PIC单片机控制Modem的串行通信设计

在工程中，常采用Modem通过模拟线路进行数据的远程传输。我们用工业级PIC16F87系列单片机控制Modem完成串行异步/同步通信，在较低速率的线路上实现了数据的实时传输，收到了很好的效果。

      本文就系统中PIC单片机控制Modem的串行通信技术，在硬件、软件两方面进行了分析。

       1 PIC单片机及其同步/异步串行接口USART模块功能简介
        PIC16F877A单片机内部有8K*14的FLASH程序存储器和512字的RAM数据存储器：不仅采用哈佛体系结构，而且还采用哈佛总线结构，流水线操作，PIC16F877A大大提高了指令执行速度，PIC单片机的系统时钟可以工作在DC- 20MHz的频率范围之内。优化的CPU结构，加上精简指令集(RISC)技术，更加快了指令执行速度，这为复杂控制算法的实现提供了良好的条件。
　      本系统采用的是PIC16F87系列单片机，其内部集成了同步/异步串行接口USART模块，适合同单片机外部扩展独立的外设部件进行串行通信。并且可以定义三种工作方式：全双工异步、半双工同步主控和半双工同步从动方式。

       2 PIC单片机控制Modem 实现异步串行通信
       利用PIC单片机，可实现对Modem的控制，从而进行异步通信。USART模块在单片机的RX引脚上接收，在TX引脚上发送，串行信息的编码方式采用1 位起始位、8位数据位和1位停止位。片内提供了一个专用的8位波特率发生器BRG，利用来自时基振荡器的系统时钟信号，产生标准的波特率时钟。USART 模块的接收和发送数据顺序是地位在前。即首先发送最低位(LSB)。USART模块的接收器和发送器在功能上是相互独立的，但是它们所用的数据格式与波特率是相同的。

        2.1异步串行通信硬件连接
       PIC控制Modem串行通信的原理图如图1。

         PIC将要发送的数据通过串口送给本端Modem，将数字信号调制成可在模拟线路上传输的模拟信号，并通过模拟线路传给远方的Modem。远方的 Modem将收到的模拟信号还原为数字信号送给与其相连的PIC，PIC通过异步串口发送AT(请求)命令来实现对Modem控制进行串行通信，与 Modem接口按RS-232标准设计。PIC的输入输出电平为TTL电平，我们通过电平转换芯片MAX232，实现与RS-232接口的匹配。系统中对 Modem的初始化、呼叫(应答)、传输数据及挂机等都由PIC发送的AT命令通过存于Modem的Flash ROM中的程序控制完成。

          2.2 异步串行通信软件设计

         2.2.1 PIC单片机与USART模块相关的寄存器
　　

         PIC单片机USART模块的两条外接引脚是与输入/输出端口RC模块公用的RC7/RX/DT和RC6/TX/CK两条口线，与USART模块有关的寄存器共有9个。
　　

        在此.就PIC工作于USART模式时，所涉及的一些位进行介绍，详见表1。

       中断控制寄存器INTCON，第一外围设备中断标志寄存器PIR1。第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1，端口C方向寄存器TRISC，发送状态和控制寄存器TXSTA，接收状态和控制寄存器RCSTA，发送寄存器TXREG，接收寄存器RCREG，波特率寄存器SPBRG。

       2.2.2 USART模块波特率设置
　　

        USART模块带一个8位的波特率发生器(BRG)，BRG支持USART的同步方式和异步方式。用波特率寄存器SPBRG控制一个独立的8位定时器周期。波特率发生器可以根据BRGH位(发送状态和控制寄存器TXSTA的位2)的设置，产生两种不同的移位速度，分别是对于系统时钟16分频和64分频得到的波特率时钟。用波特率寄存器SPBRG控制一个独立的8位定时器周期。在异步方式下，BRGH位也被用来控制波特率；在同步方式下。不用BRGH位。表2给出了在主控方式下，不同USART工作方式的波特率计算公式(x为写入SPBRG寄存器的值)。

　  2.2.3 通信程序设计
       要实现系统的正常数据传输，正确设置PIC异步串口USART至关重要。在此，以异步接收方式为例，编写程序应遵循以下几个步骤：

       (1)选择合适的波特率，然后根据表2计算出SPBRG寄存器的值(x)，并将其写入SPBRG寄存器；
       (2)设置SYNC=0，SPEN=1，使USART工作于异步方式；
       (3)如需中断功能，将中断控制寄存器的中断屏蔽GIE和PEIE置1，同时置第一外围设备中断屏蔽寄存器的RCIE=1；
       (4)如需接收9位数据，置接收状态和控制寄存器的RX9=1；
       (5)置接收状态和控制寄存器的CREN=1，激活接收器；
       (6)当一个字节接收完后，产生中断请求，如果RCIE=1，便产生中断；
       (7)读RCSTA寄存器以便获得第9位数据(如果选择了接收9位数据)，并且判断是否在接收过程中发生了错误；
       (8)读RCREG寄存器中已经收到的8位数据；
       (9)如果发生了接收错误，通过置CREN=0以清除错误标志。
　　

       下面给出了串口的初始化程序：
       bsf STATUS,RP0 ;选择存储体1
       bcf STATUS,RP1
       bsf TRISC,7 ;设置RC7脚为输入状态
       bcf TRISC,6 ;设置RC6脚为输出状态
       movlw 25H ;设置波特率
       movwf SPBRG
       movlw 20H ;设定8位发送/接收
       movwf TXSTA ;设定异步方式。低速方式
       bsf PIE1,TXI ;使能发送器中断
       bsf PIE1,RCIE ;使能接收器中断
       bcf STATUS,RP0 ;选择存储体0
       movlw 0x90 ;设定8位接收，使能接收器
       movwf RCSTA ;使能串口
　　异步串行通信主程序框图如图2，中断服务子程序框图如图3。　　　　　　　　　　　　　

2.3 Modem设置
       在Modem安装好开通之前，须预先设置好Modem的初始状态。PIC上电后，需对Modem进行复位操作，发送命令设置Modem结果码形式。
        Modem初始化服务程序执行Modem初始化命令和呼叫(应答)等。Modem的呼叫、应答采用自动方式。在进行通信之前，呼叫PIC发出ATD (专线方式)命令，Modem监测线路上的载波。如果检测到载波，则返回连接成功结果码；否则返回无载波结果码。两端Modem正确可靠地建立起数据链路后。就可以进行数据通信了。通信完成以后，双方Modem若要拆线挂机.则Modem由数据状态转为命令状态，PIC发出ATH(挂机命令)实现挂机。挂机后要对Modem的自动应答和中断等状态进行重新设置。

        3 PIC控制Modem 同步串行通信
        用PIC的同步串口USART控制Modem实现同步数据通信，保证了数据的高效率和实时传输。PIC的USART模块工作于同步方式时，RC7引脚被用做数据双向传输通道DT，RC6引脚被用做时钟发送/接收专线CK。线路上的数据格式可以是8位或者9位，由于利用时钟专线进行双方同步，就不需要起始位和停止位了。同步数据是在一条线路上双向传输的，而时钟却是在一条线路上固定从主机向从机单向发送的。
       同步串口的初始化与异步串口通信类似，程序设计可参照2.2，对Modem进行相应的初始化，使其工作于同步模式。

       4 结论
       本系统用PIC单片机控制Modem的同步/异步串行通信，实现了数据的远程传输，可方便提供多种速率，硬件构成简单，软件设计容易。在点对点的远程数字终端维护中，传输数据、话音及传真收到了很好的效果。