基于MSM7512B的單片Modem遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘    要：本文介紹了AT90S2313單片機(jī)及單片Modem芯片7512B的性能特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出基于MSM7512B單片Modem遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)各功能單元的電路設(shè)計(jì)原理圖，以及MSM7512B以被叫方式與標(biāo)準(zhǔn)Modem按照ITU-T V.23協(xié)議建立連接的過程及程序框圖。
關(guān)鍵詞：AT90S2313；MSM7512B；遠(yuǎn)程抄表；協(xié)議

引言
近幾年出現(xiàn)的磁卡式、電卡式和I C卡式燃?xì)獗?，可以?duì)用氣大戶的燃?xì)獗韺?shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。但是，要大規(guī)模推廣應(yīng)用必將對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械式燃?xì)獗磉M(jìn)行徹底改造，這將導(dǎo)致一次性投資過大。為此，本文設(shè)計(jì)了基于MSM7512B調(diào)制解調(diào)器芯片遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)同樣也適用于電度表和水表的應(yīng)用場(chǎng)合，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它以電話網(wǎng)為交換媒介，可以對(duì)各個(gè)表站的煤氣表數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢及打印等處理。上位機(jī)是一臺(tái)PC機(jī)，采用VB開發(fā)環(huán)境，通過標(biāo)準(zhǔn)Modem來實(shí)現(xiàn)通信；下位機(jī)系統(tǒng)可分為三部分：單片機(jī)單元、計(jì)數(shù)接口及電壓檢測(cè)單元以及調(diào)制解調(diào)單元。

單片機(jī)單元
本系統(tǒng)中單片機(jī)采用Atmel公司的AVR系列單片機(jī)AT90S2313。其程序和數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，總線獨(dú)立。為了提高目標(biāo)代碼的性能優(yōu)化功耗設(shè)計(jì)，AVR單片機(jī)采用精簡指令RISC結(jié)構(gòu)和快速寄存器文件。程序執(zhí)行單級(jí)流水線，一改以往傳統(tǒng)累加器結(jié)構(gòu)代碼效率低、運(yùn)算能力低的缺點(diǎn)。此外，AT90S2313無堆棧，可將堆棧置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，將棧底指針設(shè)在SRAM區(qū)最高地址處。

計(jì)數(shù)接口及電壓檢測(cè)單元
計(jì)數(shù)接口對(duì)脈沖源進(jìn)行計(jì)數(shù)，其電路原理如圖2所示，在齒輪式天燃?xì)獗砩习惭b干簧管，平時(shí)干簧管張開，2313的外部中斷管腳狀態(tài)為高電平，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，磁鋼使干簧管吸合，外部中斷管腳變低，這樣產(chǎn)生一個(gè)低電平中斷，單片機(jī)開始累加一次脈沖。當(dāng)磁鋼使干簧管吸合時(shí)，如果用戶不繼續(xù)使用燃?xì)?，那么磁鋼將一直吸合干簧管，外部中斷管腳一直為低電平，這樣將使計(jì)數(shù)單元重復(fù)計(jì)數(shù)。為了使干簧管吸合時(shí)，外部中斷管腳不一直為低電平，應(yīng)用微分電路，即使干簧管一直吸合時(shí)，其輸出為一個(gè)低電平脈沖。
由于系統(tǒng)的下位機(jī)工作于燃?xì)猬F(xiàn)場(chǎng)，它的電源不能采用市電整流獲得。為了安全，電源采用普通5號(hào)電池，這樣就對(duì)系統(tǒng)的功耗要求很嚴(yán)格，平時(shí)應(yīng)使單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)，發(fā)生中斷事件后，喚醒單片機(jī)。同時(shí)由于電池電壓下降到一定程度單片機(jī)就無法正常工作，因此，還必須對(duì)電源進(jìn)行不斷監(jiān)測(cè)。利用AVR單片機(jī)中的比較單元，對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電路原理如圖3所示。AT90S2313內(nèi)部帶有電壓比較單元，在監(jiān)測(cè)電壓時(shí)，使管腳PB2輸出為5V高電平電源電壓，管腳PB1被1.8V的穩(wěn)壓管鉗位在1.8V。用管腳PB0監(jiān)測(cè)PB2的分壓電壓。電源正常時(shí)，PB1的電壓低于PB0的電壓，當(dāng)Vcc下降時(shí)，PB0的電位隨之下降，一旦PB1的電壓高于PB0的電壓時(shí)，產(chǎn)生電壓比較中斷標(biāo)志位，通過電壓比較中斷，控制蜂鳴器報(bào)警。

調(diào)制解調(diào)單元
單片Modem是該系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是與上位機(jī)進(jìn)行呼叫連接和數(shù)據(jù)交換。被叫部分電路原理圖如圖4所示。該部分應(yīng)用了OKI公司的單片F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)器MSM7512B，它遵守ITU_T V.23協(xié)議，由單電源供電，具有低功耗掉電模式，模擬驅(qū)動(dòng)能力可以直接驅(qū)動(dòng)600 通信電路。
圖5是按照V.23協(xié)議，在公用電話網(wǎng)中建立連接具體過程的時(shí)序描述。
7512B有三種工作模式。一種為1200bps半雙工模式，發(fā)送和接收的速率均為1200bps，數(shù)字0(SPACE信號(hào))對(duì)應(yīng)著2100Hz，數(shù)字1(MARK信號(hào))對(duì)應(yīng)1300Hz。第二種為1200bps收/75bps發(fā)模式，發(fā)送的速率為75bps,數(shù)字0(SPACE信號(hào))對(duì)應(yīng)著450Hz，數(shù)字1(MARK信號(hào))對(duì)應(yīng)390Hz；接收的速率為1200bps，數(shù)字0(SPACE信號(hào))對(duì)應(yīng)著2100Hz，數(shù)字1(MARK信號(hào))對(duì)應(yīng)1300Hz。另外，7512B還可工作于掉電方式，此時(shí)它的功耗只有0.1W。本系統(tǒng)中，7512B是作為被叫Modem來建立連接的。由呼叫時(shí)序可知，上位機(jī)必須檢測(cè)到7512B發(fā)送的2100Hz應(yīng)答音，為此要求7512B工作在1200bps半雙工模式。在該模式中，7512B無法檢測(cè)到低波段的MARK，也無法接收標(biāo)準(zhǔn)Modem發(fā)送的數(shù)據(jù)，只能工作在單向發(fā)送狀態(tài)。圖6給出了2313接收到振鈴信號(hào)時(shí)的作為被叫Modem應(yīng)答中斷服務(wù)程序框圖。

結(jié)語
自該系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械燃?xì)獗碇幸詠?，性能穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好。利用單片機(jī)控制Modem芯片進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)量不大、傳輸速率要求不高的場(chǎng)合，應(yīng)用十分方便?！?br/>參考文獻(xiàn)
1 OKI．MSM7512B Databook．1998
2 OKI．MSM7510／7512B Application notes．1998
3 OKI Semiconductor Datasheet Collection. OKI Electric Industry Co.Ltd.2000
4  宋國強(qiáng)主編. AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，1999