【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PRS 等通訊模塊客戶(hù)提供全方位的技術(shù)支持，為以后產(chǎn)品升級(jí)維護(hù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。綜合考慮，在實(shí)現(xiàn)相同功能的情況下，這款模塊性?xún)r(jià)比高是系統(tǒng)的最佳選擇。 軟 件 開(kāi)發(fā)工具選擇 對(duì)于嵌入式 ARM 的開(kāi)發(fā)，通常有兩種編譯環(huán)境 ADS 和 KEIL，本 系統(tǒng)是在 Keil uVision4 的軟件編譯環(huán)境下進(jìn)行的。 ARM 微處理器的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具是 ADS， ADS（ ARM Developer Suite）是在 1993 年由 Metrowerks 公司開(kāi)發(fā) 的， 是 ARM 處理器下最主要的開(kāi)發(fā)工具。 ADS 是全套的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)軟件工具，包編譯器生成的代碼密度和執(zhí)行速度優(yōu)異。可快速低價(jià)地創(chuàng)建 ARM 結(jié)構(gòu)應(yīng)用。 ADS 對(duì)匯編、 C/C++、 java支持的 均很好，是目前最成熟的 ARM 開(kāi)發(fā)工具。很多 ARM 開(kāi)發(fā)軟件（例山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 如 Keil）也是借用的 ADS 的編譯器。 但是 ADS 界面不夠友好，項(xiàng)目管理和系統(tǒng)設(shè)置比較復(fù)雜，不易學(xué)習(xí) 。 Keil μVision4于 2022 年 2 月發(fā)布， Keil μVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開(kāi)發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺(jué)上對(duì)窗口表面任何位置 的 完全控制。新的用戶(hù)界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，還添加了一些其他新功能。 2022 年 3 月 ARM 公司發(fā)布最新集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 RealView MDK 開(kāi)發(fā)工具中集成了最新版本的 Keil uVision4，其編譯器、調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)與 ARM 器件的最完美匹配。 系統(tǒng)語(yǔ)言與 模塊化 結(jié)構(gòu) AT 指令集 AT 即 Attention， AT 指令集是從終端設(shè)備 (Terminal Equipment， TE)或 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 向終端適配器 (Terminal Adapter， TA)或 數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的。通過(guò) TA， TE 發(fā)送 AT 指令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶(hù)可以通過(guò) AT 指令進(jìn)行呼叫、短信、電話(huà)本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。 90 年代初， AT 指令僅被用于 Modem 操作。沒(méi)有控制移動(dòng)電話(huà)文本消息的先例，只開(kāi)發(fā)了一種叫 SMS BlockMode 的協(xié)議，通過(guò)終端設(shè)備 (TE)或電腦來(lái)完全控制 SMS。幾年后，主要的移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)廠(chǎng) 商諾基亞、愛(ài)立信、摩托羅拉和 HP 共同為 GSM 研制了一整套 AT 指 令， 包括對(duì) SMS 的控制。 AT 指令在此基礎(chǔ)上演化并被加入 GSM07． 05 標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)在的 GSM07． 07標(biāo)準(zhǔn) 。 SMS的控制共有 3種實(shí)現(xiàn)途徑：最初的 BlockMode；基于 AT 指令的 TextMode；基于 AT 指令的 PDUMode。到現(xiàn)在 PDUMode山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 已經(jīng)取代 BlockMode，后者逐漸淡出。 GSM 模塊與計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議是一些 AT 指令集， AT 指令是以 AT 作首，字符結(jié)束的字符串， AT 指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在 每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息 (如有人撥號(hào)進(jìn)來(lái)、線(xiàn)路無(wú)信號(hào)等 )，模塊將有對(duì)應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理。 中興通訊 MG2639 模塊有自己豐富的 AT 指令集本，本文用到的基本指令有： AT、 ATE0、 AT+ZPNUM=CMNET,（設(shè)置 APN 指令） 、AT+ZPPPOPEN（激活 APN 指令） 、 AT+ZIPSETUP=1,3030（建立 TCP 網(wǎng)絡(luò)連接指令） 、 AT+ZIPSEND=1,10（發(fā)送數(shù)據(jù)指令） 。 C 語(yǔ)言 程序模塊化 設(shè)計(jì) 不同于一般形式的軟件編程，嵌入式系統(tǒng)編程 建立在特定的硬件平臺(tái)上，勢(shì)必要求其編程語(yǔ)言具備較強(qiáng)的硬件直接操作能力。無(wú)疑，匯編語(yǔ)言具備這樣的特質(zhì)。但是，由于匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，它并不是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一般選擇。而與之相比， C 語(yǔ)言一種 高級(jí)的低級(jí) 語(yǔ)言，則成為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最佳選擇。 它既具有 高級(jí)語(yǔ)言 的特點(diǎn)，又具有 匯編語(yǔ)言 的特點(diǎn)。 而且 C 語(yǔ)言移植性好、易于模塊化設(shè)計(jì)，有利于系統(tǒng)后期升級(jí)維護(hù)。 模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是程序的編寫(xiě)不是開(kāi)始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語(yǔ)句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過(guò)程等框架把 軟件 的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來(lái)，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。逐步求精的結(jié)果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其求解算法的方 法稱(chēng)為模塊化。模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡(jiǎn)單化。 程序模塊開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，有利于團(tuán)隊(duì)成員間的合作和分工，使嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期變短。提高開(kāi)發(fā)效率，減少開(kāi)發(fā)成本，更有利于產(chǎn)品的升級(jí)。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 硬件 電路 設(shè)計(jì) 硬件 電路 設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)任務(wù)：首先分析硬件系統(tǒng)各部分的功能要求，選擇合適的器件，完成各部分電路的設(shè)計(jì)，然后利用 Protel99se 進(jìn)行硬件電路原理圖的總體設(shè)計(jì)和 PCB 的設(shè)計(jì)， 完成硬件設(shè)計(jì)。 電源 電路 設(shè)計(jì) 電源芯片選擇 電源部分的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用兩種可選擇電 源供電方式，一種是 5V 的直流電源供電，另一種是電源范圍在 740V 的寬電源直流供電。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電源多為 12V 或 24V 的開(kāi)關(guān)電源，而且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，為了滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，為保證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，我們選用的供電模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊都要從性?xún)r(jià)比高、帶負(fù)載能力強(qiáng)等方面考慮選型。由于考慮無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)終端的應(yīng)用環(huán)境要求，經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮系統(tǒng)決定選用寬電壓輸入電壓模塊?？紤]到負(fù)載電流和功耗，電源芯片選用開(kāi)關(guān)式，由于通信模塊與微控制器所需電壓不一致，故選用 為 LPC2132 等供電電壓為 的芯片 供電， 選用為通信模塊供電。 LM2576 可將 740V 的直流電轉(zhuǎn)換成5V 直流電 作為寬電壓 范圍電源。 同時(shí)為了縮小產(chǎn)品的尺寸，選擇的芯片封裝為貼片形式。 電源電路具體設(shè)計(jì) 在寬電源供電下，首先 740V 的直流電源 進(jìn)過(guò) LM2576DCDC 變換成5V 直流電，然后 LM2576 的輸出經(jīng) MIC29302 轉(zhuǎn)換給無(wú)線(xiàn)模塊供電，同時(shí)LM2576輸出的 5V直流電經(jīng)芯片 。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 V I N1V O U T2G N D3F E E D B4O N /O F F5U3L M 2 5 7 6V I NL12 0 0 u HV C C _ 5C 1 41 0 0 0 u F /1 6 VD1 I N 5 4 0 8 R LD2 I N 5 4 0 8 R LD3I N 5 8 2 212J2C O N 2V I NC11 0 0 u F /5 0 V 在圖 中的 電路中 ， LM2576 輸入端和輸出端（ MIC29302 的輸入端）的兩個(gè)二極管 IN5408 為保護(hù)二極管以防電源接反損壞芯片， D3 為穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電源輸出 ,電感 L1 作用是濾波，使輸出 5V 電壓更加穩(wěn)定。 IN2EN1GND3ADJ5V O U T4U2M I C 2 9 3 0 2R11KR 2 12 .2 K+ C 1 74 7 u F /1 6 V + C 2 81 0 u FV C C _ 5C21 0 4V B A T 圖 中 VBAT 為 MIC29302 的輸出，直接給 MG2639 模塊供電。 MG2639 模塊要求供電電壓在 之間。由 )(121 ??? outVRR得 ??? RRV B AT 。為滿(mǎn)足要求 R21/R1 在 之間，故 R21=、 圖 L M 2 5 7 6 電 源 轉(zhuǎn) 換 電路 圖 模塊 電源電路 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 R1=1K， 計(jì)算得 VBAT=。 V C C _5V I N1G N D2EN3R S N4V O U T5U1S P 6201 C 1510 5V C C _3 .3C 1610 512J1C O N 2V C C _5 圖 中 芯片 是把 5V 電壓轉(zhuǎn)換成 ，為 器件供電，EN 接高電平使能轉(zhuǎn)換， RSN 為低電壓檢測(cè)復(fù)位端。當(dāng)輸出電壓過(guò)低時(shí)，延時(shí)檢測(cè)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。本系統(tǒng)未用此端。 C1 16 為電源端去耦電容。 主控 外圍 電路 主控電路主控芯片為 LPC 2132，采用外部看門(mén)狗，外部看門(mén)狗芯片 選擇 SP706。 SP706S 供電電源為 ， 系統(tǒng)上電 后 ， SP706S 自動(dòng)產(chǎn)生 200ms 低電平復(fù)位信號(hào)，使 MCU 正常復(fù)位。 MCU 配置一個(gè) I/O 管腳為輸出，并接到 WDI。如果 I/O 固定為 HIGH 或 LOW 電平不變，則 后， SP706S 內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器就會(huì)溢出并使 /WDO 輸出低電平，而 /WDO 已連接到手動(dòng)復(fù)位 /MR，因此會(huì)導(dǎo)致 /RST 管腳輸出低電平復(fù)位信號(hào)使 MCU 重新復(fù)位。 MCU 在正常工作情況下當(dāng)然是不允許這樣反復(fù)復(fù)位的，因此必須在程序里及時(shí)反轉(zhuǎn) I/O 的狀態(tài)，該操作被形象地稱(chēng)為 “ 喂狗 ” 。每次反轉(zhuǎn) WDI 輸入狀態(tài)都能夠清除 SP706S 內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器，從而確保 /WDO 不會(huì)輸出低電平（為保證可靠，喂狗間隔應(yīng)當(dāng)小于 1s）。利用外部看門(mén)狗的好處是使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，避免內(nèi)部看 門(mén)狗定時(shí)器限制系統(tǒng)功能。晶振電路晶振選擇 ，這樣使得系統(tǒng)時(shí)間更加準(zhǔn)確?？撮T(mén)狗電路如 圖 圖 電源電路 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 MR1V C C2G N D3PFI4PFO5W D I6R S T7W D O8U4S P 706 SV C C _3 .3看門(mén)狗復(fù)位70 6R S T70 6W D I1 2J3C O N 2C310 4 主控電路部分具體電路如 圖 所示， C3 C3晶振 Y R14 組成主控時(shí)鐘電路，晶振選擇 頻率， R14 為起振電阻 阻值為1MΩ 。 CON2 為程序下載短接端口，需下載程序時(shí)，在上電短接 CON2，這樣 上電 后 LPC2132 自動(dòng)進(jìn)入下載模式。 D9 為運(yùn)行指示 LED。 P 0 .2 1 /P W M 5 /A D 1 .6 /C A P 1 .31P 0 .2 2 /A D 1 .7 /C A P 0 .0 /M A T 0 .02R T X C 13P 1 .1 9 /T R A C E P K T 34R T X C 25V S S6V D D A7P 1 .8 /T R A C E P K T 28P 0 .2 5 /A D 0 .4 /A o u t29P 0 .2 6 /A D 0 .5 /10P 0 .2 7 /A D 0 .0 /C A P 0 .1 /M A T 0 .111P 1 .1 7 /T R A C E P K T 112P 0 .2 8 /A D 0 .1 /C A P 0 .2 M A T 0 .213P 0 .2 9 /A D 0 .2 /C A P 0 .3 M A T 0 .314P 0 .3 0 /A D 0 .3 /E I N T 3 /C A P 0 .015P 1 .1 6 /T R A C E P K T16P0.3117VSS18P0.0/TXD0/PWM119P1.31/TRST20P0.1/RXD0/PWM3/EINT021P0.2/SCL0/CAP0.022VDD23P1.26/RTCK24VSS25P0.3/SDA0/MAT0.0/EINT126P0.4/SCK0/CAP0.1/AD0.627P1.25/EXINT028P0.5/MISO0/MAT0.1/AD0.729P0.6/MISI0/CAP0.2/AD1.030P0.7/SSSEL0/PWM2EINT231P1.24/TRACECLK32P 0 .8 /T X D 1 /P W M 4 /A D 1 .133P 0