在工業(yè)測控系統(tǒng)中，51單片機在現(xiàn)場用來采集模擬量、開關量，而中央控制計算機在控制室或調度室用來監(jiān)測整個控制現(xiàn)場。它們之間的數(shù)據(jù)傳送可構成局部網絡、多用戶系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)。

一、51單片機與計算機通信方式
　　
　　利用51單片機串行接口和調制解調器及現(xiàn)有電話線，實現(xiàn)遠程雙向通信的方框圖如圖1-18所示。

　　
　　在利用現(xiàn)有電話線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇型ㄐ胖?，把將要傳送的?shù)據(jù)按先后順序，在公共信道上逐位傳送。
　　
　　串行通信對字符的編碼、字符格式和傳輸速率都有具體規(guī)定，必須嚴格遵守。異步串行通信數(shù)據(jù)的傳送格式由4部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和終止位。
　　
　　通信協(xié)議要求：在發(fā)送端，每傳送一個字符都必須有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串；在接收端，也要按照起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和一個終止位的字符串進行計數(shù)接收。

二、51單片機串行接口
　　
　　51單片機串行接口簡介
　　
　　51單片機引腳中P3.0（10腳）為RxD(串行輸入口)，P3.1（11腳）為TxD(串行輸出口)。
　　
　　51單片機串行接口為全雙工，即它可以同時發(fā)送和接收。兩個串行口寄存器通過特殊功能寄存器SBUF來訪問，即寫入SBUF裝入發(fā)送寄存器，讀SBUF訪問物理上分開的接收寄存器，兩個緩沖器共用一個地址99H。
　　
　　51單片機串行接口有4種工作方式。通信只使用方式1，2，3；方式0主要用于擴展并行輸入／輸出口。
　　
　　●方式0 在方式0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式。其波特率是固定的，為osc／12。數(shù)據(jù)由RxD端輸入，同步移位脈沖由TxD端輸出，發(fā)送、接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先。
　　
　　●方式1在方式1狀態(tài)下，串行口為8位異步通信接口，一幀信息為10位：1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位（低位在先）和1位停止位(1)，波特率可變。
　　
　　●方式2和3 串行口在方式2，3時，為9位異步通信接口，發(fā)送、接收一幀信息由11位組成，1位可編程數(shù)據(jù)位（第9位數(shù)據(jù)位）和1位停止位(1)。
　　
　　方式2的波特率固定為osc/64/2SMOD，即fosc/32或osc/64。方式3的波特率可變。
　　
　　2、51單片機串行接口的電平轉換
　　
　　RS - 232C的標準規(guī)定：邏輯0為+5～+15 V，邏輯1為-5～-15 V，而51單片機串口電平為TTL電平。因此，必須通過電平轉換，才能符合串行通信標準。
　　
　　電平轉換采用MC1488和MC1489。圖1-19為其引腳圖。MC1488輸入電平為TTL電平，輸出電平為RS - 232C電平。MC1489輸入電平為RS - 232C電平，輸出電平為TTL電平。以上兩個專用芯片除了電平轉換外，還實現(xiàn)了正、負邏輯電平的轉換。

圖1- 20為51單片機串口的實際轉換電路連接圖?？紤]到現(xiàn)場干擾因素，為了抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，串口電路中加了兩片TiL117光電耦合器，以增強數(shù)據(jù)傳送的可靠性。

　　三、賀氏(Hayes)調制解調器介紹
　　
　　本系統(tǒng)采用Hayes OPTIMA 336調制解調器，前面板有一組狀態(tài)指示燈，如圖1- 21(a)所示。
　　
　　MR(調制解調器就緒／進行測試)：當調制解調器上電時，燈亮；當調制在自檢或診斷方式下時，此燈閃爍。
　　
　　TR(終端就緒)：當RS - 232 DTR信號給出時，此燈亮。
　　
　　SD(發(fā)送數(shù)據(jù))：從本地數(shù)據(jù)終端自本地調制解調器傳送數(shù)據(jù)時，SD燈閃爍。
　　
　　RD(接收數(shù)據(jù))：從本地調制解調器自其所連接的設備傳送數(shù)據(jù)時，RD燈閃爍。
　　
　　OH（摘機）：當調制解調器摘機時，OH燈亮；掛機時，OH燈滅。
　　
　　CD(載波檢測)：本地調制解調器從遠方調制解調器收到有效數(shù)據(jù)載波信號時，CD燈亮。
　　
　　AA(自動應答)：當調制解調器設定在應答方式時，AA燈亮；當調制解調器檢測到從遠方來的呼叫，而它又被置于自動應答方式時，在振鈴期間，AA燈滅。如不是自動應答方式，在振鈴期間，AA燈亮。
　　
　　VO(語音)：連接調制解調器的電話摘機時，VO燈亮；電話掛機時，VO燈滅。
　　
　　從圖1 - 21(b)可知，調制解調器有一個25芯的數(shù)據(jù)終端接口( DTE INTERFACE)。在這里只說明幾根重要的信號線。
　　
　　2針：發(fā)送數(shù)據(jù)入Modem；
　　
　　3針：接收數(shù)據(jù)出Modem；
　　
　　4針：請求發(fā)送入Modem；
　　
　　5針：允許發(fā)送出Modem；
　　
　　6針：數(shù)據(jù)就緒 出Modem。
　　
　　所有的賀氏調制解調器支持一組通用的AT命令、S寄存器和結果碼集。
　　
　　AT命令可以用來配置調制解調器與軟件共同工作，與遠端系統(tǒng)通信，發(fā)起或應答一個呼叫。每一條AT命令都對應調制解調器的某種動作。
　　
　　調制解調器撥號之后，等待對方調制解調器送來的載波信號。如果在預定的時間（S7寄存器的值決定這一等待時間的長短）沒有檢測到載波，則調制解調器自動釋放線路并送回結果碼NO CARRIER; -旦檢測到載波信號，調制解調器送回結果碼CONNECT，進入聯(lián)機狀態(tài)，即可與遠方系統(tǒng)通信。

四、51單片機串行接口與調制解調器之間通信

　　1. 51單片機與調制解調器之間的連接線路
　　
　　圖1- 22為51單片機DB與調制解調器的連接線路。由圖1- 22可知：51單片機的9芯插座中的2針和3針分別與調制解調器25芯插座中的2針和3針相連；51單片機的數(shù)字地5針與調制解調器中的信號地7針相連。調制解調器的4針、5針、8針相連；6針和20針相連。

　　
　　2．波特率設置
　　
　　為了實現(xiàn)與遠方中央控制計算機正確可靠地通信，雙方波特率必須一致。RS - 232C標準波特率為：50，75 ,110 ,150，300，600.1 200，2 400，4 800，9 600及19 200。
　　
　　當51單片機應用系統(tǒng)晶振為6 MHz時，選波特率為2 400，串口工作方式1。
　　
　　51單片機用定時器1作為串口波特率發(fā)生器。波特率計算公式為

在任何情況下，若定時器1的C根號T=0，則計數(shù)率為振蕩頻率的1／12。即

　　
　　當SMOD=0時，TH1=249. 49，圓整誤差過大。改為取SMOD=1，TH1=242. 98≈243=3H。51單片機系統(tǒng)波特率設為2 400，串口工作方式1，匯編語言如下：
　　
　　MOV TMOD，#20H ；定時器1工作，方式2
　　
　　MOV TH1，#OF3H ；裝8位計數(shù)器常數(shù)
　　
　　MOV TLl,# OF3H
　　
　　SEATB TR1 ；允許定時器1工作
　　
　　MOV SCON，#50H ；串口按方式1工作，允許串行接收
　　
　　MOV PCON，#80H ；SMOD置位

3.數(shù)據(jù)同步

　　51單片機雖有串行輸人口、串行輸出口，但不具有RTS，CTS，DTR，TxC，RxC等標準RS- 2320接口的握手信號線。
　　
　　一般計算機串行口只具有異步工作方式。在異步串行通信中，波特率的一致性是數(shù)據(jù)位同步的保證，而幀同步只能靠幾根握手控制線了。51單片機沒有這些握手線，在波特率一致時，能保證單個字節(jié)傳輸正確，但無法保證大量數(shù)據(jù)接收正確，有可能導致大量數(shù)據(jù)丟失。本系統(tǒng)用軟件方法來達到同步。
　　
　　當計算機發(fā)送一字節(jié)或若干字節(jié)時，一方面計算機采用一定的延時，另一方面等待51單片機接收正確的應答信號。該信號既可表示接收到的數(shù)據(jù)正確與否，又可起到同步作用。
　　
　　4. 51單片機和遠方中央控制機之間通信
　　
　　51單片機系統(tǒng)用來采集現(xiàn)場的模擬量、開關量等。當發(fā)生越限時，通過調制解調器呼叫中央控制計算機的電話號碼，聯(lián)通之后，發(fā)出當前的告警狀態(tài)。中央控制計算機通過調制解調器呼叫51單片機的電話號碼，聯(lián)通之后，調用51單片機的串口中斷程序，就可以知道當前的模擬量、開關量、設備號等數(shù)據(jù)。
　　
　　正常狀態(tài)時，中央控制計算機巡回調用現(xiàn)場中51單片機的串口中斷程序，就可以得到所需要的各種數(shù)據(jù)。

　　圖1- 23為本系統(tǒng)實際應用的程序流程圖。單片機主程序流程圖省略。下面解釋一下圖1 - 23(b)告警撥號中有關調制解調器的命令。

　　注：# OIH是連接已經叫通的數(shù)字結果碼
　　
　　ATSO=3 選擇開始應答前振鈴數(shù)為3次
　　
　　ATVO 結果碼以數(shù)字形式顯示
　　
　　AT8F 出廠缺省值
　　
　　ATDT 6803412 以雙音頻方式呼叫假設電話號碼為6803412的中央控制機
　　
　　選擇等待載波／撥音的出廠時間值為50 s。
　　
　　通信協(xié)議規(guī)定使用ASCII碼，為使中央計算機接收命令清晰，每條命令之后須加CR(換行)。
　　
　　本節(jié)介紹的51單片機串行接口通過調制解調器與中央控制計算機的雙向遠程通信方法，也可以推廣為多個單片機系統(tǒng)和中央控制計算機的遠程通信。