嵌入式Modem在配變終端單元中的應用

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(diǎn)；而嵌入式Modem以其性能穩定、高度集成化等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地嵌入到各種單片機應用系統，得到廣大工業(yè)用戶(hù)的極大關(guān)注與歡迎。美國硅實(shí)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(jìn)行控制并提供與微控制器的通信接口；DAA芯片Si3015是將數字信號調制為模擬信號后輸出，或是將接收的模擬信號解調為數字信號。它的通信傳輸速率最高可達14.4kbps，耗電量小于85mW，且具有過(guò)流偵測與保護功能。

1.1 Si2414內部結構及功能

Si2414芯片是高度集成化的，工作電壓為3.3V，內部功能模塊如圖1所示。包括1個(gè)控制、數據泵、ROM、RAM、1個(gè)晶振、樂(lè )相環(huán)、定時(shí)器、串行接口、UART（通用異步收發(fā)器）、1個(gè)并行接口和1個(gè)DAA接口。Modem軟件永久地被存儲在片內ROM中，只有Modem設置信息（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RAM中。

在片內，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（數據通信裝置）協(xié)議控制，接入檢測，并行電話(huà)摘機檢測，溢出控制，來(lái)電顯示控制和格式化，PCM（脈沖編碼調制）模式控制，振鈴檢測，DTMF(雙音多頻)控制，通話(huà)進(jìn)程臨測，錯誤糾正和數據壓縮。事實(shí)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(lái)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(hù)接口為串行接口，當AOUT/INT引腳通過(guò)一個(gè)下拉電阻（≤10kΩ）拉至低電平且在復位的上升沿CS引腳為高電平時(shí)，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(hù)接口時(shí)，TXD為發(fā)送引腳，RXD為接收引腳，數據通信的流控制通過(guò)硬件實(shí)現，即通過(guò)RTS、CTS、RI、DCD引腳信號控制數據的傳送。RTS（請求發(fā)送）是終端（DTE）到Modem（DCE）的控制信號，它通知DCE可以把數據發(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可以把數據發(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(shí)，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(shí)發(fā)出DCD信號，以通知DTE線(xiàn)路已經(jīng)建立連接，雙方可以開(kāi)始進(jìn)行通信。

圖1

（2）并行接口

采用并行接口方式時(shí)，主機是通過(guò)對Si2414內部的兩個(gè)寄存器讀寫(xiě)實(shí)現Modem通信控制的。地址線(xiàn)A0=0時(shí)，指向并行接口寄存器0；A0=1時(shí)，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(guò)來(lái)的數據，并將從遠程Modem接收以的數據輸出到并口。與串行接口不同，在并口方式下，發(fā)送和接收數據的流控制是通過(guò)并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位實(shí)現的。表2中，RTS、CTS位同串口的INT、ESC、RTS、CTS引腳功能相同，RXF為12字節學(xué)度接收FIFO緩沖滿(mǎn)櫝志位；TXE為14字節深度發(fā)送FIFO緩沖區空標志武位；REM為接收FIFO緩沖區空標志位；INTM是INT中斷引腳使能位；INT為中斷標志位。

1.3 Si3015

Si3015，DAA或線(xiàn)-端芯片，包含ADC、DAC、控制電路和1個(gè)ISOlink接口。Si3015和其周?chē)碾娐诽峁┝穗娫?huà)線(xiàn)接口需要的呢功能，包括1個(gè)整流橋、摘掛機、直流終端 、交換終端、振鈴監測、回路電流/電壓監測及通話(huà)進(jìn)程測、回路電流/電壓監測及通話(huà)進(jìn)程監測。另外，Si3015的外部電路主要負責EMI（電磁干擾）、EMC（電磁兼容）、安全設置和振蕩操作。

2 ISOmodem在配電變壓器遠方終端單元中的應用

2.1 硬件設計

嵌入式ISOmodem系統框圖如圖2。主機，即微控制器，采用TI公司的16位高性能定點(diǎn)DSP芯片TMS 320LF2407A。Si2414與主機TMS320 LF2407A（簡(jiǎn)稱(chēng)2407A）連接采用并口方式，與Si3015連接通過(guò)ISOlink接口，即Si2414的C1A引腳經(jīng)電容C到Si3015的C1B引腳。ISOlink是一個(gè)連接Modem芯片和DAA芯片的專(zhuān)用高速接口，有三個(gè)作用：首先，將控制信號和數據從Modem芯片傳輸到DAA芯片；其次，將DAA芯片縟 的數據和產(chǎn)生的狀態(tài)信號傳輸到Mdoem芯芯片；最后，在掛機的時(shí)候，從Modem芯片提供 “keep-alive”電源到DAA芯片。系統通過(guò)TIP、RING兩條線(xiàn)接入電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或是采用專(zhuān)線(xiàn)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，既節省2407A的輸入輸出端口資源，又簡(jiǎn)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(gè)或門(mén)連接到Si2414的片選線(xiàn)CS，當IOPA4=0且IS=0時(shí)，Modem芯片被穩選通，DSP就能對Modem進(jìn)行操作。另外，Si2414的8根數據線(xiàn)D0～D7；地址線(xiàn)A0連接到2407A的A0；讀、寫(xiě)控制線(xiàn)RD、WE分別連接到2407A的讀、寫(xiě)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(jìn)行軟件設置后，當系統檢測到振鈴或載波信號時(shí)，將輸出一個(gè)中斷脈沖tjt位引腳RESET連接到2407A的一個(gè)I/O口IPB5，當控制器給IOPB5一個(gè)大于5ms的低脈沖時(shí)， Si2414就會(huì )產(chǎn)生硬件復位。C1A引腳是Si2414與Si3015連接的DAA接口，它通過(guò)一個(gè)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(gè)整流橋、摘掛機、直流終端、交流終端。振鈴監測、回路電流/電壓監測及通話(huà)進(jìn)程監測。

2.2 軟件設計

在利用Modem通信時(shí)，首先需要對Modem初始化。Modem初始化包括通信的波特率、數據格式、通信協(xié)議、中斷、自動(dòng)應答、振鈴次數的設置等。初始化后，Modem處于等待連接狀態(tài)。這時(shí)，可以由Modem進(jìn)行主動(dòng)撥號建立連接，也可以由對方電話(huà)進(jìn)行撥號建立連接。若由對方電話(huà)撥號，則Modem接收到振鈴RING信號的振鈴次數為一次后，Modem自動(dòng)摘機進(jìn)行應答。接收到載波后，Modem發(fā)出一個(gè)中斷信號，DSP進(jìn)入中斷，數據通信鏈路建立成功，延時(shí)幾十ms后，就可以進(jìn)行數據通信了。若是由Modem進(jìn)行主動(dòng)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(dòng)進(jìn)入在線(xiàn)狀態(tài)，雙方可以開(kāi)始通信。若是DSP接收到BUSY，說(shuō)明線(xiàn)路占線(xiàn)，可令Modem掛斷并等待一定時(shí)間后重新連接。通信結束后，延時(shí)一段時(shí)間，DSP向Modem發(fā)送+++，掛起數據通信，進(jìn)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，復位Modem。一次通信過(guò)程完成，重新初始化Modem，開(kāi)始新的通信。Modem撥號通信流程如圖4.Modem自動(dòng)應答流程與圖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(jìn)入中斷，連接成功，接下來(lái)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(yǔ)言編寫(xiě)，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'; /*復位*/

modemport0=13;/*回車(chē)碼CR>，命令結束*/

delay500ms(); /*延時(shí)500ms*/

modemport='A';

modemport0='T';

modemport0=';

modemport0='B';

modemport0=' '3;/*1個(gè)起始位，8位數據，無(wú)校驗，1個(gè)停止位*/

modemport0='S';

modemport0='0';

modemport0='=';

modemport0='1';/*設置自動(dòng)應答：ATS0=1*/

modemport0=':';

modemport0='U';

modemport0=70; /*INT引腳位映射寄存器*/

modemport0=0;

modemport0=0x01;/*設置載波中斷*/

modemport0='V'

modemport0='0';/*以數字形式返回結果碼*/

modemport0='Q';/*允許返回結果碼*/

modemport0='0';

modemport0=13;/*回車(chē)碼CR>，命令結束*/

modemport1=0x10;/*設置RTS有效，中斷使能*/

}

結語(yǔ)

嵌入式工業(yè)級Modem不僅性能穩定、誤碼率低、不易掉線(xiàn)、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，節省用戶(hù)系統空間。另外，是直流低壓低電，TTL電平接口，具有并行總線(xiàn)和標準串行總線(xiàn)兩種連接方式，通過(guò)與市話(huà)或單位內部電話(huà)線(xiàn)相連即可實(shí)現遠程數據采集和控制功能。隨著(zhù)微處理器技術(shù)的發(fā)展和嵌入式產(chǎn)品日趨復雜的應用需求，嵌入式Modem有廣闊的市場(chǎng)前景。