隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。其核心部分是遠(yuǎn)程信息交換, 即系統(tǒng)需要在地域分布廣泛的設(shè)備之間進(jìn)行信息的交換及協(xié)調(diào)工作,。對于某些采集點(diǎn)分散,、傳輸量不大、對速度要求又不高的信息交換系統(tǒng),，目前有兩種解決方案：一是采用Internet或現(xiàn)場總線技術(shù),，該方案鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用高，維護(hù)量大,；二是利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)通過Modem進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，這樣不僅可以擺脫傳統(tǒng)的分布式總線系統(tǒng)繁瑣的布線、中繼,、放大以及運(yùn)行過程中維護(hù)量大等問題,，而且系統(tǒng)擴(kuò)展極為方便，基本不受設(shè)備地域的限制，該方案靈活實(shí)用且成本低廉,。
　　嵌入式Modem主要由單片機(jī)(或DSP)和調(diào)制解調(diào)芯片構(gòu)成,。與通用Modem相比，嵌入式Modem具有體積小,、易維護(hù),、外圍電路簡單、成本低廉等特點(diǎn),。在企業(yè)或住宅區(qū)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用嵌入式Modem,，能夠節(jié)約大量的人力和財力，大大提高自動化水平,，因此具有較廣闊的應(yīng)用前景,。本文介紹一種基于Atmel公司AVR系列單片機(jī)Atmega8和OKI公司調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512的嵌入式Modem。
1 嵌入式Modem的硬件設(shè)計
　　系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示,，上位機(jī)為PC機(jī),，下位機(jī)是遠(yuǎn)方的嵌入式Modem和設(shè)備。PC機(jī)是數(shù)據(jù)終端,，通過嵌入式Modem與遠(yuǎn)方終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,；嵌入式Modem以Atmega8為中心，控制MSM7512芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收,，通過外圍電路實(shí)現(xiàn)振鈴檢測,、摘機(jī)、顯示信息,、呼叫遠(yuǎn)方Modem等,，它以RS232接口標(biāo)準(zhǔn)與上位機(jī)相連。

1.1 Atmega8單片機(jī)簡介
　　AVR單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)的具有雙總線結(jié)構(gòu)的RISC單片機(jī)系列,，具有較短的指令周期和較快的運(yùn)行速度,。Atmega8是其于2002年推出的一款新型AVR高檔單片機(jī)，工作在16MHz時能達(dá)到16MIPS,。該芯片內(nèi)部集成了8K字節(jié)Flash,、1K字節(jié)內(nèi)部SRAM及512字節(jié)的E²PROM，具有豐富強(qiáng)大的硬件接口電路(32個通用寄存器,，23個通用可編程I/O口,，三個計數(shù)器，三個PWM通道,，一個I²C的總線接口,，一個USART接口，一個SPI接口,，6通道的10位ADC及2通道的8位ADC),，并且支持在線編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP),。由于采用了小引腳封裝(PDIP28和TQFP/MLF32)形式，所以其價格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng),，因此Atmega8是一款性價比很高的8位單片機(jī),。
1.2 MSM7512簡介
　　MSM7512是日本OKI公司生產(chǎn)的一種價格低廉、功耗低,、性能良好的調(diào)制解調(diào)芯片,。該芯片滿足ITU-TV.23協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),由單電源(3～5V)供電,采用FSK半雙工調(diào)制解調(diào)方式,通信速率為1200bps, 低功耗(典型值僅25mW)，穩(wěn)定性好,，具有片內(nèi)回音消除電路,，模擬輸出可直接連入PSTN；并具有TTL接口,，其FSK輸出信號可直接驅(qū)動600Ω的通信電路,外圍電路簡單,，可方便地與數(shù)字系統(tǒng)及計算機(jī)系統(tǒng)相連，廣泛應(yīng)用于嵌入式Modem,、數(shù)據(jù)傳輸和家庭安防系統(tǒng)中,。圖2為該芯片的功能框圖,。

　　MSM7512有四種工作模式,由MOD1,、MOD2端口進(jìn)行控制。當(dāng)MOD1=0,、MOD2=0時,MSM7512工作于調(diào)制模式,，XD輸入為“0”或“1”的數(shù)字信號,AO端則對應(yīng)輸出頻率為“2100Hz”或“1300Hz”的FSK信號；當(dāng)MOD1=1,、MOD2=0時,MSM7512工作于解調(diào)模式,AI輸入頻率為“2100Hz”或“1300Hz”的FSK信號,RD則對應(yīng)輸出解調(diào)后的“0”或“1”數(shù)字信號,；當(dāng)MOD1＝0、MOD2＝1時,，MSM7512工作于環(huán)路自測模式,，用于檢測芯片工作是否正常；當(dāng)MOD1＝1,、MOD2＝1時,，MSM7512工作于節(jié)電模式，此時MSM7512功耗僅為0.1mW,，其它模式—般功耗為25mW,。在本設(shè)計中所使用的工作模式是FSK調(diào)制發(fā)送及接收模式。
　　在硬件設(shè)計中需要著重考慮的問題是：MSM7512是一塊串行調(diào)制解調(diào)芯片,，與單片機(jī)通過串口相連,，而單片機(jī)上的USART串口也需要與上位機(jī)進(jìn)行串行通信" title="串行通信">串行通信，但Atmega8只有這一個串口,，就出現(xiàn)了串口資源不足的問題,。如果僅僅為增加一個串口而使用可編程串行通信接口芯片8251,，無疑會增加設(shè)計的復(fù)雜性和成本。而利用Atmega8的兩個I/O口編程模擬一個UART串口的功能(即模擬串口),，可以很好地解決這個問題,。這將在軟件設(shè)計部分具體介紹。
1.3 振鈴檢測和撥號電路
　　振鈴檢測與撥號電路如圖3所示,。它的工作原理很簡單,，在此不再贅述。
2 嵌入式Modem的軟件設(shè)計
　　軟件部分的設(shè)計包括上,、下位機(jī)通信協(xié)議的制訂,、上位機(jī)程序和單片機(jī)程序的編寫。其中上位機(jī)程序以Delphi為開發(fā)工具,，單片機(jī)程序用ANSIC C編寫,。
2.1上位機(jī)與下位機(jī)通信協(xié)議的制訂
　　上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換必須遵循一定的通信協(xié)議，通信雙方才能按照該協(xié)議解析所傳輸?shù)臄?shù)據(jù),。就本設(shè)計而言,，一臺PC機(jī)要對應(yīng)多個下位機(jī)，屬于主從式結(jié)構(gòu),。所制訂的通信協(xié)議為：

　　
　　前導(dǎo)碼使通信雙方保持同步,，目的地址和源地址就是各設(shè)備所對應(yīng)的電話號碼，當(dāng)PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時,，先發(fā)送目的地址給所有下位機(jī),，如果某個從機(jī)被上位機(jī)尋址，它將接收主機(jī)接下來發(fā)出的數(shù)據(jù)幀" title="數(shù)據(jù)幀">數(shù)據(jù)幀,，而其它的從機(jī)則將忽略數(shù)據(jù)幀,；當(dāng)PC機(jī)接收數(shù)據(jù)" title="接收數(shù)據(jù)">接收數(shù)據(jù)時，同樣地,，下位機(jī)先發(fā)送源地址再發(fā)數(shù)據(jù)幀給上位機(jī),。CRC校驗(yàn)碼是為了防止傳輸出錯而設(shè)計的。為設(shè)計方便,，規(guī)定數(shù)據(jù)幀為32位,，其中功能碼為4位，參數(shù)為28位,。功能碼為0000時,，參數(shù)表示的是設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)；功能碼為1111時,，參數(shù)表示設(shè)備自檢數(shù)據(jù),。
2.2 上位機(jī)軟件的編寫
　　上位機(jī)是一個數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的終端，上位機(jī)軟件的功能是：選擇并發(fā)送要呼叫的電話號碼,；使計算機(jī)與嵌入式Modem能夠通過RS232接口標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)數(shù)據(jù),。由于Delphi是一種易學(xué)易用的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計工具,，因而采用它來編寫上位機(jī)程序。在上位機(jī)程序中要能夠?qū)τ嬎銠C(jī)串行口的硬件進(jìn)行操作,。然而Delphi本身不提供串行通信組件,，因此需要調(diào)用Windows API函數(shù)建立一個串行通信組件TComm來對串口硬件實(shí)現(xiàn)控制，進(jìn)而使用該組件完成串行通信功能,。在設(shè)計中還需要使用其它一些組件如Button,、Memo、RadioGroup等來完成軟件界面的設(shè)計,。
2.3 單片機(jī)程序設(shè)計
　　根據(jù)設(shè)計中單片機(jī)的任務(wù)設(shè)置一個全局變量TransOrReceFlag(規(guī)定值為0時,，表示Modem處于接收狀態(tài)；為1時,，Modem處于發(fā)送狀態(tài)),，主程序根據(jù)它的值跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序中。下面分別介紹子程序的編寫過程,。
　　嵌入式Modem發(fā)送數(shù)據(jù)：上位機(jī)按照通信協(xié)議通過串口向Atmega8先后發(fā)送目的地址(電話號碼)和數(shù)據(jù)幀,。單片機(jī)在USART接收完成中斷服務(wù)程序中，將MSM7512設(shè)置為調(diào)制模式并使MSM7512與電話線連通,，再控制雙音多頻信號發(fā)生器HT9200產(chǎn)生目的地址所對應(yīng)的DTMF信號,，送入MSM7512的外部信號輸入端EAI，經(jīng)內(nèi)部放大后從AO輸出端向電話線上發(fā)送所呼叫的電話號碼,，待與遠(yuǎn)方Modem建立起聯(lián)系后,，就可以通過模擬串口向MSM7512傳送接下來所收到的數(shù)據(jù)幀。

　　嵌入式Modem接收數(shù)據(jù)：Atmega8外部計數(shù)口T1上有下降沿出現(xiàn)時,，表明電話線上有振鈴信號，可能有遠(yuǎn)方Modem要求和本地Modem進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。為防止誤撥,，規(guī)定了振鈴信號需要連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)。當(dāng)達(dá)到計數(shù)設(shè)定值時,單片機(jī)確認(rèn)有遠(yuǎn)方Modem要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，于是將MSM7512設(shè)置為調(diào)解模式,，接通電話線，再通過模擬串口接收MSM7512傳來的數(shù)據(jù),，經(jīng)USART把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī),。
　　單片機(jī)程序中一個重要的部分是模擬UART串口的實(shí)現(xiàn)部分。在設(shè)計中用定時/計數(shù)器0產(chǎn)生合適的波特率,使接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)符合異步串行通信數(shù)據(jù)幀的格式,；一個普通I/O 口作為TXD′,，外部中斷0口T0作為RXD′；在內(nèi)存中開辟一塊緩沖區(qū)模擬串口的數(shù)據(jù)接收/發(fā)送緩沖器,。規(guī)定模擬串口中數(shù)據(jù)幀為1個起始位,，8個數(shù)據(jù)位,，1個停止位，波特率為9600bps,。下面就接收和發(fā)送兩個過程介紹模擬串口的實(shí)現(xiàn),。
　　模擬串口接收數(shù)據(jù)：串行通信中數(shù)據(jù)幀都是從一個下降沿開始的。當(dāng)T0口上有下降沿出現(xiàn)并觸發(fā)中斷時,，表明MSM7512已經(jīng)接收到遠(yuǎn)方傳來的數(shù)據(jù),，單片機(jī)需要對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。在中斷服務(wù)程序中初始化數(shù)據(jù)位計數(shù)器和定時/計數(shù)器0,，設(shè)定其第一次定時時間為1.5位,，因?yàn)閺钠鹗嘉恍枰訒r1.5位才能進(jìn)行數(shù)據(jù)位D0的采樣(1.5位＝1起始位＋0.5D₀位)，如圖4所示,。接下來的8次采樣的間隔一樣,，所以在定時器第一次計時溢出后，在每次溢出中斷服務(wù)程序中重新裝載的定時時間均為1位,。采樣后將所得數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)再送給上位機(jī),。圖5是模擬串口接收數(shù)據(jù)的程序流程圖。

　　模擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)：與接收數(shù)據(jù)過程相比,，發(fā)送數(shù)據(jù)要簡單些,。因?yàn)椴恍枰蓸樱瑤兴形坏臅r間長度是一樣的,，所以定時/計數(shù)器0的定時時間為固定值,，即1位的時間。送出的第一位數(shù)據(jù)是起始位,，通知接收方準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù),，然后從最低有效位LSB到最高有效位MSB，數(shù)據(jù)被一位一位地移出,，在最末的是停止位(即邏輯1),，用來讓接收方區(qū)分發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)。
　　由于在上位機(jī)程序中集成了選擇發(fā)送電話號碼的功能,，所以本文所介紹的嵌入式Modem能夠靈活方便地與遠(yuǎn)方設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。它還具有體積小、外圍電路簡單,、易維護(hù),、成本低廉等特點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用價值,。
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