單片機串行接口和調(diào)制解調(diào)器如何實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信

　　在工業(yè)測控系統(tǒng)中，51單片機在現(xiàn)場用來采集模擬量、開關(guān)量，而中央控制計算機在控制室或調(diào)度室用來監(jiān)測整個控制現(xiàn)場。它們之間的數(shù)據(jù)傳送可構(gòu)成局部網(wǎng)絡(luò)、多用戶系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)。

一、51單片機與計算機通信方式
　　
　　利用51單片機串行接口和調(diào)制解調(diào)器及現(xiàn)有電話線，實現(xiàn)遠(yuǎn)程雙向通信的方框圖如圖1-18所示。

　　
　　在利用現(xiàn)有電話線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇型ㄐ胖校褜⒁獋魉偷臄?shù)據(jù)按先后順序，在公共信道上逐位傳送。
　　
　　串行通信對字符的編碼、字符格式和傳輸速率都有具體規(guī)定，必須嚴(yán)格遵守。異步串行通信數(shù)據(jù)的傳送格式由4部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和終止位。
　　
　　通信協(xié)議要求：在發(fā)送端，每傳送一個字符都必須有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串；在接收端，也要按照起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串進行計數(shù)接收。

二、51單片機串行接口
　　
　　51單片機串行接口簡介
　　
　　51單片機引腳中P3.0（10腳）為RxD(串行輸入口)，P3.1（11腳）為TxD(串行輸出口)。
　　
　　51單片機串行接口為全雙工，即它可以同時發(fā)送和接收。兩個串行口寄存器通過特殊功能寄存器SBUF來訪問，即寫入SBUF裝入發(fā)送寄存器，讀SBUF訪問物理上分開的接收寄存器，兩個緩沖器共用一個地址99H。
　　
　　51單片機串行接口有4種工作方式。通信只使用方式1，2，3；方式0主要用于擴展并行輸入／輸出口。
　　
　　●方式0 在方式0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式。其波特率是固定的，為osc／12。數(shù)據(jù)由RxD端輸入，同步移位脈沖由TxD端輸出，發(fā)送、接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先。
　　
　　●方式1在方式1狀態(tài)下，串行口為8位異步通信接口，一幀信息為10位：1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位（低位在先）和1位停止位(1)，波特率可變。
　　
　　●方式2和3 串行口在方式2，3時，為9位異步通信接口，發(fā)送、接收一幀信息由11位組成，1位可編程數(shù)據(jù)位（第9位數(shù)據(jù)位）和1位停止位(1)。
　　
　　方式2的波特率固定為osc/64/2SMOD，即fosc/32或osc/64。方式3的波特率可變。
　　
　　2、51單片機串行接口的電平轉(zhuǎn)換
　　
　　RS - 232C的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：邏輯0為+5～+15 V，邏輯1為-5～-15 V，而51單片機串口電平為TTL電平。因此，必須通過電平轉(zhuǎn)換，才能符合串行通信標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　電平轉(zhuǎn)換采用MC1488和MC1489。圖1-19為其引腳圖。MC1488輸入電平為TTL電平，輸出電平為RS - 232C電平。MC1489輸入電平為RS - 232C電平，輸出電平為TTL電平。以上兩個專用芯片除了電平轉(zhuǎn)換外，還實現(xiàn)了正、負(fù)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。

圖1- 20為51單片機串口的實際轉(zhuǎn)換電路連接圖。考慮到現(xiàn)場干擾因素，為了抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，串口電路中加了兩片TiL117光電耦合器，以增強數(shù)據(jù)傳送的可靠性。

　　三、賀氏(Hayes)調(diào)制解調(diào)器介紹
　　
　　本系統(tǒng)采用Hayes OPTIMA 336調(diào)制解調(diào)器，前面板有一組狀態(tài)指示燈，如圖1- 21(a)所示。
　　
　　MR(調(diào)制解調(diào)器就緒／進行測試)：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器上電時，燈亮；當(dāng)調(diào)制在自檢或診斷方式下時，此燈閃爍。
　　
　　TR(終端就緒)：當(dāng)RS - 232 DTR信號給出時，此燈亮。
　　
　　SD(發(fā)送數(shù)據(jù))：從本地數(shù)據(jù)終端自本地調(diào)制解調(diào)器傳送數(shù)據(jù)時，SD燈閃爍。
　　
　　RD(接收數(shù)據(jù))：從本地調(diào)制解調(diào)器自其所連接的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)時，RD燈閃爍。
　　
　　OH（摘機）：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器摘機時，OH燈亮；掛機時，OH燈滅。
　　
　　CD(載波檢測)：本地調(diào)制解調(diào)器從遠(yuǎn)方調(diào)制解調(diào)器收到有效數(shù)據(jù)載波信號時，CD燈亮。
　　
　　AA(自動應(yīng)答)：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器設(shè)定在應(yīng)答方式時，AA燈亮；當(dāng)調(diào)制解調(diào)器檢測到從遠(yuǎn)方來的呼叫，而它又被置于自動應(yīng)答方式時，在振鈴期間，AA燈滅。如不是自動應(yīng)答方式，在振鈴期間，AA燈亮。
　　
　　VO(語音)：連接調(diào)制解調(diào)器的電話摘機時，VO燈亮；電話掛機時，VO燈滅。
　　
　　從圖1 - 21(b)可知，調(diào)制解調(diào)器有一個25芯的數(shù)據(jù)終端接口( DTE INTERFACE)。在這里只說明幾根重要的信號線。
　　
　　2針：發(fā)送數(shù)據(jù)入Modem；
　　
　　3針：接收數(shù)據(jù)出Modem；
　　
　　4針：請求發(fā)送入Modem；
　　
　　5針：允許發(fā)送出Modem；
　　
　　6針：數(shù)據(jù)就緒 出Modem。
　　
　　所有的賀氏調(diào)制解調(diào)器支持一組通用的AT命令、S寄存器和結(jié)果碼集。
　　
　　AT命令可以用來配置調(diào)制解調(diào)器與軟件共同工作，與遠(yuǎn)端系統(tǒng)通信，發(fā)起或應(yīng)答一個呼叫。每一條AT命令都對應(yīng)調(diào)制解調(diào)器的某種動作。
　　
　　調(diào)制解調(diào)器撥號之后，等待對方調(diào)制解調(diào)器送來的載波信號。如果在預(yù)定的時間（S7寄存器的值決定這一等待時間的長短）沒有檢測到載波，則調(diào)制解調(diào)器自動釋放線路并送回結(jié)果碼NO CARRIER; -旦檢測到載波信號，調(diào)制解調(diào)器送回結(jié)果碼CONNECT，進入聯(lián)機狀態(tài)，即可與遠(yuǎn)方系統(tǒng)通信。

四、51單片機串行接口與調(diào)制解調(diào)器之間通信

　　1. 51單片機與調(diào)制解調(diào)器之間的連接線路
　　
　　圖1- 22為51單片機DB與調(diào)制解調(diào)器的連接線路。由圖1- 22可知：51單片機的9芯插座中的2針和3針分別與調(diào)制解調(diào)器25芯插座中的2針和3針相連；51單片機的數(shù)字地5針與調(diào)制解調(diào)器中的信號地7針相連。調(diào)制解調(diào)器的4針、5針、8針相連；6針和20針相連。

　　
　　2．波特率設(shè)置
　　
　　為了實現(xiàn)與遠(yuǎn)方中央控制計算機正確可靠地通信，雙方波特率必須一致。RS - 232C標(biāo)準(zhǔn)波特率為：50，75 ,110 ,150，300，600.1 200，2 400，4 800，9 600及19 200。
　　
　　當(dāng)51單片機應(yīng)用系統(tǒng)晶振為6 MHz時，選波特率為2 400，串口工作方式1。
　　
　　51單片機用定時器1作為串口波特率發(fā)生器。波特率計算公式為

在任何情況下，若定時器1的C根號T=0，則計數(shù)率為振蕩頻率的1／12。即

　　
　　當(dāng)SMOD=0時，TH1=249. 49，圓整誤差過大。改為取SMOD=1，TH1=242. 98≈243=3H。51單片機系統(tǒng)波特率設(shè)為2 400，串口工作方式1，匯編語言如下：
　　
　　MOV TMOD，#20H ；定時器1工作，方式2
　　
　　MOV TH1，#OF3H ；裝8位計數(shù)器常數(shù)
　　
　　MOV TLl,# OF3H
　　
　　SEATB TR1 ；允許定時器1工作
　　
　　MOV SCON，#50H ；串口按方式1工作，允許串行接收
　　
　　MOV PCON，#80H ；SMOD置位

3.數(shù)據(jù)同步

　　51單片機雖有串行輸人口、串行輸出口，但不具有RTS，CTS，DTR，TxC，RxC等標(biāo)準(zhǔn)RS- 2320接口的握手信號線。
　　
　　一般計算機串行口只具有異步工作方式。在異步串行通信中，波特率的一致性是數(shù)據(jù)位同步的保證，而幀同步只能靠幾根握手控制線了。51單片機沒有這些握手線，在波特率一致時，能保證單個字節(jié)傳輸正確，但無法保證大量數(shù)據(jù)接收正確，有可能導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)丟失。本系統(tǒng)用軟件方法來達(dá)到同步。
　　
　　當(dāng)計算機發(fā)送一字節(jié)或若干字節(jié)時，一方面計算機采用一定的延時，另一方面等待51單片機接收正確的應(yīng)答信號。該信號既可表示接收到的數(shù)據(jù)正確與否，又可起到同步作用。
　　
　　4. 51單片機和遠(yuǎn)方中央控制機之間通信
　　
　　51單片機系統(tǒng)用來采集現(xiàn)場的模擬量、開關(guān)量等。當(dāng)發(fā)生越限時，通過調(diào)制解調(diào)器呼叫中央控制計算機的電話號碼，聯(lián)通之后，發(fā)出當(dāng)前的告警狀態(tài)。中央控制計算機通過調(diào)制解調(diào)器呼叫51單片機的電話號碼，聯(lián)通之后，調(diào)用51單片機的串口中斷程序，就可以知道當(dāng)前的模擬量、開關(guān)量、設(shè)備號等數(shù)據(jù)。
　　
　　正常狀態(tài)時，中央控制計算機巡回調(diào)用現(xiàn)場中51單片機的串口中斷程序，就可以得到所需要的各種數(shù)據(jù)。

　　圖1- 23為本系統(tǒng)實際應(yīng)用的程序流程圖。單片機主程序流程圖省略。下面解釋一下圖1 - 23(b)告警撥號中有關(guān)調(diào)制解調(diào)器的命令。

　　注：# OIH是連接已經(jīng)叫通的數(shù)字結(jié)果碼
　　
　　ATSO=3 選擇開始應(yīng)答前振鈴數(shù)為3次
　　
　　ATVO 結(jié)果碼以數(shù)字形式顯示
　　
　　AT8F 出廠缺省值
　　
　　ATDT 6803412 以雙音頻方式呼叫假設(shè)電話號碼為6803412的中央控制機
　　
　　選擇等待載波／撥音的出廠時間值為50 s。
　　
　　通信協(xié)議規(guī)定使用ASCII碼，為使中央計算機接收命令清晰，每條命令之后須加CR(換行)。
　　
　　本節(jié)介紹的51單片機串行接口通過調(diào)制解調(diào)器與中央控制計算機的雙向遠(yuǎn)程通信方法，也可以推廣為多個單片機系統(tǒng)和中央控制計算機的遠(yuǎn)程通信。