利用16C554实现主从式单片机远距离通信扩展

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    摘要：通过16C554完成上位主机对多台MODEM的控制，利用背靠背连接实现主机与下位机的远距离通信。该系统已成功地用于城市交通路口的信息传输。
    关键词：MODEM 单片机系统 16C554 通信
引言
在交通路口的红绿灯控制系统中，需要将各器口车流量、车速等状态信息时传到主控室，另外，上位主机随时可能下发各种道路控制信息。这种远距离通信常通过MODEM以点对点的方式进行。常用MODEM通信链路的连接方式有两种。第一种是通过电话以拨号方式完成通信链接。采用这种方式，上位主机与各路口机的距离可无限远，但缺点是每个路口占用1个电话号。由于主机与路口机的通信是频繁的，若不采用专线电话，则难以保证信息收发的实时性；而采用专线连接，势必增加系统成本和设备开销。另一种连接是直接通过调制电缆连接两台MODEM，即背靠背连接。背靠背的连接在数据传输波特率为9600 baud时，通信距离可以达到10 km，完全能够满足中小城市道路控制系统中的通信要求。本系统采用了后一种连接方式。
1 系统硬件设计
系统由两大部分组成：插

在计算机中的上位主机和各路口的下位机。根据通信链路的连接方式，89C52为核心组成的上位主机需要通过多台MODEM实现与各路口机的数据传输。系统选用了EXAR公司的UART（通用异步收发器）16C554来扩展单片机异步通信妆口。1片16C554可以完成对4台MODEM的操作。下位路口机也是由89C52组成，对MODEM的操作通过其自身UART及部分P1口线实现。图1为系统结构框图。
1.1 MODEM链路的连接
系统采用背靠背连接方式，只要用调制电缆直接连接对应MODEM的Line口就实现了链路的连接。
1.2 上位主机电路组成
上位机主要完成两部分工作。一是与计算机交换数据，将车辆检测数据及当前各路口红绿灯状态等信息送计算机显示，同时接收计算机下发的控制数据。这部分任务通过ISA总线完成，在这里不作叙述。二是控制MODEM与路口机链接，完成数据的收发。对MODEM的操作由单片机对16C554编程实现。图2是上位主机的原理图。其中62256用于暂存所有路口的收发数据；16C554用于扩展单片机的异步通信接口，实现对4路MODEM的控制；MAX238完成TTL电平至RS-232的电平转换；GAL20V8实现扩展外设的译码。
16C554是内部带有16字节收发FIFO的通用异步收发器，具有独立的收发控制电路。4路标准的MODEM接口，通过软件可分别设置允许每一路中断。波特率、数据帧格式等也都可由软件编程设置。该芯片可工作在24MHz或14.7464MHz，当时钟频率为24MHz时，数据传输率可达1.5Mbps；时钟频率为14.746 4MHz时，数据传输率达912.6Kbps，完全可以用于高速MODEM的控制中。
1.3 路口机电路组成
以89C52为核心的单片机系统实现了路口机的全部功能：与上位机的通信及车辆信息的处理。系统扩展了1片6264，现MODEM的通信接口由89C52内部的UART及P1口实现。图3给出了通信接口的电路原理图。
RS-232标准定义的接口有两种形式：25针和9针。这里采用了9针连接器。当MODEM工作于全双工方式时，不需要使用RTS/CTS握手信号。另外，背靠背的连接MODEM没有接电话机，故无需检测振铃信号RI。这样，9根线中只有连接6根线。



    89C52单片机内部有1个全双工的UART，但没有对MODEM的控制接口。对MDOEM的控制由P1口实现，它们分别为载波检测DCD、数据设备就绪DSR、数据终端就绪Dtr，这样共同实现MODEM的链接和数据的收发。
2 系统软件设计
2.1 通信线路的链接与掉线的处理
采用背靠背连接方式，首先要解决通信的链接问题。由于无振铃信号触发自动应答，因此被动一方的MODEM应在开机工作过程中定时地云检测裁波信号。如果链路未通，则采用应答方式摘机，直至链接成功。主动方、被动方MDOEM的通信链接过程如图4所示。
根据系统要求，上位主机应能随时发送命令或接收数据，这样与上位机连接的MODEM定为主动方。由于上位机与下位机的摘机是异步的，因此，上位机MDOEM等待载波建立时间要大于下位机MODEM等待载波的建立时间。这里上、下位机等待载波建立时间分别设为2.5min和50s。若上位机定时器的定时时间到而未建立链接，则被视为通信有问题，通过计算机反映出链接失败，同时下位机定时摘机时间可设为1min，这样才能保证线路由于挂机或非正常掉线后能再次接通链路。
2.2 16C554的初始化
16C554集成有全部的MODEM控制逻辑，通过对其内部的13个寄存器的读写，就可以完成对标准MODEM的操作。
系统上电后需先对16C554进行初始化，包括设置波特率及传输数据的帧格式、设置中断允许位、对FIFO的控制设置等。
INIMODEM：
MOV DPtr，#0F803H ；DPtr指向线控寄


；存器LCR
MOV A，#80H ；设置波特率
MOVX @DPtr，A
ANL DPL，#0F8H
MOV A，#0CH
MOVX @DPtr，A ；送波特率常数：9600baud
INC DPL
CLR A
MOVX @DPtr，A
INC DPL
INC DPL ；DPtr指向线控寄存器LCR
MOV A，#03H
MOVX @DPtr，A ；设置数据帧格式
INC DPL ；指向MODEM控制寄存器
MOV A，#01H


MOVX @DPtr，A ；置设备终端准备就绪
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指向中断允许寄存器
；IER
MOV A，#01H
MOVX @DPtr，A；设置接收寄存器中有数则
；中断
RET
结束语
以背靠背方式连接的通信网络，由于无需任何电话资源，对10km以内的通信连接，不失为较好的选择。在实际应用中，为保证数据传输的实时性，系统在上电初始化后，即可以对线路进行链接。正常情况下线路应处于链接状态，这样才能保证上位机对下位机的及时控制，避免线路重新链接带的延迟。该系统已成功用于交通路口联网控制。
         
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