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嵌入式Modem在配變終端單元中的應(yīng)用
摘要：主要介紹硅實驗室雙芯片形式的嵌入式Modem(ISOmodem)芯片Si2414和Si3015，以及ISOmodem在配電變壓器遠方終端單元（TTU）中的應(yīng)用；重點介紹運用ISOmodem通信的硬件及軟件設(shè)計。關(guān)鍵詞：IOSmodem Si2414 TTU
目前，市面上的工業(yè)Modem主要以外置為主。外置Modem具有體積大、成本高、集成不方便等缺點；而嵌入式Modem以其性能穩(wěn)定、高度集成化等優(yōu)點，可以方便地嵌入到各種單片機應(yīng)用系統(tǒng)，得到廣大工業(yè)用戶的極大關(guān)注與歡迎。美國硅實驗定（Silicon Laboratories）生產(chǎn)的ISOmodem就是一系列的嵌入式Modem芯片。
1 ISOmodem介紹
ISOmodem采用雙芯片形式：Modem控制芯片Si2414和DAA芯片Si3015。Modem芯片Si2414是對Modem通信進行控制并提供與微控制器的通信接口；DAA芯片Si3015是將數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號后輸出，或是將接收的模擬信號解調(diào)為數(shù)字信號。它的通信傳輸速率最高可達14.4kbps，耗電量小于85mW，且具有過流偵測與保護功能。
1.1 Si2414內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能
Si2414芯片是高度集成化的，工作電壓為3.3V，內(nèi)部功能模塊如圖1所示。包括1個控制、數(shù)據(jù)泵、ROM、RAM、1個晶振、樂相環(huán)、定時器、串行接口、UART（通用異步收發(fā)器）、1個并行接口和1個DAA接口。Modem軟件永久地被存儲在片內(nèi)ROM中，只有Modem設(shè)置信息（默認值除外）和其它軟件更新程序必須存儲在主機里， 然后下載到片內(nèi)RAM中。
在片內(nèi)，控制器提供了一些重要的功能，包括AT命令解析，DAA控制，連接序列控制，DCE（數(shù)據(jù)通信裝置）協(xié)議控制，接入檢測，并行電話摘機檢測，溢出控制，來電顯示控制和格式化，PCM（脈沖編碼調(diào)制）模式控制，振鈴檢測，DTMF(雙音多頻)控制，通話進程臨測，錯誤糾正和數(shù)據(jù)壓縮。事實上，主機和Modem之間的所有相互作用都是由控制器完成的�？刂破魇褂谩癆T”指令、S-寄存器和U-寄存器來配置和控制Modem。
1.2 Si2414的接口
Si2414提供兩種與主機接口方式：串行接口和并行接口。Si2414默認的用戶接口為串行接口，當AOUT/INT引腳通過一個下拉電阻（≤10kΩ）拉至低電平且在復(fù)位的上升沿CS引腳為高電平時，Modem接口選擇為并行接口。
（1）串行接口
當選擇串口作為Si2414的用戶接口時，TXD為發(fā)送引腳，RXD為接收引腳，數(shù)據(jù)通信的流控制通過硬件實現(xiàn)，即通過RTS、CTS、RI、DCD引腳信號控制數(shù)據(jù)的傳送。RTS（請求發(fā)送）是終端（DTE）到Modem（DCE）的控制信號，它通知DCE可以把數(shù)據(jù)發(fā)送到DTE，低電平有效。CTS（清除發(fā)送）是DCE到DTE的控制信號，它通知DTE可以把數(shù)據(jù)發(fā)送到DCE，低電平有低。RI（振鈴指示）是指當Modem接收到遠程呼叫時，發(fā)出振鈴指示信號RI，以通知DTE有遠程呼叫。DCD（載波檢測）是指當Modem檢測到載波信號時發(fā)出DCD信號，以通知DTE線路已經(jīng)建立連接，雙方可以開始進行通信。
圖1
（2）并行接口
采用并行接口方式時，主機是通過對Si2414內(nèi)部的兩個寄存器讀寫實現(xiàn)Modem通信控制的。地址線A0=0時，指向并行接口寄存器0；A0=1時，指向并行接口寄存器1。并行接口寄存器0為發(fā)送接收寄存器，寄存器1為Modem控制及狀態(tài)寄存器。
并行接口寄存器0接收主機從并口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并將從遠程Modem接收以的數(shù)據(jù)輸出到并口。與串行接口不同，在并口方式下，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的流控制是通過并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位實現(xiàn)的。表2中，RTS、CTS位同串口的INT、ESC、RTS、CTS引腳功能相同，RXF為12字節(jié)學(xué)度接收FIFO緩沖滿櫝志位；TXE為14字節(jié)深度發(fā)送FIFO緩沖區(qū)空標志武位；REM為接收FIFO緩沖區(qū)空標志位；INTM是INT中斷引腳使能位；INT為中斷標志位。
1.3 Si3015
Si3015，DAA或線-端芯片，包含ADC、DAC、控制電路和1個ISOlink接口。Si3015和其周圍的電路提供了電話線接口需要的呢功能，包括1個整流橋、摘掛機、直流終端 、交換終端、振鈴監(jiān)測、回路電流/電壓監(jiān)測及通話進程測、回路電流/電壓監(jiān)測及通話進程監(jiān)測。另外，Si3015的外部電路主要負責EMI（電磁干擾）、EMC（電磁兼容）、安全設(shè)置和振蕩操作。
2 ISOmodem在配電變壓器遠方終端單元中的應(yīng)用
2.1 硬件設(shè)計(范文先生網(wǎng)www.gymyzhishaji.com收集整理)
嵌入式ISOmodem系統(tǒng)框圖如圖2。主機，即微控制器，采用TI公司的16位高性能定點DSP芯片TMS 320LF2407A。Si2414與主機TMS320 LF2407A（簡稱2407A）連接采用并口方式，與Si3015連接通過ISOlink接口，即Si2414的C1A引腳經(jīng)電容C到Si3015的C1B引腳。ISOlink是一個連接Modem芯片和DAA芯片的專用高速接口，有三個作用：首先，將控制信號和數(shù)據(jù)從Modem芯片傳輸?shù)紻AA芯片；其次，將DAA芯片縟 眰的數(shù)據(jù)和產(chǎn)生的狀態(tài)信號傳輸?shù)組doem芯芯片；最后，在掛機的時候，從Modem芯片提供 “keep-alive”電源到DAA芯片。系統(tǒng)通過TIP、RING兩條線接入電話線網(wǎng)絡(luò)或是采用專線通信方式即直接與遠方Modem的TIP、RING相連。
Si2414與控制器的硬件接口電路原理如圖3所示。采用2407A的I/O空間與Si2414的并口相連，這樣，利用I/O空間的64K可尋址空間，既節(jié)省2407A的輸入輸出端口資源，又簡化了軟件編程。圖3中，2407A的I/O空間選通引腳IS與I/O通用端口IOPA4經(jīng)一個或門連接到Si2414的片選線CS，當IOPA4=0且IS=0時，Modem芯片被穩(wěn)選通，DSP就能對Modem進行操作。另外，Si2414的8根數(shù)據(jù)線D0～D7；地址線A0連接到2407A的A0；讀、寫控制線RD、WE分別連接到2407A的讀、寫使能引腳RD、Weko怕輸出引腳INT連接到2407A的外部中斷引腳XINT1.該引腳進行軟件設(shè)置后，當系統(tǒng)檢測到振鈴或載波信號時，將輸出一個中斷脈沖tjt位引腳RESET連接到2407A的一個I/O口IPB5，當控制器給IOPB5一個大于5ms的低脈沖時， Si2414就會產(chǎn)生硬件復(fù)位。C1A引腳是Si2414與Si3015連接的DAA接口，它通過一個電容到Si3015的C1B引腳，電容主要是起隔離作用。Si3015的外圍電路主要包括一個整流橋、摘掛機、直流終端、交流終端。振鈴監(jiān)測、回路電流/電壓監(jiān)測及通話進程監(jiān)測。
2.2 軟件設(shè)計
在利用Modem通信時，首先需要對Modem初始化。Modem初始化包括通信的波特率、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、中斷、自動應(yīng)答、振鈴次數(shù)的設(shè)置等。初始化后，Modem處于等待連接狀態(tài)。這時，可以由Modem進行主動撥號建立連接，也可以由對方電話進行撥號建立連接。若由對方電話撥號，則Modem接收到振鈴RING信號的振鈴次數(shù)為一次后，Modem自動摘機進行應(yīng)答。接收到載波后，Modem發(fā)出一個中斷信號，DSP進入中斷，數(shù)據(jù)通信鏈路建立成功，延時幾十ms后，就可以進行數(shù)據(jù)通信了。若是由Modem進行主動撥號，則撥號后，Modem一直在等待對方的載波信號，DSP收到Modem返回CONNECT碼后，連接成功，Modem自動進入在線狀態(tài)，雙方可以開始通信。若是DSP接收到BUSY，說明線路占線，可令Modem掛斷并等待一定時間后重新連接。通信結(jié)束后，延時一段時間，DSP向Modem發(fā)送+++，掛起數(shù)據(jù)通信，進入命令狀態(tài)，再發(fā)送ATH0命令掛斷連接，最后發(fā)送ATZ命令，復(fù)位Modem。一次通信過程完成，重新初始化Modem，開始新的通信。Modem撥號通信流程如圖4.Modem自動應(yīng)答流程與圖4相似，只是靠對方建立連接。程序入口采用中斷方式，一旦DSP進入中斷，連接成功，接下來的流程與撥號通信流程一樣。
下面提供對Si2414初始化的源程序。采用C語言編寫，AT命令字符都是以ASCII碼形式發(fā)送及接收的。
Ioport unsigned port0000;/*并行接口寄存器0：發(fā)送接收寄存器*/
Ioport unsigned port0001；/*并行接口寄存器1：狀態(tài)寄存器*/
#define modemport0 port0000
#defin modemport port0001
void initmodem()
{*PADATDIR=*PADATDIR&(0XFFFF-bit4);/*選通cs*/
modemport0='A'；
modemport0='T';
modemport0='Z'; /*復(fù)位*/
modemport0=13;/*回車碼<CR>，命令結(jié)束*/
delay500ms(); /*延時500ms*/
modemport='A';
modemport0='T';
modemport0=';
modemport0='B';
modemport0=' '3;/*1個起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗，1個停止位*/
modemport0='S';
modemport0='0';
modemport0='=';
modemport0='1';/*設(shè)置自動應(yīng)答：ATS0=1*/
modemport0=':';
modemport0='U';
modemport0=70; /*INT引腳位映射寄存器*/
modemport0=0;
modemport0=0x01;/*設(shè)置載波中斷*/
modemport0='V'
modemport0='0';/*以數(shù)字形式返回結(jié)果碼*/
modemport0='Q';/*允許返回結(jié)果碼*/
modemport0='0';
modemport0=13;/*回車碼<CR>，命令結(jié)束*/
modemport1=0x10;/*設(shè)置RTS有效，中斷使能*/
}
結(jié)語
嵌入式工業(yè)級Modem不僅性能穩(wěn)定、誤碼率低、不易掉線、能達到較高傳輸速率，而且集成度高、外形小巧、可方便地嵌入式到各種單片機系統(tǒng)，節(jié)省用戶系統(tǒng)空間。另外，是直流低壓低電，TTL電平接口，具有并行總線和標準串行總線兩種連接方式，通過與市話或單位內(nèi)部電話線相連即可實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和控制功能。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和嵌入式產(chǎn)品日趨復(fù)雜的應(yīng)用需求，嵌入式Modem有廣闊的市場前景。
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