基于Atmel89C51單片機和TC35模塊實現(xiàn)GSM無線接入終端的應用方案

GSM無線接入終端是為了解決固定用戶布線難、部分地區(qū)裝機條件不足以及解決臨時通信問題的一種無線接入設備，它通過GSM網(wǎng)絡向用戶提供類似固定電話的接口。它是一種將普通電話機與900MHz/1800MHz移動通信網(wǎng)連接并進行通話的轉(zhuǎn)接設備。將它與任意一部雙音頻電話簡單連接后，用戶就可以方便地撥打電話，還可以使用移動運營商提供的各項服務，使用十分簡單方便。本文采用TC35模塊設計的無線接入終端具備與PSTN普通有人值守公話相同的功能，幫助移動運營商占領廣闊的固定電話公話市場。

無線終端的設計

電路組成

系統(tǒng)的硬件電路部分包括天線、CPU、GSM模塊、SLIC厚膜電路、電源和饋電輸出系統(tǒng)。CPU采用51系列單片機Atmel89C51，具有使用方便，抗干擾性好等特點。GSM模塊采用西門子公司的TC35工業(yè)控制模塊，來完成語音及數(shù)據(jù)通信，它提供的AT指令接口由CPU控制該模塊工作。電話機接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路。

TC35模塊是整個GSM系統(tǒng)的核心，它工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，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2W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接到SIM卡讀卡器和天線。TC35摸塊提供RS-232數(shù)據(jù)口，采用AT賀氏指令，符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，內(nèi)置微控制器將GPS接收機和GSM模塊結(jié)合在一起。TC35的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選擇波特率為300bit/s~115kbit/s，自動波特率為1.2kbit/s~115kbit/s。它支持文本和PDU格式的SMS（短消息），2.4k 、4.8k、9.6k的非透明數(shù)據(jù)和第3組的一類、二類傳真?？赏ㄟ^AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復。TC35模塊非常適合在最小功率下開發(fā)出GSM蜂窩設備，這蜂窩設備應用部分構(gòu)成人機接口（MMI），通過單片機89C51的串行接口可接入TC35。TC35通過40芯ZIF連接蜂窩應用部分，ZIF連接器提供控制數(shù)據(jù)、音頻信號和電源輸入線的應用接口。需要注意的是TC35模塊是作為數(shù)據(jù)通信設備（DCE）來連接的，而不是像一般調(diào)制解調(diào)器作為數(shù)據(jù)終端設備（DTE）進行連接。SLIC（Subscriber Line Interface Circuit）接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路，它實現(xiàn)普通電話機與TC35連接，這個接口電路具有饋電、過壓保護、振鈴、監(jiān)視、編解碼、信號音產(chǎn)生器等功能。其中，信號產(chǎn)生器產(chǎn)生各種信號音，可通過硬件或軟件方法來實現(xiàn)。若用軟件實現(xiàn)，則將這些信號音進行抽樣、量化、編碼成PCM數(shù)字信號后存在一個只讀存儲器中，然后再周期重復地讀出這些值就可以得到數(shù)字信號音。本設備采用硬件電路產(chǎn)生450Hz信號音。

SLIC具有如下功能：

1）鈴流信號----能提供話機振鈴所需的鈴流，它是一負高壓交流信號（-17V AC~ -90V AC）；

2）摘掛機檢測信號-----提供話機摘掛機時的微處理器檢測信號，微處理器根據(jù)該信號的變化來判別出話機的摘掛機情況；

3）語音信號接口—它具有與CODEC與DTMF相連的模擬語音信號接口，完成從話機到CODEC與DTMF或從CODEC到話機的模擬語音信號連接；它是話機與CODEC聯(lián)系的間橋梁；

4）RJ11用戶線接口—連接話機。

電源提供整個系統(tǒng)所需的+5V、-5V、-48V以及AC75V鈴流等。饋電輸出系統(tǒng)主要提供外接電話或PABX系統(tǒng)所需的-48V饋電以及撥號音、忙音、回鈴音等信號。

終端系統(tǒng)工作電壓為5V DC。由于TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達3A，故外加的穩(wěn)壓器件必須達到足以提供TC35額定電流的條件。在本終端中，采用了開關電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換，作為對TC35終端的供電電源。必須特別注意的是，由LM2576芯片完成開關電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感（100uH）和電容，以提高儲能的能力，達到TC35的耗電需求。

TC35模塊支持8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，1位停止位數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率可以在4.8kbit/s~115kbit/s間自適應。系統(tǒng)加電后，為使TC35進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不超過1ms。啟動后，IGT應保持高電平（3.3V）。在驅(qū)動IGT時，TC35模塊的供電電壓不能低于3.3V，否則TC35不能激活。

TC35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平（2.65V），通過74LVC07芯片電平轉(zhuǎn)換與單片機的串行口連接。數(shù)據(jù)接口遵從DCE的ITU-T RS-232內(nèi)部交換電路標準實現(xiàn)異步串行收發(fā)功能。ZIF連接器提供6個引腳給SIM卡接口，其中CCIN用來檢測SIM卡是插好。連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。

電話終端的軟件實現(xiàn)

TC35模塊采用AT賀氏指令集。單片機可以通過正確的AT指令對TC35 模塊進行初始化和通信數(shù)據(jù)的接收發(fā)送。

1） 上電初始化過程：AT&F 設置TC35參數(shù)為出廠默認值。如返回說明正確；ATE0設置TC35不回顯從TE接收的字符。

2）電話機主叫時：用戶摘機，SLIC輸出SHK信號給CPU89C51的P12信號，CPU接到SLIC終端信號后，執(zhí)行送撥號音子程序（由P15控制），450Hz撥號音經(jīng)MH88612的VR腳輸出給外接話機，使之發(fā)出撥號聲音。當主叫聽到撥號音后就可進行撥號。撥號模擬信號經(jīng)SLIC的VX輸出給DTMF（MT8870），DTMF將其變成二進制的8421碼并等數(shù)據(jù)有效后（S1D為高），由CPU輸出使TOE=1讀取D3~D0數(shù)據(jù)。

CPU在接收到第一個撥號號碼后就會停止對SLIC送撥號音信號，CPU收集用戶所撥的號碼，如果7秒內(nèi)沒有再輸入號碼，前面所輸入的號碼將由CPU向TC35自動撥出。CPU采用AT指令向TC35發(fā)送ATD136XXXXXXXX。如用戶摘機后又掛機，則CPU向TC35發(fā)送ATH命令。若主叫所撥號碼符合要求，由GSM端處理；若被叫忙，TC35通知CPU，CPU執(zhí)行送忙音子程序；P15輸出控制信號（0.35秒/0.35秒間隔），450Hz信號音經(jīng)MH88612的VR引腳輸出給外接話機，聽筒聽到忙音，提醒主叫被叫忙。若被叫閑，則TC35通知CPU，CPU微處理器就執(zhí)行送回鈴音子程序，P15輸出控制信號（1秒/4秒間隔），450Hz信號音經(jīng)MH88612的VR引腳輸出給外接話機，聽筒聽到回鈴音。當被叫摘機后，微處理器就停送回鈴音給SLIC，此時主叫和被叫就可以通話了。通話過程如下：當只使用某一個話機時，主叫的話音信號經(jīng)SLIC的VX經(jīng)處理變換送給TC35的MICN1和MICP1端，同樣，被叫話音信息由TC35的EPP1和EPN1端信號經(jīng)處理變換給SLIC的VR端，從而完成主叫與被叫的通話。通話完畢，若被叫先掛機，微處理器要對SLIC送忙音，從而使主叫話機聽到忙音；若主叫先掛機，則微處理器就進行相應的操作。

3）電話機被叫時：當CPU檢測串行口RXD接收到“RING”時，SLIC話機作為被叫方。CPU就控制SLIC產(chǎn)生鈴流信號，頻率為25Hz。該鈴流信號通過SLIC的Tip/Ring輸出到外接話機，使得話機產(chǎn)生振鈴。振鈴間隔由微處理器控制。當用戶摘機，微處理器產(chǎn)生中斷，微處理器執(zhí)行相應程序，停送鈴流，雙方進入通話狀態(tài)。

TC35無線終端主要功能

1） 提供用戶交換機中繼功能：有撥號音、忙音、振鈴信號等完整的信號音功能；

2） 與任何一部雙音頻電話連接后，用戶可以方便地撥打電話，使用移動運營商提供的各項服務；同時提供靈活的撥號定義機制，滿足不同地區(qū)用戶的呼叫習慣，滿足運營商的業(yè)務限制；

3） 用于900MHz/1800MHz公眾移動通信網(wǎng)，可以撥打國際、國內(nèi)長途電話、市內(nèi)電話、GSM移動電話；可內(nèi)置撥號器功能，可以自行編程實現(xiàn)長途電話的多路由功能，如長途電話根據(jù)需要可以走193、17911路由；

4） 能自動判斷被叫應答并送反極信號，與標準電話計費顯示器相連時便能顯示撥打號碼，產(chǎn)生金額，完成實時計費。

結(jié)語

本文介紹的基于TC35模塊的無線接入終端設計，實現(xiàn)簡單，具有通信成本低、頻譜利用率高、業(yè)務種類多、抗干擾能力強等優(yōu)點。在此基礎上，對軟件和硬件加以改動還可以實現(xiàn)其他許多功能及多種應用方案，例如無人值守無線公用電話，也可開發(fā)成具有數(shù)據(jù)功能，可接數(shù)字傳真機收發(fā)傳真、可接PC機上網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳送的無線接入固定臺。本文提出的設計方法可推廣應用到基于TC35模塊的單片機短消息收發(fā)系統(tǒng)設計和基于CDMA模塊的無線接入終端的開發(fā)設計中。

責任編輯：gt