【文章內(nèi)容簡介】 。結(jié)合目前對國內(nèi)手機設計廠商的了解，個人認為，國內(nèi)廠商提供的套片，在 PCB 設計、EMC 保護、系統(tǒng)集成和 GSM 協(xié)議棧等許多方面仍然需要面對眾多的挑戰(zhàn)。國內(nèi)廠商往往起步較晚，這些方面的技術積累還很少。而使用無線通信模塊進行設計可以大大降低開發(fā)難度，縮短設計周期，壓縮開發(fā)費用。因此，本方案選用無線通信模塊進行移動終端的設計。針對GSM業(yè)務的典型應用，目前，對GSM數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的開發(fā)，主要方案為：單片機+GSM模塊。該系統(tǒng)依托GSM網(wǎng)絡，采用短消息進行數(shù)據(jù)通信，即在傳統(tǒng)的單片機數(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)務的GSM模塊，并為其分配一個獨立的SIM卡，結(jié)合單片機系統(tǒng)通過串行通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸。該系統(tǒng) 有一定的延遲，SMS 的消息長度只有 140 個字節(jié)，對數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，只能分成幾條短信息進行傳輸，進一步增加了延遲時間。因此，基于GSM網(wǎng)絡的SMS不完全能夠滿足系統(tǒng)的實時性和數(shù)據(jù)量的要求，但完全可滿足于數(shù)據(jù)量小，實時性不高、單個業(yè)務數(shù)據(jù)量不大、交換不頻繁的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。這里的單片機并不進行 GSM 協(xié)議棧處理，只負責傳輸參數(shù)的存儲、系統(tǒng)上電初始化、GSM 網(wǎng)絡連接、用戶交換數(shù)據(jù)的緩存及有關狀態(tài)管理。發(fā)揮了單片機的管理能力及模塊的協(xié)議處理能力，各取所長，形成真正的智能GSM數(shù)據(jù)終端。 硬件設計的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)對應用場合的需求分析，本文設計了基于GSM網(wǎng)絡通信的高性價比的終端系統(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。整個硬件設計的總體結(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）單片機選用AT89S52；（3）監(jiān)控中心可以是具有 GSM 網(wǎng)絡功能的手機用戶或計算機，通過 GSM 網(wǎng)絡可采集各個終端的數(shù)據(jù)，也可向終端群發(fā)數(shù)據(jù)，進而起到遠程監(jiān)控的作用；（4）兩個帶有 GSM 終端機，通過串口采集到數(shù)據(jù)，利用 GSM 短消息功能實現(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，如在待機狀態(tài)，和基站的握手狀態(tài)，通信狀態(tài)、信號強弱不同的地方等等，這些因素都會直接影響無線模塊的耗電水平，所以無線模塊的電源設計非常重要。系統(tǒng)實行雙路供電，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計，下面對選用的主要元器件性能作簡單介紹。 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、并涵蓋了蜂窩射頻設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是一個完整的無線 GSM模塊，本身能完成獨立的功能。外部通過40管腳的ZIF連接器對TC35i模塊進行控制，從而實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸。 單片機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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，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用系統(tǒng)中得到廣泛應用。 AT89S52電路設計 芯片電源電路設計在該系統(tǒng)中單片機需要用5V供電，因而用7805芯片實現(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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，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用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。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。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 AT89S52管腳圖P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，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，（）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P3口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，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編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，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，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（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，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當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。 串行通信設計串行通信的特點是：數(shù)據(jù)是按位的順序進行傳送，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計算機與外界的數(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。并行通信的特點是：各數(shù)據(jù)位同時傳送，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。例如計算機與打印機之間的串行通信就是單工形式，因為只能是計算機向打印機傳送數(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位，也可以用作地址/數(shù)據(jù)幀標志，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)束的全部內(nèi)容稱之為一幀，幀是一個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。奇偶校驗位：用于對字符傳送作為正確性檢查。共有3種可能，即奇校驗、偶校驗和無校驗。停止位：停止位在最后，用以標志一個字符傳送的結(jié)束，它對應于邏輯“1”狀態(tài)。停止位可能是1. 5或2位。在實際應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)塊開頭時發(fā)送一個或兩個同步字符，使發(fā)送與接收雙方取得同步。數(shù)據(jù)塊的各個字符間，取消了每一個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，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)塊之間有間隔時間，則發(fā)送同步字符填充。 同步通信的數(shù)據(jù)格式（三）串行通信總線標準及其接口在設計通信接口時，根據(jù)需要選擇標準接口，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準。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標準接口，可提高信號幅度加大傳送距離，（b）。如果是長距離傳送，可采用RS485標準。 兩種串行通信連接示意圖（四）RS232C標準RS232C標準是美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會）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、機械特性、電氣特性、信號功能及傳送過程的標準。RS232標準對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(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；對于控制信號，接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平界于+3V—+15V之間，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無效的電平界于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。實際工作時，電平應保證在正負3—15V之間。EIARS232C是用正負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，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的轉(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 引腳定義引腳信號名功能1DCD載波檢測2RXD接收數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準備就緒5GND信號地線6DSR數(shù)據(jù)準備完成7RTS發(fā)送請求8CTS發(fā)送清除9RI振鈴指示（五）AT89S52串行口結(jié)構(gòu)與控制AT89S52單片機有一個全雙工的串行口，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串行口主要由兩個物理上獨立的串行數(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。兩個緩沖寄存器共用一個地址99H，可以用讀/寫指令區(qū)分。