汪國飛06最小短信收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

1、第1章引言短信息服務作為GSM網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。但是用常見的手機編輯短信息不方便,輸入和顯示都有局限,當然不適合工業(yè)應用，用PC機就不存在這些問題。而這種短信收發(fā)系統(tǒng)一般是基于RSCD*2232串行總線的，不僅安裝麻煩，而且由于受計算機插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致信息的失真。本設(shè)計以GSM網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應用。典型的應用有：變電站、電表、水塔、水庫或環(huán)保監(jiān)測點等監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和無線自動警報；遠程無線控制高壓線路斷電器、加

2、熱系統(tǒng)、防洪攔阻系統(tǒng)或其它機電系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉；車隊交通管理和控制指揮系統(tǒng)；控制和監(jiān)測香煙、食品和飲料自動售貨機的運行狀態(tài)和存貨水平等。本設(shè)計以GSM網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡，選用支持GSM網(wǎng)絡的模塊TC35i和帶有USB接口的單片機開發(fā)而成。GSM（Global System for Mobile communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中，是比較成熟完善，且應用最廣泛的第二代移動通信一種刪除一種二字系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。基于GSM的短信信息服務，是一種在刪除是在移動網(wǎng)絡上傳送簡短信息的無線應用，是一

3、種信息在移動網(wǎng)絡上存儲和轉(zhuǎn)寄的過程。由于公眾GSM網(wǎng)絡在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建議上述系統(tǒng)上述系統(tǒng)是什么系統(tǒng)？不需再組建專用通信網(wǎng)絡，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應用將得到迅速普及。筆者開發(fā)設(shè)計的基于GSM網(wǎng)絡的溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)正是借助該網(wǎng)絡平臺，利用短信息業(yè)務實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入存儲器中。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機共用E2RPOM的方式，單片機2控制數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)存入E2PROM中；單片機1負責將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，并經(jīng)GSM模塊2借助GSM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片

4、機1不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收。在這里，E2PROM是溫度數(shù)據(jù)臨時存儲和上傳的中轉(zhuǎn)站。終端處理模塊負責將接收到的數(shù)據(jù)交給計算機處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢。當終端處理模塊需要向GSM模塊2發(fā)送控制命令時，GSM模塊2接收過程正好與上述過程相反，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。第2章 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案2.1設(shè)計的目的和意義短信息服務是移動網(wǎng)絡上一種基本無線業(yè)務,是信息在移動網(wǎng)絡上儲存和轉(zhuǎn)寄的過程。但是用常見的手機編輯短信息不方便,輸入和顯示都有局限,當然不適合工業(yè)應用，用PC機就不存在這些問題。而這種短信收發(fā)系統(tǒng)一般是基于RSCD*2232串行總線的，不僅安裝麻煩，而且

5、由于受計算機插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致信息的失真。本設(shè)計以GSM網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡，選用支持GSM網(wǎng)絡的模塊TC35i和帶有USB接口的單片機開發(fā)而成。 2.2系統(tǒng)框圖與主要方案 本系統(tǒng)主要由短信收發(fā)模塊和兼有監(jiān)控實現(xiàn)USB接口雙重功能的單片機組成即西門子公司的TC35i模塊和Cygnal 公司的C8051F320。系統(tǒng)框圖如圖1所示。本設(shè)計將TC35i終端與電腦相連 (通過USB接口,TC35i終端支持GSMU AT指令集),就可以通過自行編制的短信息收發(fā)軟件,利用PC的超級終端功能實現(xiàn)短信息收發(fā)。該系

6、統(tǒng)可實現(xiàn)中英文點對點的雙向收發(fā),一次最多可以發(fā)送70個中文字符和160個英文字符。一旦消息被發(fā)送,那么發(fā)送人就會得到發(fā)送成功的通知。它還可以實現(xiàn)一次性群發(fā),最多可以發(fā)給10個用戶,并且有電話簿功能。該終隨機收發(fā),實時接收,立即回復,成本低等特性。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入存儲器中。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機共用E2RPOM的方式，單片機2控制數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)存入E2PROM中；單片機1負責將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，并經(jīng)GSM模塊2借助GSM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片機1不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收。在這里，E2PR

7、OM是溫度數(shù)據(jù)臨時存儲和上傳的中轉(zhuǎn)站。終端處理模塊負責將接收到的數(shù)據(jù)交給計算機處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢。當終端處理模塊需要向GSM模塊2發(fā)送控制命令時，GSM模塊2接收過程正好與上述過程相反，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。圖2-1系統(tǒng)框圖字體改成四號宋體？標注： CCVCC：SIM卡引腳 CCREST：SIM卡引腳 CCCLK：SIM卡引腳CCIO：SIM卡引腳 CCGND：SIM卡引腳 ZIF：零阻力插座TXD：發(fā)送數(shù)據(jù) RXD：接收數(shù)據(jù) SYNC：同步LED：發(fā)光二極管 IGT：信號 TC35I：這是西門子推出的最新的無線模塊（直接解釋是什么功能的芯片）8051F320

8、?第3章 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用Cygnal C8051F320作為控制主芯片。Cygnal C8051F為兼容MCS-51內(nèi)核的單片機,內(nèi)置8 KB Flash,擁有256字節(jié)RAM。由于內(nèi)置Flash,因此在電路設(shè)計上可以省去外接程序存儲器,縮小了PCB板的面積,也提高了整個系統(tǒng)的可靠性。在這個GSM系統(tǒng)中,還有一些基本不變或者很少變化的量,比如子機的編號、號碼、短消息中心號碼等,這些數(shù)據(jù)可以作為常量直接寫入程序的Flash中。單片機通過串口和TC35i通信，單片機從TC35i接到外來的信息，并通過USB接口和PC機通信。圖3-1穩(wěn)壓電源電路字體字號3.1 穩(wěn)壓電源電路目和正文間隔一

9、行最小系統(tǒng)工作電壓為5 V DC。由于TC35i 模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達3 A,故外加穩(wěn)壓器件必須達到足以提供該額定電流的條件。另外，電源的指標不僅僅有電壓，而且功率容限等指標都要滿足要求，故采用圖2的設(shè)計方案。在該系統(tǒng)中,開關(guān)電源芯片LM7805 完成12 V到5 V的轉(zhuǎn)換,電源電路主要由LM7805和AS1117-3.3這2個三端穩(wěn)壓電源模塊構(gòu)成，電源模塊AS1117-3.3接收LM7805輸入的5 V電平，輸出為整個單片機系統(tǒng)提供+3.3 V工作電壓，連到ZIF連接器的15引腳，為TC35i提供5 V、500 mA的充電電壓。電源的輸出基本不會受外部輸入變動干擾，而且有效的消除了電磁

10、干擾。圖3-2IGT電路3.2 IGT電路對于TC35i模塊控制，IGT信號非常重要，只有正確的IGT信號才可以使TC35i模塊正常運行。系統(tǒng)加電后,為使TC35i 進入工作狀態(tài),必須給IGT 加一個延時大于100 ms 的低脈沖,電平下降持續(xù)時間不可超過1 ms。驅(qū)動IGT時，TC35i 供電電壓不能低于3.3 V ,否則TC35不能激活。電路設(shè)計如圖3所示。啟動電路由開漏極三極管和上電復位電路組成。為保證整個系統(tǒng)正常啟動，要求在電源加電時，IGT必須保持大于100 ms的低電平后，再跳到高電平，在電路板中是依靠RC電路來完成的，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后，IGT腳的信號應保持高

11、電平。電源通電后，+5 V電源通過電阻對電容充電，使電容正極上的電壓慢慢上升，大約經(jīng)過100 ms達到高電位，使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)被復位。啟動后, IGT應保持高電平(3.3 V) 。TC35i數(shù)據(jù)接口通過USB電纜直接與PC機連接。數(shù)據(jù)接口遵從DCE的ITU2T RS232內(nèi)部交換電路標準，實現(xiàn)異步串行收發(fā)功能。圖3-3 TC35i外圍電路圖3.3 TC35i其他部分電路電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池主要為整個系統(tǒng)提供3.6V工作電壓，同時產(chǎn)生MAX3238所需要的高電平；三端電源模塊LM7806將外部12V直流電源轉(zhuǎn)換為6V，連到ZIF連接器的11、12引腳，在充電

12、模式下，為TC35i提供6V、500mA的充電電源。啟動電路由開漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3V)，為使之正常工作，必須在15腳()加時長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1ms。啟動后，15腳的信號應保持高電平?；鶐幚砥骷闪艘粋€與ISO 7816-3 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。在GSM11.11為SIM卡預留5個引腳的基礎(chǔ)上，TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為

13、高電平時，系統(tǒng)方可進入正常工作。數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件流控制等功能。數(shù)據(jù)通信電路以Maxim公司的MAX3238芯片為核心，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能；具有低功耗、高數(shù)據(jù)速率、增強型ESD保護等特性。增強型ESD結(jié)構(gòu)為所有發(fā)送器輸出和接收器輸入提供保護，可承受15kV IEC 1000-4-2氣隙放電、8kV IEC 1000-4-2接觸放電和15kV人體放電模式。TC35的SYNC引腳有兩種工作模式，可用AT命令AT SYNC進行切換。一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是指示TC35的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能：當LED熄滅時,表明TC35處于關(guān)閉

14、或睡眠狀態(tài)；當LED為600ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35正在進行網(wǎng)絡登錄；當LED為75ms亮/3s熄時，表明TC35已登錄進網(wǎng)絡，處于持機狀態(tài)。TC35i通過C8051F020與PC機通信，其外圍電路如圖2-4所示圖3-4 TC35i通過C8051F020與PC機通信3.4 單片機周圍電路采用Cygnal公司內(nèi)置USB接口的高性能微控制器芯片C8051F320，簡化了硬件部分的設(shè)計。該單片機即實現(xiàn)了USB接口的功能又要完成對模塊的控制功能。因為C8051F320是帶USB接口的單片機，所以整個硬件部分與一般單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)類似，僅需要通過端口P0.5和P0.4連

15、接40腳ZIF插座就可實現(xiàn)模塊和單片機之間的通信。下面是設(shè)計時應特別注意的問題：在外接晶體時，一定要在晶體的兩端接上10 M的電阻，晶體外殼最好接地，而且布線盡量的短，盡量減少干擾。若要快捷、成功地開發(fā)一個USB設(shè)備，正確、合理的調(diào)試方法是必不可少的環(huán)節(jié)。那么設(shè)計調(diào)試所用的JTAG口時，要在TCK加上3.3 V上拉，上拉電阻為4.7 k。本單片機共有32個引腳，對于未用的I/O口最好用100 的電阻下拉到地。這樣有助于保護I/O口。圖3-5 USB的外接口電路第4章 系統(tǒng)的主要器件和功能4.1 TC35i模塊的介紹目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有Falcom的A2D系列、Wavecome的

16、WMO2系列、西門子的TC35系列、愛立信的DM10/DM20系列、中興的ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門子的TC35系列模塊性價比很高，并且已經(jīng)有國內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證。所以本設(shè)計選用的是西門子TC35系列的TC35i。這是西門子推出的最新的無線模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速

17、、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設(shè)計。TC35i 是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM 模塊,工作在EGSM900 和GSM1800 雙頻段,電源范圍為3.35.5 V ,可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號, 功耗在EGSM900 (4 類) 和GSM1800 (1 類) 分別為2 W和1 W ,通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。TC35i 的數(shù)據(jù)接口(CMOS 電平)通過AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300 b/s115 kb/s , 自動波特率為1.2 kb/s115 kb/s。它支持Text和PDU 格式的SMS (Short Message Service,

18、短消息),可通過AT 命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復。TC35i由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF 連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR 和EFR 語音信道編碼。4.1.1 主要技術(shù)指標TC35i主要特性與技術(shù)指標包括以下幾點：頻段為雙頻GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真；高集成度(54.5mm36mm3.6mm)； 質(zhì)量為9g；電源電壓為單一電壓3.34.8V；可選波特率3

19、00bps115kbps，動波特率 4.8115kbps；電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值；溫度范圍 正常操作-20+55，存放-30+85；SIM電壓為3V/1.8V。TC35i有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第114腳為電源部分：15為電源電壓輸入端Vbatt+，610為電源地GND，11、12為充電引腳，13為對外輸出電壓(共外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻。2

20、429為SIM卡引腳，分別為CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340為語音接口，用來接電話手柄。15、30、31和32腳為控制部分：15為點火線IGT(Ignition)， 當TC35i通電后必須給IGT一個大于100ms低電平，模塊才啟動；30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC。1623為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標準。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無

21、校驗位，波特率在300bps115kbps之間可選，硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標準的AT命令集。4.1.2 模塊中與SMS有關(guān)的GSM AT指令介紹GSM引擎模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口；GSM07.05對短消息作了詳細的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡發(fā)來的短消息時，能夠通過串口發(fā)送指示消息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。與SMS有關(guān)的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集，是由諾基亞、愛立信

22、、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，其中包含了對SMS(Short Message Service)的控制。表4-1 與SMS相關(guān)的若干GSM AT指令AT指令 功能 AT+CMGC Send an SMS command(發(fā)出一條短消息命令) AT+CMGD Delete SMS message(刪除SIM卡內(nèi)存的短消息) AT+CMGF Select SMS message format(選擇短消息信息格式：0-PDU；1-文本) AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text:0/REC

23、 UNREAD為未讀，1/“REC READ”為已讀，2/“STOU NSENT”為待發(fā)，3/“STO SENT”為已發(fā)，4/“ALL”為全部的） AT+CMGR Read SMS message(讀短消息) AT+CMGS Send SMS message(發(fā)送短消息) AT+CMGW Write SMS message to memory(向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息） AT+CMGS Send SMS message from storage(從SIM內(nèi)存中發(fā)送短消息) AT+CNMI New SMS message indication(顯示新收到的短消息) AT+CPMS Pref

24、erred SMS message storage(選擇短消息內(nèi)存) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址) AT+CSCB Select cell broadcast message messages（選擇蜂窩廣播消息） AT+CSMP Set SMS text mode parameters(設(shè)置短消息文本模式參數(shù)) AT+CSMP Select Message Service(選擇短消息服務) 4.1.3 PDU編碼規(guī)則目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信代

25、碼簡單，實現(xiàn)起來十分容易，但最大的缺點是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7-bit、8-bit和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由A B C D E F G H I J K L M十三項組成。A：短信息中心地址長度，2位十六進制數(shù)(1字節(jié))。B：短信息中心號碼類型，2位十六進制數(shù)。C：短信息中心號碼，B+C的長度將由A中的數(shù)據(jù)決定。D：文件頭字節(jié)，2位十六進制數(shù)。E：信息類型，2位十六進制數(shù)。F：被叫號碼長度

26、，2位十六進制數(shù)。G：被叫號碼類型，2位十六進制數(shù)，取值同B。H：被叫號碼，長度由F中的數(shù)據(jù)決定。I：協(xié)議標識，2位十六進制數(shù)。J：數(shù)據(jù)編碼方案，2位十六進制數(shù)。K：有效期，2位十六進制數(shù)。L：用戶數(shù)據(jù)長度，2位十六進制數(shù)。M：用戶數(shù)據(jù)，其長度由L中的數(shù)據(jù)決定。J中設(shè)定采用UCS2編碼，這里是中英文的Unicode字符。4.2 C8051F320的介紹Cygnal公司的C8051F系列單片機是集成的混合信號片上系統(tǒng)SoC。它具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，帶有USB收發(fā)器，完全遵循USB協(xié)議2.0，支持12 Mbps的全速傳輸或1.5 Mbps的低速傳輸，可時鐘恢復，不需額外

27、的晶振（當然根據(jù)設(shè)計習慣，也可以采用外部晶振），提供有 8個端點（endpoint），且每個端點的傳輸類型、傳輸方向均可自由配置。另外，它還集成有1 KB的USB SRAM和USB收發(fā)器，內(nèi)置的16 KB的Flash存儲器和256 B的內(nèi)部RAM，還可以訪問外部數(shù)據(jù)存儲器RAM，即XRAM。它還可以為固件提供足夠的存儲空間，不需要再擴展外部存儲器。更重要的是C8051F320內(nèi)部包含有一個 C2（Cygnal2-Wire）調(diào)試電路，通過2腳的C2接口使用開發(fā)套件，就可以進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。另外，這2腳是公用的，它還有其他的功能，這樣設(shè)計PCB板就相對簡單些。C8051F020系列器

28、件與MCS-51指令集完全兼容，可以使用標準803X/805X的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標準8052的所有外設(shè)部件，包括5個16位的計數(shù)器/定時器、2個全雙工UART、256字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間及8/4個字節(jié)寬的I/O口。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標準的8051結(jié)構(gòu)相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。70%指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。CIP-51工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25MHz時，峰值速度達到25MIPS。該系列的MCU具有標準8051端口(0、1、2和3)和4個附加的端口(4、

29、5、6和7)，因此共64個I/O口。每個I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止。這為低功耗應用提供了進一步節(jié)電的能力。最獨特的改進是引入了數(shù)字交叉開關(guān)。這是一個大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡，允許將內(nèi)部數(shù)字資源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引腳。與具有標準復用數(shù)字I/O的微控制器不同，這種結(jié)構(gòu)可以支持所有的功能組合?？梢酝ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號，配置為出現(xiàn)在端口的I/O引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應用選擇通用I/O和所需數(shù)字資源的組

30、合。第5章 軟件設(shè)計GSM（Global System for Mobile communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中，比較成熟完善，且應用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式?；贕SM的短信信息服務，是一種在移動網(wǎng)絡上傳送簡短信息的無線應用，是一種信息在移動網(wǎng)絡上存儲和轉(zhuǎn)寄的過程。由于公眾GSM網(wǎng)絡在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建議上述系統(tǒng)不需再組建專用通信網(wǎng)絡，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應用將得到迅速普及。筆者開發(fā)設(shè)計的基于GSM網(wǎng)絡的溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)正是借助該網(wǎng)絡平臺，利用短信息業(yè)務

31、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。系統(tǒng)模型圖如圖1所示。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入存儲器中。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機共用E2RPOM的方式，單片機2控制數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)存入E2PROM中；單片機1負責將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，并經(jīng)GSM模塊2借助GSM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片機1不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收。在這里，E2PROM是溫度數(shù)據(jù)臨時存儲和上傳的中轉(zhuǎn)站。終端處理模塊負責將接收到的數(shù)據(jù)交給計算機處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢。當終端處理模塊需要向GSM模塊2發(fā)送控制命令時，GSM圖5-1 系統(tǒng)模塊圖

32、模塊2接收過程正好與上述過程相反，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。（標注：E2PROM：只讀存儲器 MSC1210：新型SoC模擬信號處理單片機）系統(tǒng)中，三個模塊相互獨立，彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)的核心模塊。該模塊以雙單片機為核心，以RS232通信接口，在物理層上實現(xiàn)與GSM模塊的連接。由于篇幅的限制，本文主要介紹單片機控制這一模塊工作的軟件實現(xiàn)過程，旨在對怎樣用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信息進行探討。 5.1 GSM模塊MZ28MZ28是中興通訊推出的GSM無線雙頻調(diào)制解調(diào)器，主要為語音傳輸、短信發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口。MZ28集成了

33、完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，特別適合于迅速開發(fā)基于GSM無線網(wǎng)絡的無線應用產(chǎn)品。帶有人機接口（MMI）界面的應用產(chǎn)品內(nèi)部與MZ28的通信可通過標準的串行接口（RS232）進行。MZ28使用簡單的20-PIN ZIP插座與用戶自己的應用系統(tǒng)相連，此ZIP連接方式提供開發(fā)所需的數(shù)據(jù)通信、音頻和電源等接口信號。MZ28可以作為無線引擎，嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當中，用戶可以用單片機或其它CPU的UART口，使用相應的AT命令，對模塊進行控制，達到使其產(chǎn)品可以輕松進入GSM網(wǎng)絡的目的。5.2 串口控制SMS的工作原理單片機與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps

34、。采用這種RSM232電纜方式進行連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM模塊連接，電路比較簡單，所涉及的芯片包括單片機89C52和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見的接口電路。需要說明的是，該接口通過I2C總線擴展了一個E2PROM存儲器芯片AT24C64，它的主要作用是存儲數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會丟失，這些特性正是存儲數(shù)據(jù)所必須的。GSM的短信息業(yè)務SMS利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號建立連接，把要發(fā)的信息加上目的數(shù)據(jù)發(fā)送到短信息服務中心，經(jīng)短信服務中心完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。所以當目的GSM終端沒開機

35、時信息不會丟失。每個短信的信息量限制為160字節(jié)?，F(xiàn)在市場上大多數(shù)手機均支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。該指令集是ETSI（歐洲通信技術(shù)委員會）發(fā)布的，其中包含了對SMS的控制。利用GSM手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的AT命令，就能達到控制GSM模塊收發(fā)SMS的目的。必須注意的是，用單片機實現(xiàn)時，編程必須注意它發(fā)送指令與接收到的響應都是字符的ASCII碼。用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及以的AT指令如表1所列。表5-1 AT指令 AT指令功能描述AT+OFF關(guān)機并重新啟動AT+CSDH=0在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細的頭信息ATE0關(guān)閉回顯AT+CMGF=1選擇短

36、信格式為TEXT模式AT+CMGS發(fā)送短信息AT+CMGR讀取短信息AT+CMGD=0刪除全部短信息 USB應用系統(tǒng)軟件設(shè)計分為三部分：USB外設(shè)端的固件（firmware）、主機操作系統(tǒng)上的客戶驅(qū)動程序以及主機應用軟件。8051F320固件程序控制整個系統(tǒng)的運行，并負責處理PC機發(fā)來的各種USB請求，以完成它們之間的數(shù)據(jù)傳輸。該固件共包含7個程序文件，響應各種來自系統(tǒng)的USB標準請求，完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理。單片機通過串行口控制TC35i，控制方法采用標準的AT命令集。由于在 GSM標準中，中文編碼采用的是Unicode編碼，而不是目前國內(nèi)常用的GB2312編碼，故還需要進行中文編

37、碼的轉(zhuǎn)換，才能顯示漢字字型。因此，在進行短消息的發(fā)送時，還要對用戶數(shù)據(jù)按PDU格式進行編碼，為了增強硬件的功能最好把這部分放在固件。這些底層的驅(qū)動函數(shù)將會使上層協(xié)議的編寫很方便，更重要的是，它提供了一個硬件抽象層。當?shù)讓佑布膭訒r，只需要改動底層的驅(qū)動函數(shù)，而上層函數(shù)的代碼不變。在此基礎(chǔ)之上再編寫應用層程序。主機應用軟件通過客戶驅(qū)動程序與系統(tǒng)USBDI進行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)USB數(shù)據(jù)的傳送動作。在USB傳輸中，因外圍設(shè)備的類型與應用不同，制定了4種傳輸類型，分別是控制傳輸(control transfer)、中斷傳輸(interrupt transfer)、批量傳輸(bulk transfer)以

38、及實時傳輸(isochronous transfer)。其中，需要特別注意的是慢速設(shè)備僅支持控制傳輸與中斷傳輸。在此系統(tǒng)中采用中斷傳輸。5.3 軟件實現(xiàn)5.3.1 上位機模塊和下位機模塊半雙工通信協(xié)議的實現(xiàn)這里可以插入必要說明5.3.1.1 應答和重發(fā)上位機模塊和下位模塊的通信雙方遵照半雙工通信方式進行，即數(shù)據(jù)傳送是雙向的。但是，任何時刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，因為E2PROM的讀出和寫入不能同時進行。為了避免一方在發(fā)送信息幀時（這里的信息幀指的是下位機模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和上位機模塊發(fā)送的命令幀，下同），另一方也會發(fā)送數(shù)據(jù)，必須把信道變成半雙工方式。盡管這樣效率可能不如全雙工方

39、式，但通過此舉犧牲效率可以換取模塊工作性能的穩(wěn)定。雙方采取的順序是：發(fā)收到應答后再發(fā)。按照整個系統(tǒng)的設(shè)計思路，上位機模塊（即圖4-1中的GSM模塊1，下同）發(fā)送的幀包括命令幀、確認幀和非確認幀；下位機模塊（即圖4-1中的GSM模塊2，下同）發(fā)送的幀包括數(shù)據(jù)幀、確認幀和非確認幀。其中確認幀和非確認幀是發(fā)送數(shù)據(jù)后等待對方發(fā)送的應答幀，以此作為繼續(xù)發(fā)送下一幀和重新發(fā)送上一幀的依據(jù)。命令幀和數(shù)據(jù)幀是信息幀，當一方先發(fā)送完信息幀，如果收方接收到對方的信息幀，而又沒有信息幀需要發(fā)送，那么情況就比較簡單，收方將根據(jù)信息幀的正確與否決定發(fā)送確認幀還是非確認幀，以使對方?jīng)Q定是繼續(xù)發(fā)送還是重新發(fā)送；如果此刻收方也

40、有信息幀需要發(fā)送，那么收方將不立即發(fā)送應答幀，而是立即發(fā)送本方的信息幀給對方，并等待對方對此幀的應的應答幀，在收到對方的應答幀后，收方將依據(jù)應答幀的內(nèi)容（即確認幀或者是非確認幀，下同）決定是繼續(xù)發(fā)送下一信息幀，還是重新發(fā)送原來的信息幀。如果由于鏈路本身不可靠等因素造成應答幀的丟失，收方將在一定時間內(nèi)因為沒有收到應答幀而延時重發(fā)原來的信息幀。在收到對方的應答幀后，收方將繼續(xù)發(fā)送下一信息幀，并等待對方的應答幀，如此反復，直到收方全部發(fā)送完信息幀。在本方收到對方最后一個應答幀后，表明本方全部的信息幀發(fā)送完畢。然后收方將發(fā)送對方仍然等待的應答幀，通知對方收到的信息幀正確與否。圖5-2 雙方通信的實現(xiàn)過

41、程5.3.1.2 延時重發(fā) 在雙方通信過程中，有兩個時間t1和t2，分別表示重新發(fā)送信息幀的最大延時。t1表示一方發(fā)送完信息幀到收到對方應答幀的時間，如果等待應答幀的時間超過了t1，則發(fā)方會重新發(fā)送原來的信息幀；當收方接收到對方發(fā)送的信息幀，如果收方此時有需要發(fā)送的信息幀，則收方此記得不發(fā)送應答幀，而是發(fā)送信息幀給對方。也就是說，利用對方等待收方應答幀的時間t1內(nèi)，收方插入發(fā)送本文的信息幀，同樣本方的發(fā)送也存在一個延時重發(fā)的問題。在規(guī)定的時間內(nèi)，如果沒有收到對方應答幀，收方也同樣需要重發(fā)原來的信息幀，這個規(guī)定的時間就是t2。顯然由于收方是利用間隙時間發(fā)送本方信息幀，所以t2、+CMGS、+CMGR、