9)如果發(fā)生了接收錯誤，通過置CREN=0以清除錯誤標志。
　　

       下面給出了串口的初始化程序：
       bsf STATUS,RP0 ;選擇存儲體1
       bcf STATUS,RP1
       bsf TRISC,7 ;設(shè)置RC7腳為輸入狀態(tài)
       bcf TRISC,6 ;設(shè)置RC6腳為輸出狀態(tài)
       movlw 25H ;設(shè)置波特率
       movwf SPBRG
       movlw 20H ;設(shè)定8位發(fā)送/接收
       movwf TXSTA ;設(shè)定異步方式。低速方式
       bsf PIE1,TXI ;使能發(fā)送器中斷
       bsf PIE1,RCIE ;使能接收器中斷
       bcf STATUS,RP0 ;選擇存儲體0
       movlw 0x90 ;設(shè)定8位接收，使能接收器
       movwf RCSTA ;使能串口
　　異步串行通信主程序框圖如圖2，中斷服務(wù)子程序框圖如圖3?！　　　　　　　　　　　　?/p>

2.3 Modem設(shè)置
       在Modem安裝好開通之前，須預(yù)先設(shè)置好Modem的初始狀態(tài)。PIC上電后，需對Modem進行復(fù)位操作，發(fā)送命令設(shè)置Modem結(jié)果碼形式。
        Modem初始化服務(wù)程序執(zhí)行Modem初始化命令和呼叫(應(yīng)答)等。Modem的呼叫、應(yīng)答采用自動方式。在進行通信之前，呼叫PIC發(fā)出ATD (專線方式)命令，Modem監(jiān)測線路上的載波。如果檢測到載波，則返回連接成功結(jié)果碼；否則返回?zé)o載波結(jié)果碼。兩端Modem正確可靠地建立起數(shù)據(jù)鏈路后。就可以進行數(shù)據(jù)通信了。通信完成以后，雙方Modem若要拆線掛機.則Modem由數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)為命令狀態(tài)，PIC發(fā)出ATH(掛機命令)實現(xiàn)掛機。掛機后要對Modem的自動應(yīng)答和中斷等狀態(tài)進行重新設(shè)置。

        3 PIC控制Modem 同步串行通信
        用PIC的同步串口USART控制Modem實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)通信，保證了數(shù)據(jù)的高效率和實時傳輸。PIC的USART模塊工作于同步方式時，RC7引腳被用做數(shù)據(jù)雙向傳輸通道DT，RC6引腳被用做時鐘發(fā)送/接收專線CK。線路上的數(shù)據(jù)格式可以是8位或者9位，由于利用時鐘專線進行雙方同步，就不需要起始位和停止位了。同步數(shù)據(jù)是在一條線路上雙向傳輸?shù)模鴷r鐘卻是在一條線路上固定從主機向從機單向發(fā)送的。
       同步串口的初始化與異步串口通信類似，程序設(shè)計可參照2.2，對Modem進行相應(yīng)的初始化，使其工作于同步模式。

       4 結(jié)論
       本系統(tǒng)用PIC單片機控制Modem的同步/異步串行通信，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程傳輸，可方便提供多種速率，硬件構(gòu)成簡單，軟件設(shè)計容易。在點對點的遠程數(shù)字終端維護中，傳輸數(shù)據(jù)、話音及傳真收到了很好的效果。