【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。結(jié)合目前對(duì)國內(nèi)手機(jī)設(shè)計(jì)廠商的了解，個(gè)人認(rèn)為，國內(nèi)廠商提供的套片，在 PCB 設(shè)計(jì)、EMC 保護(hù)、系統(tǒng)集成和 GSM 協(xié)議棧等許多方面仍然需要面對(duì)眾多的挑戰(zhàn)。國內(nèi)廠商往往起步較晚，這些方面的技術(shù)積累還很少。而使用無線通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)可以大大降低開發(fā)難度，縮短設(shè)計(jì)周期，壓縮開發(fā)費(fèi)用。因此，本方案選用無線通信模塊進(jìn)行移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)。針對(duì)GSM業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用，目前，對(duì)GSM數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的開發(fā)，主要方案為：?jiǎn)纹瑱C(jī)+GSM模塊。該系統(tǒng)依托GSM網(wǎng)絡(luò)，采用短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即在傳統(tǒng)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)的GSM模塊，并為其分配一個(gè)獨(dú)立的SIM卡，結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。該系統(tǒng) 有一定的延遲，SMS 的消息長(zhǎng)度只有 140 個(gè)字節(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，只能分成幾條短信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)一步增加了延遲時(shí)間。因此，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS不完全能夠滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)量的要求，但完全可滿足于數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性不高、單個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量不大、交換不頻繁的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。這里的單片機(jī)并不進(jìn)行 GSM 協(xié)議棧處理，只負(fù)責(zé)傳輸參數(shù)的存儲(chǔ)、系統(tǒng)上電初始化、GSM 網(wǎng)絡(luò)連接、用戶交換數(shù)據(jù)的緩存及有關(guān)狀態(tài)管理。發(fā)揮了單片機(jī)的管理能力及模塊的協(xié)議處理能力，各取所長(zhǎng)，形成真正的智能GSM數(shù)據(jù)終端。 硬件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的需求分析，本文設(shè)計(jì)了基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信的高性價(jià)比的終端系統(tǒng)，主要采用AT89S52芯片作為處理器，TC35i模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的GSM通信模塊。整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 GSM 數(shù)據(jù)傳輸終端原理圖（1）終端模塊選用 Siemens 公司的 TC35i，支持 GSM,其工作電壓范圍為。；（2）單片機(jī)選用AT89S52；（3）監(jiān)控中心可以是具有 GSM 網(wǎng)絡(luò)功能的手機(jī)用戶或計(jì)算機(jī)，通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)可采集各個(gè)終端的數(shù)據(jù)，也可向終端群發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)而起到遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用；（4）兩個(gè)帶有 GSM 終端機(jī)，通過串口采集到數(shù)據(jù)，利用 GSM 短消息功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；（5）無線模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，如在待機(jī)狀態(tài)，和基站的握手狀態(tài)，通信狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)弱不同的地方等等，這些因素都會(huì)直接影響無線模塊的耗電水平，所以無線模塊的電源設(shè)計(jì)非常重要。系統(tǒng)實(shí)行雙路供電，一路電源模塊給 GSM 模塊供電，另一路給其他電路供電，以減少對(duì)無線模塊供電的影響。 硬件資源介紹GSM終端主要由 AT89S52 和 GSM 通信模塊構(gòu)成，為便于理解終端電路的設(shè)計(jì)，下面對(duì)選用的主要元器件性能作簡(jiǎn)單介紹。 GSM 模塊—TC35i（一）GSM 模塊TC35i的主要性能TC35i模塊是Siemens公司推出的無線雙頻GSM引擎。在業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，受到大多數(shù)工業(yè)用戶的推崇。其具有以下特征：GSM雙頻模塊（900/1800Hz）滿足 GSM Phase 2/2+正常工作溫度范圍為20176。C to +55176。C通訊功能：支持 GSM 語音、數(shù)據(jù)、傳真及短消息等AT Command Set for TC35i, Version 尺寸： x x （二）TC35i功能框圖 TC35i 的功能圖TC35i模塊主要有 GSM 基帶控制器、射頻模塊、供電模塊、ZIF連接器、閃存、天線接口、常用接口等部分組成。TC35i 的功能框圖如圖 所示。作為TC35i的核心，基帶處理器主要處理 GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)、并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中所有的模擬和數(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語音編碼。TC35i是一個(gè)完整的無線 GSM模塊，本身能完成獨(dú)立的功能。外部通過40管腳的ZIF連接器對(duì)TC35i模塊進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。 單片機(jī)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52電路設(shè)計(jì) 芯片電源電路設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中單片機(jī)需要用5V供電，因而用7805芯片實(shí)現(xiàn)到5V的降壓處理，電源采用直流電源變壓器輸出 5V的電壓，其電源連接電路如圖 所示， 電源電路原理圖 AT89S52芯片介紹AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52管腳圖P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P3口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 串行通信設(shè)計(jì)串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)是按位的順序進(jìn)行傳送，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。并行通信的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位，就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。（一）串行數(shù)據(jù)通信共有以下幾種數(shù)據(jù)通路形式。(Simplex)形式單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的。通信雙方中一方固定為發(fā)送端，另一方則固定為接收端。單工形式的串行通信，只需要一條數(shù)據(jù)線。如圖35(a)所示。例如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)之間的串行通信就是單工形式，因?yàn)橹荒苁怯?jì)算機(jī)向打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)，而不可能有相反方向的數(shù)據(jù)傳送。(Halfduplex)形式半雙工形式的數(shù)據(jù)傳送也是雙向的。但任何時(shí)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)。因此半雙工形式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。如圖35(b)所示。(Fullduplex)形式全雙工形式的數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此全雙工形式的串行通信需要兩條數(shù)據(jù)線。 (c)所示。 串行通信的數(shù)據(jù)通路形式（二）串行通信基本通信方式按照串行數(shù)據(jù)的同步方式，串行通信可分為異步通信方式和同步通信方式。異步通信用起始位“0”表示字符的開始，然后由低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位“1”表示字符結(jié)束。異步通信數(shù)據(jù)傳送按幀傳送。（a）中一幀信息包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。（b）中數(shù)據(jù)位增加到9位。在89S52中，第九位數(shù)據(jù)D8既可以用作奇偶校驗(yàn)位，也可以用作地址/數(shù)據(jù)幀標(biāo)志，D8＝1表示該幀信息傳送的是地址，D8=0表示傳送的是數(shù)據(jù)。兩幀信息之間可以無間隔，也可以有間隔，且間隔時(shí)間可任意改變，間隔用空閑位“1”來填充。 異步通信的數(shù)據(jù)格式幀（frame）：從起始位開始到停止位結(jié)束的全部?jī)?nèi)容稱之為一幀，幀是一個(gè)字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式稱之為幀格式。起始位：發(fā)送器是通過發(fā)送起始位而開始一個(gè)字符的傳送。起始位使數(shù)據(jù)線處于邏輯“0”狀態(tài)。數(shù)據(jù)位：起始位之后就傳送數(shù)據(jù)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前（左），高位在后（右）。數(shù)據(jù)位可以是7或8位。奇偶校驗(yàn)位：用于對(duì)字符傳送作為正確性檢查。共有3種可能，即奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)。停止位：停止位在最后，用以標(biāo)志一個(gè)字符傳送的結(jié)束，它對(duì)應(yīng)于邏輯“1”狀態(tài)。停止位可能是1. 5或2位。在實(shí)際應(yīng)用中通信的雙方根據(jù)需要，在通信發(fā)生之前確定上述內(nèi)容。在同步通信中，每一數(shù)據(jù)塊開頭時(shí)發(fā)送一個(gè)或兩個(gè)同步字符，使發(fā)送與接收雙方取得同步。數(shù)據(jù)塊的各個(gè)字符間，取消了每一個(gè)字符的起始位和停止位，所以通信速度得以提高。同步通信時(shí)，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)塊之間有間隔時(shí)間，則發(fā)送同步字符填充。 同步通信的數(shù)據(jù)格式（三）串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口在設(shè)計(jì)通信接口時(shí)，根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換等問題。根據(jù)傳輸距離不同，可以選擇不同的總線標(biāo)準(zhǔn)。如果是短距離傳送，只需要TX、RX和GND三根線，（a）；如果距離在15米左右，采用RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，可提高信號(hào)幅度加大傳送距離，（b）。如果是長(zhǎng)距離傳送，可采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。 兩種串行通信連接示意圖（四）RS232C標(biāo)準(zhǔn)RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開發(fā)的于1969年公布的通信協(xié)議，它規(guī)定了串行數(shù)據(jù)傳送的連接電纜、機(jī)械特性、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程的標(biāo)準(zhǔn)。RS232標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在數(shù)據(jù)線上，邏輯“1”的電平界于3—15V之間，邏輯“0”的電平界于+3—+15V之間；對(duì)于控制信號(hào)，接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平界于+3V—+15V之間，斷開狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無效的電平界于3—15V之間。介于3V和+3V之間的電壓無意義，低于15V或高于+15V的電壓也無意義。實(shí)際工作時(shí)，電平應(yīng)保證在正負(fù)3—15V之間。EIARS232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。目前廣泛使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC148SN75154芯片可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換，而MC148SN75150可完成TTL到EIA電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL到EIA雙向電平的轉(zhuǎn)換。 TTL到EIA電平的轉(zhuǎn)換與RS232C相匹配的連接器有DB2DB9，其引腳定義各不相同，下面只介紹DB9連接器。 DB9的引腳示意圖DB9的引腳定義如下表所示 引腳定義引腳信號(hào)名功能1DCD載波檢測(cè)2RXD接收數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒5GND信號(hào)地線6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成7RTS發(fā)送請(qǐng)求8CTS發(fā)送清除9RI振鈴指示（五）AT89S52串行口結(jié)構(gòu)與控制AT89S52單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，可作為通用異步接收和發(fā)送器（UART）用，也可作同步移位寄存器用。AT89S52串行口主要由兩個(gè)物理上獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF、發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門組成。發(fā)送緩沖器SBUF只能寫，不能讀；接收緩沖器SBUF只能讀，不能寫。兩個(gè)緩沖寄存器共用一個(gè)地址99H，可以用讀/寫指令區(qū)分。