80C196KB與PC機之間的遠程通訊系統(tǒng)設計

在許多實時監(jiān)測系統(tǒng)中，經常需要接收距離較遠的測控點數(shù)據，如何快速可靠的實現(xiàn)數(shù)據的遠程傳輸是這些監(jiān)測系統(tǒng)必須解決的問題。在監(jiān)測現(xiàn)場，為了降低系統(tǒng)的成本，往往采用單片機系統(tǒng)作為數(shù)據采集和記錄單元；在中央控制中心，常常利用PC機來完成人機會話及與監(jiān)測現(xiàn)場的通信。數(shù)據的遠程傳輸目前經常用調制解調器（Modem）通過電話線來進行。本文將介紹一套實用的主從式遠程通記系統(tǒng)。其下位機由16位單片機80C196KB承提，上位機的管理平臺則基于界面友好、功能強大的Visual Basic 6.0。

1 80C196與PC間的通訊方式

用80C196KB單片機的串行接口和調制解調器以及現(xiàn)有的電話線來實現(xiàn)遠程雙向通訊的系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

在利用現(xiàn)有電話線進行數(shù)據傳輸?shù)拇型ㄓ崟r，必須把將要傳送的數(shù)據按先后順序，在公共信道上逐位傳送。

串行通訊對字符編碼、字符格式和傳輸速度都有具體規(guī)定，必須嚴格遵守。

異步串行通訊數(shù)據的傳送格式由四部分組成，即起始位、數(shù)據位、奇偶校驗位和終止位。通訊協(xié)議要求在發(fā)送端每傳送一個字符都必須要有起始位、數(shù)據位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串；而在接收端，也要按照起始位、數(shù)據位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串進行計數(shù)接收。

2 80C196KB與Modem間的接口

RS-232C的標準規(guī)定，邏輯“0”表示其電位應在+5～+15V之間，邏輯“1”表示其電位應在-5～-15V之間，而80C196KB單片機串口電閏為TTL電平，因此必須要通過電平轉換才能符合串行通訊標準。具體的接口電路如圖2所示。

電路中采用IN-TERSIL公司生產的只需+5V供電的串行收/發(fā)驅動器芯片ICL232來進行電平的轉換和驅動。當終端（196KB）處于操作規(guī)程狀態(tài)并可接收數(shù)據時，為了能將此信息傳送給MODEM，則必須使用管腳4上的數(shù)據終端就緒（DTR）信號；同樣地，為使終端設備（196KB）能夠將數(shù)據傳輸?shù)男畔⑼ㄖ{制解調器，就必須使用管腳7上的請求發(fā)送（RTS）信號。

由圖2可見，單片機DB（9芯）只給調制解調器的RS-232接口（9芯）提供三條信號線，即發(fā)送數(shù)據（TXD）、接收數(shù)據（RXD）和信號地SG。為了使數(shù)據鏈路能正常工作，可將調制解調器RS-232接口的4腳（DTR）和7腳（RTS）置高，以使之長期有效。

表1列出了RS-232的管腳及描述。表中的DTE為數(shù)據終端設備（Data Terminal Equipment）。本文中指下位機80C196KB和上位機PC，而DCE則表示數(shù)據通信設備（Data Communication Equipment）。本文中指調制解調器。

表1 RS-232各引腳描述

3 波特率設置

為了實現(xiàn)與遠方中央控制計算機正確可靠地通訊，雙方波特率必須一致?？紤]到所選信道為公用電話網，為兼顧數(shù)據傳輸?shù)母咚傩院涂煽啃裕闹袑⒉ㄌ芈识?600bps。

3.1 下位機部分

80C196KB串行口的波特率取決于16位波特率寄存器的內容。該寄存器應以連續(xù)2個字節(jié)進行裝載，低位字節(jié)優(yōu)先。寄存器的最高位用于選擇波特率發(fā)生器的輸入時鐘源，最高位為1，選用XTAL1（即晶體振蕩器）信號為源信號，否則選用自T2CLK引腳的信號為源信號。

80C196KB 的內部時鐘信號是經2分頻獲得的。若以BAUD-REG表示波特率寄存器的裝載值，那么在同步模式0時，BUAD-REG=XTAL1/(2×波特率)- 1或T2CLK/波特率；而在異步模式1、2和3時，其BAUD-REG=XTAL1/（16×波特率）-1或T2CLK/（8×波特率）。

80C196KB的通信方式設定為異步方式1時，可進行全雙工通訊，其格式為每10位構成一串行幀，其中包括1位起始位，8位數(shù)據位和1位停止位。

在本系統(tǒng)中，80C196KB的晶振為12MHz，因此，為使波特率達到9600，需將波特率寄存器賦值為804EH。

表2列出了采用XTAL1作為時鐘源時，異步模式下一些常用波特率所對應的波特率寄存器值。應注意，表中所列的值是根據上述公式計算所得的值再加上最高位“1”后得到的。

表2 常用波特率對應的波特率寄存器值

3.2 上位機部分

微機數(shù)據采集系統(tǒng)中的一個關鍵問題是要在Windows環(huán)境下編寫相應的通信程序。Windows應用編程接口（API）所提供的有關串行通訊的16個函數(shù)可以實現(xiàn)完整的通訊功能，但其應用較為復雜。而VB中有一個通訊控件MSComm，通過改變其屬性設置和編寫相應的程序，就能在Windows環(huán)境下方便地實現(xiàn)不同用戶的串行通訊要求。

利用下面的語句可以方便地設置傳輸波特率，MSComm1.Settings=“9600，N，8，1”

表明波特率為9600，無奇偶校驗位，8位數(shù)據位，1位停止位。

4 80C196KB和中央控制機的通訊

在本系統(tǒng)中，下位機為主叫端，上位機為應答端，它們通過公用電話網進行數(shù)據傳輸。其數(shù)據鏈路的建立、數(shù)據傳輸及結束通信的全過程如表3所列。

表3 數(shù)據傳輸過程表

調制解調器安裝好后，必須預先設置好調制解調器的初始狀態(tài)，然后再開通。否則通訊將不會成功。用戶對Modem初始化狀態(tài)的設置可以保存在非易失性RAM中。

下面對表3所列的傳輸過程進行說明。

（1）在握手初期，兩端的DTE需對Modem進行復位操作。為此，它們先給本端的Modem發(fā)ATZ命令。若Modem能執(zhí)行重設操作，便會返回結果碼OK，若Modem尚未與電話線連接，便返回NO DIALTONE，表示沒有撥號音。

（2）兩端DTE給各自的Modem發(fā)AT&F命令，調入Modem出廠缺省設置。

（3）主叫端DTE（196KB）向應答端Modem發(fā)撥號命令ATDT xxxx（ATDT表示音頻撥號，xxxx為對端的電話號碼）。當對端Modem檢測到振鈴（RING）后，由PC機控制并回送應答呼叫命令ATA。如果話路正常，則在一定的延時后，兩端Modem收到結果碼CONNECT 9600，并使Modem的CD指示燈亮，以表明數(shù)據傳輸鏈路成功建立。

（4）數(shù)據傳輸。

（5）數(shù)據通訊完成后，雙方Modem要拆鏈掛機。“+ + +”命令是由數(shù)據傳輸狀態(tài)轉為命令狀態(tài)的AT指令，它的前后必須有一段時間延時。當Modem狀態(tài)變?yōu)槊顮顟B(tài)時，可以用命令ATH來實現(xiàn)掛機。至此，兩臺Modem間的通訊任務就完成了。此時PC機內已存放了主機傳來的數(shù)據，將這些數(shù)據存入數(shù)據庫后可作進一步的處理。

5 數(shù)據傳輸?shù)牧髁靠刂坪蛡慑e糾錯

當兩端Modem正確可靠地建立起數(shù)據鏈路后就可以進行數(shù)據通訊了。在通過電話系統(tǒng)傳輸數(shù)據時，沒有一種簡單的方法能確保數(shù)據正確完整地到達對方。數(shù)據錯誤的發(fā)生可能有多種原因。由于串行通訊時數(shù)據是逐位發(fā)送的，因此即使極小的噪聲都有可能在多個位上造成嚴重錯誤，當波特率較高時出現(xiàn)錯誤更嚴重。在實際應用，常采用XMODEM協(xié)議對數(shù)據進行打包處理以檢測傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤，若檢測到錯誤信息，則要求重傳出現(xiàn)錯誤的數(shù)據信息。理論上講如果每個數(shù)據包都能正確地傳送，那么整個數(shù)據塊也將成功地傳送。XMODEM協(xié)議按照一套特定的準則控制著數(shù)據傳輸?shù)乃屑毠?jié)，其中包括如何啟動傳輸、包的大小、包的內容、正負應答以及如何完成傳輸?shù)取?/p>

XMODEM協(xié)議雖然較為成熟和完美，全過于復雜。本系統(tǒng)借鑒XMODEM協(xié)議的設計思想，并針對現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據的特點，設計了一套簡潔的流控和偵錯協(xié)議。從本系統(tǒng)的實際運行情況來看，該協(xié)議可保證數(shù)據的可靠傳輸，并能在話路質量較差時多次重發(fā)出錯的數(shù)據幀直到數(shù)據傳輸正確為止。
 
圖3為上位機通信子程序的流程圖，它主要利用VB6.0的通訊控件MSComm的ON COMM事件。

本系統(tǒng)在每次通信中，由80C196KB送給PC機的有效數(shù)據幀共4320幀，每幀113字節(jié)。其中有效字節(jié)112個，以3個FFH開頭，最后1個字節(jié)為異或結果，可用于傳輸后的異或校驗。在發(fā)送有效數(shù)據幀之前，下位機先發(fā)一個請求幀（仍為113字節(jié)），其幀結構為112個F0H加一異或結果。上位機收到該幀請求信號后，將回送握手成功信號，并作好接收有效數(shù)據的準備。下位機收到上位機發(fā)回的握手成功信號后，便將有效數(shù)據幀逐幀發(fā)送。

上位機對每幀數(shù)據的均要作異或校驗。如有錯誤的則回送失敗信號，并要求下位機重發(fā)；正確的則放入緩沖數(shù)組以備存庫，并回送成功信號。當有效數(shù)據幀發(fā)送完畢后，下位機將發(fā)一個結束幀，其幀結構為112個FCH加一個異或結果。上位機收到該幀結束信號后，發(fā)出AT命令“+ + +ATH”以拆鏈掛機。至此，數(shù)據通信過程結束，之后，上位機將緩沖數(shù)組里數(shù)據存入數(shù)據庫，以便日后進行數(shù)據分析。

6 結束語

利用公用電話網，80C196KB單片機系統(tǒng)可通過Modem與遠方監(jiān)控中心進行通訊。這種系統(tǒng)的軟硬件設計方案簡單可行，運行成本低，數(shù)據傳輸速率較高。本監(jiān)控系統(tǒng)已在現(xiàn)場投入使用，經受了實際考驗。可推廣應用于各類遠程通訊系統(tǒng)。