利用16C554實(shí)現(xiàn)主從式單片機(jī)遠(yuǎn)距離通信擴(kuò)展

摘要：通過(guò)16C554完成上位主機(jī)對(duì)多臺(tái)MODEM的控制，利用背靠背連接實(shí)現(xiàn)主機(jī)與下位機(jī)的遠(yuǎn)距離通信。該系統(tǒng)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(jī)系統(tǒng) 16C554 通信

引言

在交通路口的紅綠燈控制系統(tǒng)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(jī)隨時(shí)可能下發(fā)各種道路控制信息。這種遠(yuǎn)距離通信常通過(guò)MODEM以點(diǎn)對(duì)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)電話以撥號(hào)方式完成通信鏈接。采用這種方式，上位主機(jī)與各路口機(jī)的距離可無(wú)限遠(yuǎn)，但缺點(diǎn)是每個(gè)路口占用1個(gè)電話號(hào)。由于主機(jī)與路口機(jī)的通信是頻繁的，若不采用專(zhuān)線電話，則難以保證信息收發(fā)的實(shí)時(shí)性；而采用專(zhuān)線連接，勢(shì)必增加系統(tǒng)成本和設(shè)備開(kāi)銷(xiāo)。另一種連接是直接通過(guò)調(diào)制電纜連接兩臺(tái)MODEM，即背靠背連接。背靠背的連接在數(shù)據(jù)傳輸波特率為9600 baud時(shí)，通信距離可以達(dá)到10 km，完全能夠滿足中小城市道路控制系統(tǒng)中的通信要求。本系統(tǒng)采用了后一種連接方式。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由兩大部分組成：插在計(jì)算機(jī)中的上位主機(jī)和各路口的下位機(jī)。根據(jù)通信鏈路的連接方式，89C52為核心組成的上位主機(jī)需要通過(guò)多臺(tái)MODEM實(shí)現(xiàn)與各路口機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)選用了EXAR公司的UART（通用異步收發(fā)器）16C554來(lái)擴(kuò)展單片機(jī)異步通信妝口。1片16C554可以完成對(duì)4臺(tái)MODEM的操作。下位路口機(jī)也是由89C52組成，對(duì)MODEM的操作通過(guò)其自身UART及部分P1口線實(shí)現(xiàn)。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

1.1 MODEM鏈路的連接

系統(tǒng)采用背靠背連接方式，只要用調(diào)制電纜直接連接對(duì)應(yīng)MODEM的Line口就實(shí)現(xiàn)了鏈路的連接。

1.2 上位主機(jī)電路組成

上位機(jī)主要完成兩部分工作。一是與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，將車(chē)輛檢測(cè)數(shù)據(jù)及當(dāng)前各路口紅綠燈狀態(tài)等信息送計(jì)算機(jī)顯示，同時(shí)接收計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制數(shù)據(jù)。這部分任務(wù)通過(guò)ISA總線完成，在這里不作敘述。二是控制MODEM與路口機(jī)鏈接，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。對(duì)MODEM的操作由單片機(jī)對(duì)16C554編程實(shí)現(xiàn)。圖2是上位主機(jī)的原理圖。其中62256用于暫存所有路口的收發(fā)數(shù)據(jù)；16C554用于擴(kuò)展單片機(jī)的異步通信接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)4路MODEM的控制；MAX238完成TTL電平至RS-232的電平轉(zhuǎn)換；GAL20V8實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展外設(shè)的譯碼。

16C554是內(nèi)部帶有16字節(jié)收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨(dú)立的收發(fā)控制電路。4路標(biāo)準(zhǔn)的MODEM接口，通過(guò)軟件可分別設(shè)置允許每一路中斷。波特率、數(shù)據(jù)幀格式等也都可由軟件編程設(shè)置。該芯片可工作在24MHz或14.7464MHz，當(dāng)時(shí)鐘頻率為24MHz時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)1.5Mbps；時(shí)鐘頻率為14.746 4MHz時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)912.6Kbps，完全可以用于高速M(fèi)ODEM的控制中。

1.3 路口機(jī)電路組成

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

RS-232標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)MODEM工作于全雙工方式時(shí)，不需要使用RTS/CTS握手信號(hào)。另外，背靠背的連接MODEM沒(méi)有接電話機(jī)，故無(wú)需檢測(cè)振鈴信號(hào)RI。這樣，9根線中只有連接6根線。

89C52單片機(jī)內(nèi)部有1個(gè)全雙工的UART，但沒(méi)有對(duì)MODEM的控制接口。對(duì)MDOEM的控制由P1口實(shí)現(xiàn)，它們分別為載波檢測(cè)DCD、數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DSR、數(shù)據(jù)終端就緒DTR，這樣共同實(shí)現(xiàn)MODEM的鏈接和數(shù)據(jù)的收發(fā)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 通信線路的鏈接與掉線的處理

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(hào)觸發(fā)自動(dòng)應(yīng)答，因此被動(dòng)一方的MODEM應(yīng)在開(kāi)機(jī)工作過(guò)程中定時(shí)地云檢測(cè)裁波信號(hào)。如果鏈路未通，則采用應(yīng)答方式摘機(jī)，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(jù)系統(tǒng)要求，上位主機(jī)應(yīng)能隨時(shí)發(fā)送命令或接收數(shù)據(jù)，這樣與上位機(jī)連接的MODEM定為主動(dòng)方。由于上位機(jī)與下位機(jī)的摘機(jī)是異步的，因此，上位機(jī)MDOEM等待載波建立時(shí)間要大于下位機(jī)MODEM等待載波的建立時(shí)間。這里上、下位機(jī)等待載波建立時(shí)間分別設(shè)為2.5min和50s。若上位機(jī)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(jì)算機(jī)反映出鏈接失敗，同時(shí)下位機(jī)定時(shí)摘機(jī)時(shí)間可設(shè)為1min，這樣才能保證線路由于掛機(jī)或非正常掉線后能再次接通鏈路。

2.2 16C554的初始化

16C554集成有全部的MODEM控制邏輯，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的13個(gè)寄存器的讀寫(xiě)，就可以完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)MODEM的操作。

系統(tǒng)上電后需先對(duì)16C554進(jìn)行初始化，包括設(shè)置波特率及傳輸數(shù)據(jù)的幀格式、設(shè)置中斷允許位、對(duì)FIFO的控制設(shè)置等。

INIMODEM：

MOV DPTR，#0F803H ；DPTR指向線控寄

；存器LCR

MOV A，#80H ；設(shè)置波特率

MOVX @DPTR，A

ANL DPL，#0F8H

MOV A，#0CH

MOVX @DPTR，A ；送波特率常數(shù)：9600baud

INC DPL

CLR A

MOVX @DPTR，A

INC DPL

INC DPL ；DPTR指向線控寄存器LCR

MOV A，#03H

MOVX @DPTR，A ；設(shè)置數(shù)據(jù)幀格式

INC DPL ；指向MODEM控制寄存器

MOV A，#01H

MOVX @DPTR，A ；置設(shè)備終端準(zhǔn)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(shè)置接收寄存器中有數(shù)則

；中斷

RET

結(jié)束語(yǔ)

以背靠背方式連接的通信網(wǎng)絡(luò)，由于無(wú)需任何電話資源，對(duì)10km以?xún)?nèi)的通信連接，不失為較好的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，系統(tǒng)在上電初始化后，即可以對(duì)線路進(jìn)行鏈接。正常情況下線路應(yīng)處于鏈接狀態(tài)，這樣才能保證上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的及時(shí)控制，避免線路重新鏈接帶的延遲。該系統(tǒng)已成功用于交通路口聯(lián)網(wǎng)控制。