利用16C554實(shí)現主從式單片機遠距離通信擴展

摘要：通過(guò)16C554完成上位主機對多臺MODEM的控制，利用背靠背連接實(shí)現主機與下位機的遠距離通信。該系統已成功地用于城市交通路口的信息傳輸。

關(guān)鍵詞：MODEM 單片機系統 16C554 通信

引言

在交通路口的紅綠燈控制系統中，需要將各器口車(chē)流量、車(chē)速等狀態(tài)信息時(shí)傳到主控室，另外，上位主機隨時(shí)可能下發(fā)各種道路控制信息。這種遠距離通信常通過(guò)MODEM以點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行。常用MODEM通信鏈路的連接方式有兩種。第一種是通過(guò)電話(huà)以撥號方式完成通信鏈接。采用這種方式，上位主機與各路口機的距離可無(wú)限遠，但缺點(diǎn)是每個(gè)路口占用1個(gè)電話(huà)號。由于主機與路口機的通信是頻繁的，若不采用專(zhuān)線(xiàn)電話(huà)，則難以保證信息收發(fā)的實(shí)時(shí)性；而采用專(zhuān)線(xiàn)連接，勢必增加系統成本和設備開(kāi)銷(xiāo)。另一種連接是直接通過(guò)調制電纜連接兩臺MODEM，即背靠背連接。背靠背的連接在數據傳輸波特率為9600 baud時(shí)，通信距離可以達到10 km，完全能夠滿(mǎn)足中小城市道路控制系統中的通信要求。本系統采用了后一種連接方式。

1 系統硬件設計

系統由兩大部分組成：插在計算機中的上位主機和各路口的下位機。根據通信鏈路的連接方式，89C52為核心組成的上位主機需要通過(guò)多臺MODEM實(shí)現與各路口機的數據傳輸。系統選用了EXAR公司的UART（通用異步收發(fā)器）16C554來(lái)擴展單片機異步通信妝口。1片16C554可以完成對4臺MODEM的操作。下位路口機也是由89C52組成，對MODEM的操作通過(guò)其自身UART及部分P1口線(xiàn)實(shí)現。圖1為系統結構框圖。

1.1 MODEM鏈路的連接

系統采用背靠背連接方式，只要用調制電纜直接連接對應MODEM的Line口就實(shí)現了鏈路的連接。

1.2 上位主機電路組成

上位機主要完成兩部分工作。一是與計算機交換數據，將車(chē)輛檢測數據及當前各路口紅綠燈狀態(tài)等信息送計算機顯示，同時(shí)接收計算機下發(fā)的控制數據。這部分任務(wù)通過(guò)ISA總線(xiàn)完成，在這里不作敘述。二是控制MODEM與路口機鏈接，完成數據的收發(fā)。對MODEM的操作由單片機對16C554編程實(shí)現。圖2是上位主機的原理圖。其中62256用于暫存所有路口的收發(fā)數據；16C554用于擴展單片機的異步通信接口，實(shí)現對4路MODEM的控制；MAX238完成TTL電平至RS-232的電平轉換；GAL20V8實(shí)現擴展外設的譯碼。

16C554是內部帶有16字節收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨立的收發(fā)控制電路。4路標準的MODEM接口，通過(guò)軟件可分別設置允許每一路中斷。波特率、數據幀格式等也都可由軟件編程設置。該芯片可工作在24MHz或14.7464MHz，當時(shí)鐘頻率為24MHz時(shí)，數據傳輸率可達1.5Mbps；時(shí)鐘頻率為14.746 4MHz時(shí)，數據傳輸率達912.6Kbps，完全可以用于高速MODEM的控制中。

1.3 路口機電路組成

以89C52為核心的單片機系統實(shí)現了路口機的全部功能：與上位機的通信及車(chē)輛信息的處理。系統擴展了1片6264，現MODEM的通信接口由89C52內部的UART及P1口實(shí)現。圖3給出了通信接口的電路原理圖。

RS-232標準定義的接口有兩種形式：25針和9針。這里采用了9針連接器。當MODEM工作于全雙工方式時(shí)，不需要使用RTS/CTS握手信號。另外，背靠背的連接MODEM沒(méi)有接電話(huà)機，故無(wú)需檢測振鈴信號RI。這樣，9根線(xiàn)中只有連接6根線(xiàn)。

89C52單片機內部有1個(gè)全雙工的UART，但沒(méi)有對MODEM的控制接口。對MDOEM的控制由P1口實(shí)現，它們分別為載波檢測DCD、數據設備就緒DSR、數據終端就緒DTR，這樣共同實(shí)現MODEM的鏈接和數據的收發(fā)。

2 系統軟件設計

2.1 通信線(xiàn)路的鏈接與掉線(xiàn)的處理

采用背靠背連接方式，首先要解決通信的鏈接問(wèn)題。由于無(wú)振鈴信號觸發(fā)自動(dòng)應答，因此被動(dòng)一方的MODEM應在開(kāi)機工作過(guò)程中定時(shí)地云檢測裁波信號。如果鏈路未通，則采用應答方式摘機，直至鏈接成功。主動(dòng)方、被動(dòng)方MDOEM的通信鏈接過(guò)程如圖4所示。

根據系統要求，上位主機應能隨時(shí)發(fā)送命令或接收數據，這樣與上位機連接的MODEM定為主動(dòng)方。由于上位機與下位機的摘機是異步的，因此，上位機MDOEM等待載波建立時(shí)間要大于下位機MODEM等待載波的建立時(shí)間。這里上、下位機等待載波建立時(shí)間分別設為2.5min和50s。若上位機定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到而未建立鏈接，則被視為通信有問(wèn)題，通過(guò)計算機反映出鏈接失敗，同時(shí)下位機定時(shí)摘機時(shí)間可設為1min，這樣才能保證線(xiàn)路由于掛機或非正常掉線(xiàn)后能再次接通鏈路。

2.2 16C554的初始化

16C554集成有全部的MODEM控制邏輯，通過(guò)對其內部的13個(gè)寄存器的讀寫(xiě)，就可以完成對標準MODEM的操作。

系統上電后需先對16C554進(jìn)行初始化，包括設置波特率及傳輸數據的幀格式、設置中斷允許位、對FIFO的控制設置等。

INIMODEM：

MOV DPTR，#0F803H ；DPTR指向線(xiàn)控寄

；存器LCR

MOV A，#80H ；設置波特率

MOVX @DPTR，A

ANL DPL，#0F8H

MOV A，#0CH

MOVX @DPTR，A ；送波特率常數：9600baud

INC DPL

CLR A

MOVX @DPTR，A

INC DPL

INC DPL ；DPTR指向線(xiàn)控寄存器LCR

MOV A，#03H

MOVX @DPTR，A ；設置數據幀格式

INC DPL ；指向MODEM控制寄存器

MOV A，#01H

MOVX @DPTR，A ；置設備終端準備就緒

ANL DPL，#0F8H

ORL DPL，#02H ；指向MODEM控制寄存器

；MCR

MOV A，#03H ；置FIFO有效，清接收FIFO

ANL DPL，#0F08H

ORL DPL，#01H ；DPTR指向中斷允許寄存器

；IER

MOV A，#01H

MOVX @DPTR，A；設置接收寄存器中有數則

；中斷

RET

結束語(yǔ)

以背靠背方式連接的通信網(wǎng)絡(luò )，由于無(wú)需任何電話(huà)資源，對10km以?xún)鹊耐ㄐ胚B接，不失為較好的選擇。在實(shí)際應用中，為保證數據傳輸的實(shí)時(shí)性，系統在上電初始化后，即可以對線(xiàn)路進(jìn)行鏈接。正常情況下線(xiàn)路應處于鏈接狀態(tài)，這樣才能保證上位機對下位機的及時(shí)控制，避免線(xiàn)路重新鏈接帶的延遲。該系統已成功用于交通路口聯(lián)網(wǎng)控制。