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

　　在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，51單片機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)用來(lái)采集模擬量、開(kāi)關(guān)量，而中央控制計(jì)算機(jī)在控制室或調(diào)度室用來(lái)監(jiān)測(cè)整個(gè)控制現(xiàn)場(chǎng)。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(jī)與計(jì)算機(jī)通信方式
　　
　　利用51單片機(jī)串行接口和調(diào)制解調(diào)器及現(xiàn)有電話線，實(shí)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(jìn)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(duì)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(yàn)位和終止位。
　　
　　通信協(xié)議要求：在發(fā)送端，每傳送一個(gè)字符都必須有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)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(yàn)位和一個(gè)終止位的字符串進(jìn)行計(jì)數(shù)接收。

二、51單片機(jī)串行接口
　　
　　51單片機(jī)串行接口簡(jiǎn)介
　　
　　51單片機(jī)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(jī)串行接口為全雙工，即它可以同時(shí)發(fā)送和接收。兩個(gè)串行口寄存器通過(guò)特殊功能寄存器SBUF來(lái)訪問(wèn)，即寫入SBUF裝入發(fā)送寄存器，讀SBUF訪問(wèn)物理上分開(kāi)的接收寄存器，兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址99H。
　　
　　51單片機(jī)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(kuò)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(shí)，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(jī)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(jī)串口電平為TTL電平。因此，必須通過(guò)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(gè)專用芯片除了電平轉(zhuǎn)換外，還實(shí)現(xiàn)了正、負(fù)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。

圖1- 20為51單片機(jī)串口的實(shí)際轉(zhuǎn)換電路連接圖。考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)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(jìn)行測(cè)試)：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器上電時(shí)，燈亮；當(dāng)調(diào)制在自檢或診斷方式下時(shí)，此燈閃爍。
　　
　　TR(終端就緒)：當(dāng)RS - 232 DTR信號(hào)給出時(shí)，此燈亮。
　　
　　SD(發(fā)送數(shù)據(jù))：從本地?cái)?shù)據(jù)終端自本地調(diào)制解調(diào)器傳送數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)，RD燈閃爍。
　　
　　OH（摘機(jī)）：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器摘機(jī)時(shí)，OH燈亮；掛機(jī)時(shí)，OH燈滅。
　　
　　CD(載波檢測(cè))：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(hào)時(shí)，CD燈亮。
　　
　　AA(自動(dòng)應(yīng)答)：當(dāng)調(diào)制解調(diào)器設(shè)定在應(yīng)答方式時(shí)，AA燈亮；當(dāng)調(diào)制解調(diào)器檢測(cè)到從遠(yuǎn)方來(lái)的呼叫，而它又被置于自動(dòng)應(yīng)答方式時(shí)，在振鈴期間，AA燈滅。如不是自動(dòng)應(yīng)答方式，在振鈴期間，AA燈亮。
　　
　　VO(語(yǔ)音)：連接調(diào)制解調(diào)器的電話摘機(jī)時(shí)，VO燈亮；電話掛機(jī)時(shí)，VO燈滅。
　　
　　從圖1 - 21(b)可知，調(diào)制解調(diào)器有一個(gè)25芯的數(shù)據(jù)終端接口( DTE INTERFACE)。在這里只說(shuō)明幾根重要的信號(hào)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(qǐng)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(lái)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(gè)呼叫。每一條AT命令都對(duì)應(yīng)調(diào)制解調(diào)器的某種動(dòng)作。
　　
　　調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)之后，等待對(duì)方調(diào)制解調(diào)器送來(lái)的載波信號(hào)。如果在預(yù)定的時(shí)間（S7寄存器的值決定這一等待時(shí)間的長(zhǎng)短）沒(méi)有檢測(cè)到載波，則調(diào)制解調(diào)器自動(dòng)釋放線路并送回結(jié)果碼NO CARRIER; -旦檢測(cè)到載波信號(hào)，調(diào)制解調(diào)器送回結(jié)果碼CONNECT，進(jìn)入聯(lián)機(jī)狀態(tài)，即可與遠(yuǎn)方系統(tǒng)通信。

四、51單片機(jī)串行接口與調(diào)制解調(diào)器之間通信

　　1. 51單片機(jī)與調(diào)制解調(diào)器之間的連接線路
　　
　　圖1- 22為51單片機(jī)DB與調(diào)制解調(diào)器的連接線路。由圖1- 22可知：51單片機(jī)的9芯插座中的2針和3針?lè)謩e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(jī)的數(shù)字地5針與調(diào)制解調(diào)器中的信號(hào)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(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方中央控制計(jì)算機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)晶振為6 MHz時(shí)，選波特率為2 400，串口工作方式1。
　　
　　51單片機(jī)用定時(shí)器1作為串口波特率發(fā)生器。波特率計(jì)算公式為

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

　　
　　當(dāng)SMOD=0時(shí)，TH1=249. 49，圓整誤差過(guò)大。改為取SMOD=1，TH1=242. 98≈243=3H。51單片機(jī)系統(tǒng)波特率設(shè)為2 400，串口工作方式1，匯編語(yǔ)言如下：
　　
　　MOV TMOD，#20H ；定時(shí)器1工作，方式2
　　
　　MOV TH1，#OF3H ；裝8位計(jì)數(shù)器常數(shù)
　　
　　MOV TLl,# OF3H
　　
　　SEATB TR1 ；允許定時(shí)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(jī)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(hào)線。
　　
　　一般計(jì)算機(jī)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(jī)沒(méi)有這些握手線，在波特率一致時(shí)，能保證單個(gè)字節(jié)傳輸正確，但無(wú)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(lái)達(dá)到同步。
　　
　　當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一字節(jié)或若干字節(jié)時(shí)，一方面計(jì)算機(jī)采用一定的延時(shí)，另一方面等待51單片機(jī)接收正確的應(yīng)答信號(hào)。該信號(hào)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(jī)和遠(yuǎn)方中央控制機(jī)之間通信
　　
　　51單片機(jī)系統(tǒng)用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量等。當(dāng)發(fā)生越限時(shí)，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器呼叫中央控制計(jì)算機(jī)的電話號(hào)碼，聯(lián)通之后，發(fā)出當(dāng)前的告警狀態(tài)。中央控制計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器呼叫51單片機(jī)的電話號(hào)碼，聯(lián)通之后，調(diào)用51單片機(jī)的串口中斷程序，就可以知道當(dāng)前的模擬量、開(kāi)關(guān)量、設(shè)備號(hào)等數(shù)據(jù)。
　　
　　正常狀態(tài)時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)巡回調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)中51單片機(jī)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(shí)際應(yīng)用的程序流程圖。單片機(jī)主程序流程圖省略。下面解釋一下圖1 - 23(b)告警撥號(hào)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(kāi)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(hào)碼為6803412的中央控制機(jī)
　　
　　選擇等待載波／撥音的出廠時(shí)間值為50 s。
　　
　　通信協(xié)議規(guī)定使用ASCII碼，為使中央計(jì)算機(jī)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(jī)串行接口通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與中央控制計(jì)算機(jī)的雙向遠(yuǎn)程通信方法，也可以推廣為多個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)和中央控制計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信。