嵌入式Modem在配變終端單元中的應(yīng)用

摘要：主要介紹硅實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)方終端單元（TTU）中的應(yīng)用；重點(diǎn)介紹運(yùn)用ISOmodem通信的硬件及軟件設(shè)計(jì)。

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(wěn)定、高度集成化等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地嵌入到各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，得到廣大工業(yè)用戶(hù)的極大關(guān)注與歡迎。美國(guó)硅實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)后輸出，或是將接收的模擬信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)。它的通信傳輸速率最高可達(dá)14.4kbps，耗電量小于85mW，且具有過(guò)流偵測(cè)與保護(hù)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(gè)控制、數(shù)據(jù)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(chǔ)在片內(nèi)ROM中，只有Modem設(shè)置信息（默認(rèn)值除外）和其它軟件更新程序必須存儲(chǔ)在主機(jī)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(cè)，并行電話(huà)摘機(jī)檢測(cè)，溢出控制，來(lái)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(cè)，DTMF(雙音多頻)控制，通話(huà)進(jìn)程臨測(cè)，錯(cuò)誤糾正和數(shù)據(jù)壓縮。事實(shí)上，主機(jī)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(jī)接口方式：串行接口和并行接口。Si2414默認(rèn)的用戶(hù)接口為串行接口，當(dāng)AOUT/INT引腳通過(guò)一個(gè)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(shí)，Modem接口選擇為并行接口。

（1）串行接口

當(dāng)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(shù)據(jù)通信的流控制通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)RTS、CTS、RI、DCD引腳信號(hào)控制數(shù)據(jù)的傳送。RTS（請(qǐng)求發(fā)送）是終端（DTE）到Modem（DCE）的控制信號(hào)，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(hào)，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(dāng)Modem接收到遠(yuǎn)程呼叫時(shí)，發(fā)出振鈴指示信號(hào)RI，以通知DTE有遠(yuǎn)程呼叫。DCD（載波檢測(cè)）是指當(dāng)Modem檢測(cè)到載波信號(hào)時(shí)發(fā)出DCD信號(hào)，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(jī)是通過(guò)對(duì)Si2414內(nèi)部的兩個(gè)寄存器讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)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(jī)從并口發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將從遠(yuǎn)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(guò)并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位實(shí)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(mǎn)櫝志位；TXE為14字節(jié)深度發(fā)送FIFO緩沖區(qū)空標(biāo)志武位；REM為接收FIFO緩沖區(qū)空標(biāo)志位；INTM是INT中斷引腳使能位；INT為中斷標(biāo)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(jī)、直流終端 、交換終端、振鈴監(jiān)測(cè)、回路電流/電壓監(jiān)測(cè)及通話(huà)進(jìn)程測(cè)、回路電流/電壓監(jiān)測(cè)及通話(huà)進(jìn)程監(jiān)測(cè)。另外，Si3015的外部電路主要負(fù)責(zé)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(yuǎn)方終端單元中的應(yīng)用

2.1 硬件設(shè)計(jì)

嵌入式ISOmodem系統(tǒng)框圖如圖2。主機(jī)，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(jī)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(hào)和數(shù)據(jù)從Modem芯片傳輸?shù)紻AA芯片；其次，將DAA芯片縟 的數(shù)據(jù)和產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)傳輸?shù)組doem芯芯片；最后，在掛機(jī)的時(shí)候，從Modem芯片提供 “keep-alive”電源到DAA芯片。系統(tǒng)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(yuǎn)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(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(dāng)IOPA4=0且IS=0時(shí)，Modem芯片被穩(wěn)選通，DSP就能對(duì)Modem進(jìn)行操作。另外，Si2414的8根數(shù)據(jù)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(shè)置后，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到振鈴或載波信號(hào)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(dāng)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(fù)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(jī)、直流終端、交流終端。振鈴監(jiān)測(cè)、回路電流/電壓監(jiān)測(cè)及通話(huà)進(jìn)程監(jiān)測(cè)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在利用Modem通信時(shí)，首先需要對(duì)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(dòng)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(shí)，可以由Modem進(jìn)行主動(dòng)撥號(hào)建立連接，也可以由對(duì)方電話(huà)進(jìn)行撥號(hào)建立連接。若由對(duì)方電話(huà)撥號(hào)，則Modem接收到振鈴RING信號(hào)的振鈴次數(shù)為一次后，Modem自動(dòng)摘機(jī)進(jìn)行應(yīng)答。接收到載波后，Modem發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，DSP進(jìn)入中斷，數(shù)據(jù)通信鏈路建立成功，延時(shí)幾十ms后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。若是由Modem進(jìn)行主動(dòng)撥號(hào)，則撥號(hào)后，Modem一直在等待對(duì)方的載波信號(hào)，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(jié)束后，延時(shí)一段時(shí)間，DSP向Modem發(fā)送+++，掛起數(shù)據(jù)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(fù)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(hào)通信流程如圖4.Modem自動(dòng)應(yīng)答流程與圖4相似，只是靠對(duì)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(hào)通信流程一樣。

下面提供對(duì)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(fù)位*/

modemport0=13;/*回車(chē)碼CR>，命令結(jié)束*/

delay500ms(); /*延時(shí)500ms*/

modemport='A';

modemport0='T';

modemport0=';

modemport0='B';

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

modemport0='S';

modemport0='0';

modemport0='=';

modemport0='1';/*設(shè)置自動(dòng)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(chē)碼CR>，命令結(jié)束*/

modemport1=0x10;/*設(shè)置RTS有效，中斷使能*/

}

結(jié)語(yǔ)

嵌入式工業(yè)級(jí)Modem不僅性能穩(wěn)定、誤碼率低、不易掉線(xiàn)、能達(dá)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(jī)系統(tǒng)，節(jié)省用戶(hù)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(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)串行總線(xiàn)兩種連接方式，通過(guò)與市話(huà)或單位內(nèi)部電話(huà)線(xiàn)相連即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(chǎng)前景。