單片機和MODEM接口及遠程數據傳輸設計

　　隨著(zhù)自動(dòng)化程度的不斷提高，對現場(chǎng)數據遠程采集與傳輸的要求也日益提高，在電話(huà)通訊網(wǎng)絡(luò )相當普及的今天，最方便最靈活的方法就是采用MODEM（調制解調器）并借助于現有的模擬公用電話(huà)交換網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，經(jīng)過(guò)幾年的研究，筆者開(kāi)發(fā)了一種在單片機控制下通過(guò)公用電話(huà)交換機網(wǎng)絡(luò )做載體的數據傳輸系統，這種數據傳輸系統不受時(shí)間與地域的限制，并可隨時(shí)實(shí)時(shí)追蹤現場(chǎng)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(lái)控制MODEM 做些介紹。

　　1 系統組成

　　圖1 所示為該遠程數據采集系統的系統組成圖，整個(gè)系統主要由現場(chǎng)數據采集器和監控中心兩部分組成，現場(chǎng)數據采集器負責將所采集到的數據進(jìn)行預處理后打包， 并通過(guò)現場(chǎng)調制解調器MODEM、公用電話(huà)網(wǎng)和監控中心的MODEM 將數據發(fā)送到監控中心。然后監控中心將接收到的數據進(jìn)行處理、顯示、存儲和分析，并根據需要向現場(chǎng)發(fā)送控制指令，由于監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(jiǎn)單， 而軟件編寫(xiě)不是本文討論的重點(diǎn)，不再贅述。系統有兩種工作方式：即監控中心呼叫現場(chǎng)請求發(fā)送數據和現場(chǎng)呼叫監控中心主動(dòng)發(fā)送數據。

　　圖1 系統組成圖

　　2 MODEM 命令

　　由于MODEM 是將數據通過(guò)公用電話(huà)網(wǎng)進(jìn)行遠程發(fā)送和傳輸的橋梁，這里先將MODEM 的功能及用法做一介紹“MODEM 是“調制解調器”的英文縮寫(xiě)，所謂調制，就是將“0”和“1”的數字信號變成不同的頻率信號，調制到載波頻率上，并利用電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行模擬信號的傳送， 解調是調制的反過(guò)程， 即將載波頻率上的頻率信號解調成與其對應的數字信號，傳送至終端控制器。

　　目前，我們在市場(chǎng)上所見(jiàn)到的MODEM 都用賀氏兼容的指令集來(lái)管理和設定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(chēng)這些指令為“AT指令”。下面介紹幾個(gè)常見(jiàn)的MODEM 指令，這些指令都以回車(chē)（RETURN）結尾。

　　ATA：手動(dòng)應答指令，強迫MODEM 摘機并檢測載波;

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

　　ATV0： MODEM 以數字形式回應信息，即MODEM 收到指令后，以數字形式返回結果碼;

　　ATF：參數恢復為出廠(chǎng)值;

　　ATD0：忽略DTR信號;

　　ATS0：將DSR信號設定為ON;

　　ATD：發(fā)出撥號指令;

　　ATW0：將MODEM 目前的參數狀態(tài)存儲在參數表0 中;

　　ATY0：當MODEM 初始上電時(shí)，調用存儲的參數表0;

　　ATZ0： 復位MODEM 并啟用存儲的第0組參數表;

　　ATZ=X：將電話(huà)號碼X存儲在MODEM 的內部存儲器中;

　　ATDS：撥出MODEM 預存儲的電話(huà)號碼。

　　那么，單片機如何利用這些指令來(lái)操作MODEM呢？下面以發(fā)送指令ATA為例來(lái)加以說(shuō)明，程序采用C51編寫(xiě)，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 數據緩沖區地址*/

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

　　/*0x0d為回車(chē)（return）控制符*/

　　void send-code （unsigned char code *send_addr，

　　unsigned char send_sum）;

　　/*發(fā)送函數聲明，形式參數為發(fā)送

　　首地址和發(fā)送字符個(gè)數*/

　　void main（）

　　{

　　……

　　send_code（ATA，4）; /*發(fā)送ATA應答命令*/

　　……

　　}

　　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，對本系統設計中的MODEM 做了如下初始化：

　　ATFE0V0D0S0Y0W0

　　3 接口電路

　　圖2 為該現場(chǎng)數據采集系統中單片機和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內核，在指令上與MCS-51完全兼容，內含8k的電可擦除MTP ROM（Multiple-Time Programmable ROM）。其內部串口能和其它有串口的通訊設備一起進(jìn)行數據采集（這部分在圖2中沒(méi)畫(huà)出）;

　　圖2 單片機和MODEM 的接口電路

　　考慮到所采集的數據較多，故擴展了一片8155 作為外部數據存儲器，并兼做并行數據采集接口，其內部14 位定時(shí)器作為分頻器使用;另擴展的一片8251 用來(lái)和MODEM 接口，8251的內部工作時(shí)序，發(fā)送器時(shí)鐘和接收器時(shí)鐘需要外部輸入，在設計中，單片機提供的ALE信號作為其外部輸入，因而無(wú)需單獨設計分頻器，由于在單片機訪(fǎng)問(wèn)外部存貯器時(shí)， ALE要丟失一個(gè)周期，因而采用圖2所示的方法，可充分利用系統資源，根據接收時(shí)鐘輸入RXCLK和發(fā)送時(shí)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，在本系統中，發(fā)送波特率和接收波特率相同，都由8155定時(shí)器分頻輸出TMROUT供給。發(fā)送數據可根據系統要求在主程序中完成，接收數據緩沖區請求輸出RXRDY經(jīng)74LS02反向后接78E52B的中斷輸入INT0，接收數據采用中斷方式控制，系統設計時(shí)忽略了DSR信號， 因而在圖2 中將其直接接地;

　　RS232 接口電平轉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所有RS232電平的驅動(dòng)與轉換。

　　4 現場(chǎng)數據采集器的功能及原理

　　現場(chǎng)數據采集器有兩種工作方式， 即主叫方式和被叫應答方式。主叫方式就是現場(chǎng)數據采集器主動(dòng)呼叫監控中心;被叫應答方式是在現場(chǎng)數據采集器收到監控中心的呼叫振鈴后響應應答指令。另外，現場(chǎng)數據采集器具有遠程設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 現場(chǎng)數據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(shí)鐘輸