單片機和MODEM接口及遠程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

　　隨著自動化程度的不斷提高，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠程采集與傳輸?shù)囊笠踩找嫣岣撸陔娫捦ㄓ?span id="pjbfzrd" class=hrefStyle>網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)普及的今天，最方便最靈活的方法就是采用MODEM（調(diào)制解調(diào)器）并借助于現(xiàn)有的模擬公用電話交換網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過幾年的研究，筆者開發(fā)了一種在單片機控制下通過公用電話交換機網(wǎng)絡(luò)做載體的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，這種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)不受時間與地域的限制，并可隨時實時追蹤現(xiàn)場資料的變化情況，從而為遠程故障的診斷和排除提供了便利。

　　由于目前國內(nèi)有關(guān)單片機和MODEM的接口資料很少，所以，本文主要就單片機和MODEM接口及如何利用AT命令來控制MODEM 做些介紹。

　　1 系統(tǒng)組成

　　圖1 所示為該遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖，整個系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)控中心兩部分組成，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)將所采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后打包， 并通過現(xiàn)場調(diào)制解調(diào)器MODEM、公用電話網(wǎng)和監(jiān)控中心的MODEM 將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。然后監(jiān)控中心將接收到的數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲和分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場發(fā)送控制指令，由于監(jiān)控中心采用計算機與MODEM 直接相連的方式， 因此硬件接口比較簡單， 而軟件編寫不是本文討論的重點，不再贅述。系統(tǒng)有兩種工作方式：即監(jiān)控中心呼叫現(xiàn)場請求發(fā)送數(shù)據(jù)和現(xiàn)場呼叫監(jiān)控中心主動發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　圖1 系統(tǒng)組成圖

　　2 MODEM 命令

　　由于MODEM 是將數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)進行遠程發(fā)送和傳輸?shù)臉蛄?，這里先將MODEM 的功能及用法做一介紹“MODEM 是“調(diào)制解調(diào)器”的英文縮寫，所謂調(diào)制，就是將“0”和“1”的數(shù)字信號變成不同的頻率信號，調(diào)制到載波頻率上，并利用電話線進行模擬信號的傳送， 解調(diào)是調(diào)制的反過程， 即將載波頻率上的頻率信號解調(diào)成與其對應(yīng)的數(shù)字信號，傳送至終端控制器。

　　目前，我們在市場上所見到的MODEM 都用賀氏兼容的指令集來管理和設(shè)定MODEM 的各項操作和通訊功能，而一般這些指令皆以AT為前置碼，所以稱這些指令為“AT指令”。下面介紹幾個常見的MODEM 指令，這些指令都以回車（RETURN）結(jié)尾。

　　ATA：手動應(yīng)答指令，強迫MODEM 摘機并檢測載波;

　　ATE0： 指令不回應(yīng)，即向MODEM 發(fā)送的指令不在終端回顯;

　　ATV0： MODEM 以數(shù)字形式回應(yīng)信息，即MODEM 收到指令后，以數(shù)字形式返回結(jié)果碼;

　　ATF：參數(shù)恢復(fù)為出廠值;

　　ATD0：忽略DTR信號;

　　ATS0：將DSR信號設(shè)定為ON;

　　ATD：發(fā)出撥號指令;

　　ATW0：將MODEM 目前的參數(shù)狀態(tài)存儲在參數(shù)表0 中;

　　ATY0：當(dāng)MODEM 初始上電時，調(diào)用存儲的參數(shù)表0;

　　ATZ0： 復(fù)位MODEM 并啟用存儲的第0組參數(shù)表;

　　ATZ=X：將電話號碼X存儲在MODEM 的內(nèi)部存儲器中;

　　ATDS：撥出MODEM 預(yù)存儲的電話號碼。

　　那么，單片機如何利用這些指令來操作MODEM呢？下面以發(fā)送指令A(yù)TA為例來加以說明，程序采用C51編寫，該程序只給出了相關(guān)的部分，

　　#include P>

　　#include P>

　　#define U8251_C XBYTE［0xfd00］

　　/* 定義8251 控制/狀態(tài)字地址*/

　　#define U8251_D XBYTE［0xfc00］

　　/*定義8251 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址*/

　　unsigned char code ATA［4］={‘A’，‘T’，‘A’，0x0d};

　　/*0x0d為回車（return）控制符*/

　　void send-code （unsigned char code *send_addr，

　　unsigned char send_sum）;

　　/*發(fā)送函數(shù)聲明，形式參數(shù)為發(fā)送

　　首地址和發(fā)送字符個數(shù)*/

　　void main（）

　　{

　　……

　　send_code（ATA，4）; /*發(fā)送ATA應(yīng)答命令*/

　　……

　　}

　　void send_code（unsigned char code *send_addr，

　　unsigned char send_sum）

　　{

　　do{

　　while（（U8251_c0x05）！=0x05）;

　　U8251_D=*send_addr;

　　send_addr++;

　　}while（--send_sum）;

　　}

　　為了單片機對MODEM 的控制和操作，對本系統(tǒng)設(shè)計中的MODEM 做了如下初始化：

　　ATFE0V0D0S0Y0W0

　　3 接口電路

　　圖2 為該現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中單片機和MODEM的接口電路圖， 單片機選用Winbord（華幫）公司生產(chǎn)的高性能低功耗單片機W78E52B，它采用80C31內(nèi)核，在指令上與MCS-51完全兼容，內(nèi)含8k的電可擦除MTP ROM（Multiple-Time Programmable ROM）。其內(nèi)部串口能和其它有串口的通訊設(shè)備一起進行數(shù)據(jù)采集（這部分在圖2中沒畫出）;

　　圖2 單片機和MODEM 的接口電路

　　考慮到所采集的數(shù)據(jù)較多，故擴展了一片8155 作為外部數(shù)據(jù)存儲器，并兼做并行數(shù)據(jù)采集接口，其內(nèi)部14 位定時器作為分頻器使用;另擴展的一片8251 用來和MODEM 接口，8251的內(nèi)部工作時序，發(fā)送器時鐘和接收器時鐘需要外部輸入，在設(shè)計中，單片機提供的ALE信號作為其外部輸入，因而無需單獨設(shè)計分頻器，由于在單片機訪問外部存貯器時， ALE要丟失一個周期，因而采用圖2所示的方法，可充分利用系統(tǒng)資源，根據(jù)接收時鐘輸入RXCLK和發(fā)送時鐘輸入TXCLK的不同，8251 的發(fā)送波特率和接收波特率可以不同，在本系統(tǒng)中，發(fā)送波特率和接收波特率相同，都由8155定時器分頻輸出TMROUT供給。發(fā)送數(shù)據(jù)可根據(jù)系統(tǒng)要求在主程序中完成，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)請求輸出RXRDY經(jīng)74LS02反向后接78E52B的中斷輸入INT0，接收數(shù)據(jù)采用中斷方式控制，系統(tǒng)設(shè)計時忽略了DSR信號， 因而在圖2 中將其直接接地;

　　RS232 接口電平轉(zhuǎn)換電路采用一片具有五對輸入和輸出的MSX238，它自帶電荷泵，采用單5伏電源，只用一片便可提供本系統(tǒng)所有RS232電平的驅(qū)動與轉(zhuǎn)換。

　　4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的功能及原理

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器有兩種工作方式， 即主叫方式和被叫應(yīng)答方式。主叫方式就是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器主動呼叫監(jiān)控中心;被叫應(yīng)答方式是在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器收到監(jiān)控中心的呼叫振鈴后響應(yīng)應(yīng)答指令。另外，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器具有遠程設(shè)置主叫呼叫號碼的功能，其軟件編制流程圖如圖3 所示。

　　圖3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的程序流程圖

　　4.1 通訊波特率

　　8251 的通訊波特率取決于RXCLK和TXCLK的時鐘輸