帶USB接口的短信收發(fā)最小系統(tǒng)設計

1、帶USB接口的短信收發(fā)最小系統(tǒng)設計 短信息服務是移動網絡上一種基本無線業(yè)務，是信息在移動網絡上儲存和轉寄的過程。但是 用常見的手機編輯短信息不方便，輸入和顯示都有局限,當然不適合工業(yè)應用，用PC機就不 存在這些問題。而這種短信收發(fā)系統(tǒng)一般是基于RS232串行總線的，不僅安裝麻煩，而且 由于受計算機插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。在一些電磁干擾性 強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致信息的失真。本設計以GSM網絡作為數(shù)據(jù) 無線傳輸網絡，選用支持GSM網絡的模塊TC35i和帶有USB接口的單片機開發(fā)而成。1系統(tǒng)的結構特點和主要器件本系統(tǒng)主要由短信收發(fā)模塊和兼有監(jiān)控實現(xiàn)US

2、B接口雙重功能的單片機組成，即西門子 公司的TC35i模塊和Cygnal公司的C8051F320。系統(tǒng)框圖如圖1所示。本設計將TC35i 終端與電腦相連（通過USB接口,TC35i終端支持GSMU AT指令集），就可以通過自行編制的 短信息收發(fā)軟件，利用PC的超級終端功能實現(xiàn)短信息收發(fā)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文點對點的雙 向收發(fā)，一次最多可以發(fā)送70個中文字符和160個英文字符。一旦消息被發(fā)送，那么發(fā)送人 就會得到發(fā)送成功的通知。它還可以實現(xiàn)一次性群發(fā)，最多可以發(fā)給10個用戶，并且有電話 簿功能。該終端具有隨機收發(fā)，實時接收，立即回復，成本低等特性。5-12V圖1系統(tǒng)框圖1.1 TC35i模塊的介紹

3、目前，國內常用的GSM模塊有Waecome的WMO2、愛立信的DM10/DM20系列、中興的 ZXGM18系列和西門子公司的TC35i，這些模塊各有所長。其中西門子公司的TC35i系列模 塊性價比高，并且已經有國內的無線電設備入網證。本設計就是選用西門子公司的TC35i。TC35i是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊,工作在EGSM900和GSM1800雙頻段, 電源范圍為3.35.5 V，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，功耗在EGSM900 （4類）和GSM1800 （1 類）分別為2 W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線TC35i的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT命令可

4、雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300 b/s115 kb/s ,自動波特率為 1.2 kb/s115 kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS （Short Message Service,短消息）,可通過AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復TC35i由供電模塊（ASIC）、 閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(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語音信道編碼。1.2 C8051F320 的介紹USB的特點是統(tǒng)一了周邊所有裝置的連接口，各

5、種不同的插頭、插座都設計為統(tǒng)一規(guī)格， 這就解決了哪一個裝置插頭要接在哪個連接口的問題。USB總線接口作為外設的通用接口， 有其他接口無法比擬的優(yōu)勢。速度性能是USB技術的突出特點，它支持熱插拔，是真正的 即插即用設備，支持雙向、同步傳輸，能保證某些需要連接數(shù)據(jù)流的設備需要。在進行該 USB設備開發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器?，F(xiàn)在市場上供應的 USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機（MCU）或純粹的USB接口芯片。筆者選用 Cygnal公司的C8051F320芯片屬于前者。Cygnal公司的C8051F系列單片機是集成的混合信號片上系統(tǒng)SoC。它具有與MCS-51內

6、 核及指令集完全兼容的微控制器，帶有USB收發(fā)器，完全遵循USB協(xié)議2.0，支持12 Mbps 的全速傳輸或1.5 Mbps的低速傳輸，可時鐘恢復，不需額外的晶振（當然根據(jù)設計習慣， 也可以采用外部晶振），提供有8個端點（endpoint），且每個端點的傳輸類型、傳輸方 向均可自由配置。另外，它還集成有1 KB的USB SRAM和USB收發(fā)器，內置的16 KB的 Flash存儲器和256 B的內部RAM，還可以訪問外部數(shù)據(jù)存儲器RAM，即XRAM。它還可以 為固件提供足夠的存儲空間，不需要再擴展外部存儲器。更重要的是C8051F320內部包含 有一個C2 （Cygnal2-Wire）調試電路，

7、通過2腳的C2接口使用開發(fā)套件，就可以進行非侵 入式、全速的在系統(tǒng)調試。另外，這2腳是公用的，它還有其他的功能，這樣設計PCB板 就相對簡單些。2硬件系統(tǒng)電路設計本系統(tǒng)采用Cygnal C8051F320作為控制主芯片。Cygnal C8051F為兼容MCS-51內核的 單片機，內置8 KB Flash擁有256字節(jié)RAM。由于內置Flash,因此在電路設計上可以省去外 接程序存儲器，縮小了 PCB板的面積，也提高了整個系統(tǒng)的可靠性。在這個GSM系統(tǒng)中，還有 一些基本不變或者很少變化的量，比如子機的編號、號碼、短消息中心號碼等，這些數(shù)據(jù)可以 作為常量直接寫入程序的Flash中。單片機通過串口和

8、TC35i通信，單片機從TC35i接到外 來的信息，并通過USB接口和PC機通信。VBATT+,78Q5CV*-LVin uu V5vJ&2GNDQI pFI5hFAS1I1?*A3C7OluFVCC圖2穩(wěn)壓電源電路2.1穩(wěn)壓電源電路最小系統(tǒng)工作電壓為5 V DC。由于TC35i模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達3 A,故外加穩(wěn)壓 器件必須達到足以提供該額定電流的條件。另外，電源的指標不僅僅有電壓，而且功率容限 等指標都要滿足要求，故采用圖2的設計方案。在該系統(tǒng)中,開關電源芯片LM7805完成12 V到?5 V?的轉換，電源電路主要由LM7805和AS1117-3.3這2個三端穩(wěn)壓電源模塊構成， 電源

9、模塊AS1117-3.3接收LM7805輸入的5 V電平，輸出為整個單片機系統(tǒng)提供+3.3 V工 作電壓，連到ZIF連接器的15引腳，為TC35i提供+5 V、500 mA的充電電壓。電源的 輸出基本不會受外部輸入變動干擾，而且有效的消除了電磁干擾。IGT電路對于TC35i模塊控制，IGT信號非常重要，只有正確的IGT信號才可以使TC35i模塊正常 運行。系統(tǒng)加電后，為使TC35i進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個延時大于100 ms的低脈 沖,電平下降持續(xù)時間不可超過1 ms。驅動IGT時，TC35i供電電壓不能低于3.3 V，否則 TC35不能激活。電路設計如圖3所示。啟動電路由開漏極三極管

10、和上電復位電路組成。為 保證整個系統(tǒng)正常啟動，要求在電源加電時，IGT必須保持大于100 ms的低電平后，再跳 到高電平，在電路板中是依靠RC電路來完成的，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后， IGT腳的信號應保持高電平。電源通電后，+5 V電源通過電阻對電容充電，使電容正極上 的電壓慢慢上升，大約經過100 ms達到高電位，使施密特觸發(fā)器翻轉，系統(tǒng)被復位。啟動 后，IGT應保持高電平(3.3 V)。TC35i數(shù)據(jù)接口通過USB電纜直接與PC機連接。數(shù)據(jù)接口遵從DCE的ITU2T RS232內 部交換電路標準，實現(xiàn)異步串行收發(fā)功能。TC35i其他部分電路TC35i使用外接式SIM卡，ZIF

11、連接器上有6個引腳做為SIM卡的接口,SIM卡上也有6個 引腳分別與它相對應，SIM卡同TC35i是這樣連接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連,CCIN懸空，而TC上的CCIN通過 一個3.3 kQ電阻與CCVCC相連，用來檢測SIM卡是否插好。這種連接方式是由SIM卡閱 讀器決定的，由于此部分的電路簡單，本文就不提供了。TC35i的SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是 指示TC35i的工作狀態(tài)，可用AT命令AT SYNC進行切換，本模塊使用的是后一種。當LED 熄滅時，表明TC

12、35i處于關閉或睡眠狀態(tài)；當LED為600 ms亮/600 ms熄時，表明SIM卡 沒有插入或TC35i正在進行網絡登錄；當LED為75 ms亮/3 s熄時，表明TC35i已登錄進 網絡，處于待機狀態(tài)。2.4單片機周圍電路采用Cygnal公司內置USB接口的高性能微控制器芯片C8051F320，簡化了硬件部分的設 計。該單片機即實現(xiàn)了 USB接口的功能又要完成對模塊的控制功能。因為C8051F320是帶 USB接口的單片機，所以整個硬件部分與一般單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)類似，僅需要通過端口 P0.5和P0.4連接40腳ZIF插座就可實現(xiàn)模塊和單片機之間的通信。下面是設計時應特別 注意的問題：在外接

13、晶體時，一定要在晶體的兩端接上10 MQ的電阻，晶體外殼最好接地， 而且布線盡量的短，盡量減少干擾。若要快捷、成功地開發(fā)一個USB設備，正確、合理的 調試方法是必不可少的環(huán)節(jié)。那么設計調試所用的JTAG 口時，要在TCK加上3.3 V上拉， 上拉電阻為4.7 kQ。本單片機共有32個引腳，對于未用的I/O 口最好用100 Q的電阻下拉 到地。這樣有助于保護I/O 口。3軟件設計基于帶有USB接口的短信發(fā)送系統(tǒng)，既包括硬件設計又包括軟件設計，下面簡單介紹軟件 設計。USB應用系統(tǒng)軟件設計分為三部分：USB外設端的固件（firmware）、主機操作系統(tǒng) 上的客戶驅動程序以及主機應用軟件。8051F

14、320固件程序控制整個系統(tǒng)的運行，并負責處 理PC機發(fā)來的各種USB請求，以完成它們之間的數(shù)據(jù)傳輸。該固件共包含7個程序文件， 響應各種來自系統(tǒng)的USB標準請求，完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理。單片機通過串 行口控制TC35i，控制方法采用標準的AT命令集。由于在GSM標準中，中文編碼采用的 是Unicode編碼，而不是目前國內常用的GB-2312編碼，故還需要進行中文編碼的轉換， 才能顯示漢字字型。因此，在進行短消息的發(fā)送時，還要對用戶數(shù)據(jù)按PDU格式進行編碼， 為了增強硬件的功能最好把這部分放在固件。這些底層的驅動函數(shù)將會使上層協(xié)議的編寫很 方便，更重要的是，它提供了一個硬件抽象層。當?shù)?/p>

15、層硬件改動時，只需要改動底層的驅動 函數(shù)，而上層函數(shù)的代碼不變。在此基礎之上再編寫應用層程序。主機應用軟件通過客戶驅 動程序與系統(tǒng)USBDI進行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)USB數(shù)據(jù)的傳送動作。nvbatt+kiiL】VBE|RI2IMO |J 21N4I48510ft圖3 IGT電路在USB傳輸中，因外圍設備的類型與應用不同，制定了 4種傳輸類型，分別是控制傳輸 (control transfer) 中斷傳輸(interrupt transfer) 批量傳輸(bulk transfer)以及實時傳輸 (isochronous transfer)。其中，需要特別注意的是慢速設備僅支持控制傳輸與中斷傳輸。在 此系統(tǒng)中采用中斷傳輸。筆者采用Keil C51完成固件的設計，在DRIVER STUDIO環(huán)境中采用Visual C+ 6.0完成 USB驅動程序的設計，最后用Visual C+ 6.0開發(fā)生成應用軟件及其相關使用說明。本設 計完全采用