PIC單片機控制Modem的串列通信設計

    在工程中，常採用Modem通過模擬線路進行數據的遠程傳輸。我們用工業級PIC16F87系列單片機控制Modem完成串列非同步/同步通信，在較低速率的線路上實現了數據的實時傳輸，收到了很好的效果。本文就系統中PIC單片機控制Modem的串列通信技術，在硬體、軟體兩方面進行了分析。

1 PIC單片機及其同步/非同步串列介面USART模塊功能簡介
    PIC16F877A單片機內部有8K*14的FLASH程序存儲器和512字的RAM數據存儲器：不僅採用哈佛體系結構，而且還採用哈佛匯流排結構，流水線操作，PIC16F877A大大提高了指令執行速度，PIC單片機的系統時鐘可以工作在DC-20MHz的頻率範圍之內。優化的CPU結構，加上精簡指令集(RISC)技術，更加快了指令執行速度，這為複雜控制演算法的實現提供了良好的條件。
     本系統採用的是PIC16F87系列單片機，其內部集成了同步/非同步串列介面USART模塊，適合同單片機外部擴展獨立的外設部件進行串列通信。並且可以定義三種工作方式：全雙工非同步、半雙工同步主控和半雙工同步從動方式。

2 PIC單片機控制Modem 實現非同步串列通信
    利用PIC單片機，可實現對Modem的控制，從而進行非同步通信。USART模塊在單片機的RX引腳上接收，在TX引腳上發送，串列信息的編碼方式採用1位起始位、8位數據位和1位停止位。片內提供了一個專用的8位波特率發生器BRG，利用來自時基振蕩器的系統時鐘信號，產生標準的波特率時鐘。USART 模塊的接收和發送數據順序是地位在前。即首先發送最低位(LSB)。USART模塊的接收器和發送器在功能上是相互獨立的，但是它們所用的數據格式與波特率是相同的。

2.1非同步串列通信硬體連接
    PIC控制Modem串列通信的原理圖如圖1。
 
    PIC將要發送的數據通過串口送給本端Modem，將數字信號調製成可在模擬線路上傳輸的模擬信號，並通過模擬線路傳給遠方的Modem。遠方的Modem將收到的模擬信號還原為數字信號送給與其相連的PIC，PIC通過非同步串口發送AT(請求)命令來實現對Modem控制進行串列通信，與Modem介面按RS-232標準設計。PIC的輸入輸出電平為TTL電平，我們通過電平轉換晶元MAX232，實現與RS-232介面的匹配。系統中對Modem的初始化、呼叫(應答)、傳輸數據及掛機等都由PIC發送的AT命令通過存於Modem的Flash ROM中的程序控制完成。

2.2 非同步串列通信軟體設計
2.2.1 PIC單片機與USART模塊相關的寄存器
    PIC單片機USART模塊的兩條外接引腳是與輸入/輸出埠RC模塊公用的RC7/RX/DT和RC6/TX/CK兩條口線，與USART模塊有關的寄存器共有9個。
    在此.就PIC工作於USART模式時，所涉及的一些位進行介紹，詳見表1。
 
    中斷控制寄存器INTCON，第一外圍設備中斷標誌寄存器PIR1。第一外圍設備中斷屏蔽寄存器PIE1，埠C方向寄存器TRISC，發送狀態和控制寄存器TXSTA，接收狀態和控制寄存器RCSTA，發送寄存器TXREG，接收寄存器RCREG，波特率寄存器SPBRG。
2.2.2 USART模塊波特率設置
    USART模塊帶一個8位的波特率發生器(BRG)，BRG支持USART的同步方式和非同步方式。用波特率寄存器SPBRG控制一個獨立的8位定時器周期。波特率發生器可以根據BRGH位(發送狀態和控制寄存器TXSTA的位2)的設置，產生兩種不同的移位速度，分別是對於系統時鐘16分頻和64分頻得到的波特率時鐘。用波特率寄存器SPBRG控制一個獨立的8位定時器周期。在非同步方式下，BRGH位也被用來控制波特率；在同步方式下。不用BRGH位。表2給出了在主控方式下，不同USART工作方式的波特率計算公式(x為寫入SPBRG寄存器的值)。
 

2.2.3 通信程序設計
    要實現系統的正常數據傳輸，正確設置PIC非同步串口USART至關重要。在此，以非同步接收方式為例，編寫程序應遵循以下幾個步驟：
(1)選擇合適的波特率，然後根據表2計算出SPBRG寄存器的值(x)，並將其寫入SPBRG寄存器；
(2)設置SYNC=0，SPEN=1，使USART工作於非同步方式；
(3)如需中斷功能，將中斷控制寄存器的中斷屏蔽GIE和PEIE置1，同時置第一外圍設備中斷屏蔽寄存器的RCIE=1；
(4)如需接收9位數據，置接收狀態和控制寄存器的RX9=1；
(5)置接收狀態和控制寄存器的CREN=1，激活接收器；
(6)當一個位元組接收完后，產生中斷請求，如果RCIE=1，便產生中斷；
(7)讀RCSTA寄存器以便獲得第9位數據(如果選擇了接收9位數據)，並且判斷是否在接收過程中發生了錯誤；
(8)讀RCREG寄存器中已經收到的8位數據；
(9)如果發生了接收錯誤，通過置CREN=0以清除錯誤標誌。
下面給出了串口的初始化程序：
bsf STATUS,RP0 ;選擇存儲體1
bcf STATUS,RP1
bsf TRISC,7 ;設置RC7腳為輸入狀態
bcf TRISC,6 ;設置RC6腳為輸出狀態
movlw 25H ;設置波特率
movwf SPBRG
movlw 20H ;設定8位發送/接收
movwf TXSTA ;設定非同步方式。低速方式
bsf PIE1,TXI ;使能發送器中斷
bsf PIE1,RCIE ;使能接收器中斷
bcf STATUS,RP0 ;選擇存儲體0
movlw 0x90 ;設定8位接收，使能接收器
movwf RCSTA ;使能串口
    非同步串列通信主程序框圖如圖2，中斷服務子程序框圖如圖3。
 
2.3 Modem設置
    在Modem安裝好開通之前，須預先設置好Modem的初始狀態。PIC上電后，需對Modem進行複位操作，發送命令設置Modem結果碼形式。
    Modem初始化服務程序執行Modem初始化命令和呼叫(應答)等。Modem的呼叫、應答採用自動方式。在進行通信之前，呼叫PIC發出ATD (專線方式)命令，Modem監測線路上的載波。如果檢測到載波，則返回連接成功結果碼；否則返回無載波結果碼。兩端Modem正確可靠地建立起數據鏈路后。就可以進行數據通信了。通信完成以後，雙方Modem若要拆線掛機.則Modem由數據狀態轉為命令狀態，PIC發出ATH(掛機命令)實現掛機。掛機后要對Modem的自動應答和中斷等狀態進行重新設置。

3 PIC控制Modem 同步串列通信
    用PIC的同步串口USART控制Modem實現同步數據通信，保證了數據的高效率和實時傳輸。PIC的USART模塊工作於同步方式時，RC7引腳被用做數據雙向傳輸通道DT，RC6引腳被用做時鐘發送/接收專線CK。線路上的數據格式可以是8位或者9位，由於利用時鐘專線進行雙方同步，就不需要起始位和停止位了。同步數據是在一條線路上雙向傳輸的，而時鐘卻是在一條線路上固定從主機向從機單向發送的。
    同步串口的初始化與非同步串口通信類似，程序設計可參照2.2，對Modem進行相應的初始化，使其工作於同步模式。

4 結論
    本系統用PIC單片機控制Modem的同步/非同步串列通信，實現了數據的遠程傳輸，可方便提供多種速率，硬體構成簡單，軟體設計容易。在點對點的遠程數字終端維護中，傳輸數據、話音及傳真收到了很好的效果。