嵌入式系統(tǒng)中的MODEM

嵌入式系統(tǒng)中的MODEM

近日研究MODEM心得不少，寫出來，請(qǐng)大家提提意見。
（一）協(xié)議
按照調(diào)制解調(diào)協(xié)議的不同，數(shù)據(jù)傳輸速度亦各不相同。
56K bit/秒有ITU V.90、Rockwell K56Flex和US Robotics X2三種協(xié)議，
33.6K bit/秒的協(xié)議是ITU-TSS V.34+，
14.4K bit/秒的協(xié)議是V.32bis，
9.6K bit的協(xié)議是V.32，
4.8K bit的協(xié)議有V.27，
2.4K bit的協(xié)議有V.26，
1.2K bit的協(xié)議有V.23，
600 bit的協(xié)議有V.22,
300 bit的協(xié)議有V.21。
有一些MODEM并沒有標(biāo)出速率，我們可以根據(jù)標(biāo)出的協(xié)議來推斷。

MODEM和DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)的接口。
MODEM與DTE的接口常用的是V.24標(biāo)準(zhǔn)和RS—232C。V.24和RS—232C在功能上是兼容的，在線
路連接上只有細(xì)小的差別，最近的RS—232Ｄ標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)和V.24標(biāo)準(zhǔn)完全一樣了。
RS—232C共有20條線，V.24有28條線。以RS—232C為例，RS—232C的連線可分為五類：數(shù)據(jù)
線、定時(shí)線、控制線、檢測線和地線。
(1) 數(shù)據(jù)線：即“數(shù)據(jù)發(fā)送”、“數(shù)據(jù)接收”，正反向信道各兩根。
(2) 定時(shí)線：包括“發(fā)信機(jī)信號(hào)碼元定時(shí)(DTE產(chǎn)生)”和“發(fā)信機(jī)信號(hào)碼元定時(shí)(DCE產(chǎn)生)
“、“接收機(jī)信號(hào)碼元定時(shí)(DCE產(chǎn)生)”共三根。
(3) 控制線：雙方協(xié)調(diào)一致工作必須的，俗稱握手線，有“請(qǐng)求發(fā)送”RTS，此線控制DCE的
數(shù)據(jù)信道發(fā)送數(shù)據(jù)，“接通”狀態(tài)時(shí)表示DCE處于發(fā)送方式?！霸试S發(fā)送”CTS，該線的狀態(tài)
表示DCE是否處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，“接通”表示DCE已準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)，即可接收DTE發(fā)來的
數(shù)據(jù)?！癉TE準(zhǔn)備就緒”，此線表示對(duì)DTE的接通和斷開進(jìn)行控制，“接通”狀態(tài)時(shí)表示DTE
已做好操作準(zhǔn)備，并使DCE準(zhǔn)備接至線路。 “DCE準(zhǔn)備就緒” ，此線的狀態(tài)表示DCE是否已
準(zhǔn)備好，“接通”狀態(tài)時(shí)表示DCE已和線路接好，并準(zhǔn)備與DTE進(jìn)一步交換控制信號(hào)。加上
“數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇器”(DTE或DCE)、“反向信道請(qǐng)求發(fā)送”、“ 反向信道允許發(fā)送”共8
根。
(4) 檢測線包括“正向信道接收線路信號(hào)檢測器”DCD、“反向信道接收線路信號(hào)檢測器”
DCD、“信號(hào)質(zhì)量檢測器”、“振鈴指示器”共四根。
(5) 地線通常指信號(hào)地線，保護(hù)地不算在內(nèi)。
在實(shí)際使用時(shí)，并非所有的線都要接上。對(duì)于異步通信來說，定時(shí)線是可以不接的。如果收
發(fā)雙方都處于“待命狀態(tài)”，只需接發(fā)送線、接收線和地線，控制線都可以不接。因?yàn)榭刂?BR>線空著就是高電平，就是接通”，就是“待命狀態(tài)”。不過這樣一來收發(fā)雙方時(shí)刻處于不受
控狀態(tài)，抗干擾能力下降。軟件的設(shè)計(jì)也會(huì)相對(duì)復(fù)雜一些。
???
RS—232C接口在使用中要注意：
(1) RS—232C電平是雙電平，以高電平(+3～+15V)表示“0”，低電平（—3～—15V）表示
“1" 電平 。而MCU的全雙工串行通信接口的電平是TTL電平(地表示0電平，+5V表示1電
平)，和RS—232接口電平不同，要實(shí)現(xiàn)兩種不同電平之間的正確連接先要轉(zhuǎn)換電平才行。轉(zhuǎn)
換電平有兩種解決辦法，第一種（最常用）的是在單片機(jī)與MODEM之間增加一個(gè)芯片（比如
MAX232、HIN232），這種芯片能將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS—232電平，同時(shí)有信號(hào)發(fā)送和
接收兩部分，只用一組TTL電壓(+5V)就可以了。第二種是配置一種異步通信適配器，將TTL
電平轉(zhuǎn)換成RS—232電平，它也有信號(hào)發(fā)送和接收兩部分，但要用二組電壓，即+5V和+3～
+15V、—3～—15V。
(3) DCE和DTE的發(fā)送信號(hào)碼元定時(shí)線上由低電平轉(zhuǎn)換成高電平的時(shí)刻要正好對(duì)應(yīng)發(fā)送信號(hào)碼
元的中央。

（二）功能
調(diào)制解調(diào)器分基帶調(diào)制解調(diào)器、話帶調(diào)制解調(diào)器、寬帶調(diào)制解調(diào)器三種，嵌入系統(tǒng)中常用的
是第二種。
話帶調(diào)制解調(diào)器主要有兩種，一種是專為在音頻模擬話路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)設(shè)計(jì)的，又稱話路
調(diào)制解調(diào)器。另一種專為短波通信用的無線短波調(diào)制解調(diào)器。
話路調(diào)制解調(diào)器包括下面各部分：
(a) 終端和調(diào)制解調(diào)器的接口，應(yīng)符合V.24/V.28建議。
(b) 自動(dòng)呼叫應(yīng)答器，當(dāng)終端發(fā)出被叫用戶的電話號(hào)碼指令后，通過自動(dòng)呼叫單元變成撥號(hào)
脈沖送往交換機(jī)，連接被叫用戶。若被叫空閑，自動(dòng)應(yīng)答單元將被叫調(diào)制解調(diào)器接到線路
上。
(c) 調(diào)制解調(diào)器，完成調(diào)制解調(diào)器任務(wù)。
(d) 成形濾波器和均衡器。成形濾波器將數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜變成碼間干擾很小的近似理想的頻
譜，使輸出端得到需要的波形。均衡器是對(duì)信道和調(diào)制解調(diào)器內(nèi)的衰耗失真和群延時(shí)失真進(jìn)
行均衡補(bǔ)賞，有固定、手動(dòng)和自適應(yīng)三種。
(e) 載頻系統(tǒng)。提供調(diào)制與解調(diào)所需要的載頻。
(f) 定時(shí)系統(tǒng)。提供收發(fā)雙方所需要的位定時(shí)信號(hào)和其它時(shí)鐘信號(hào)。
(g) 擾碼器和解擾碼器。擾碼器將短周期的的輸入數(shù)據(jù)碼元變換成長周期的準(zhǔn)隨機(jī)碼，以保
證接收機(jī)能從接收信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)，并防止出現(xiàn)連“0”信號(hào)。
(h) 測試設(shè)備。能提供線路端口和數(shù)字端口的回環(huán)，以便測試調(diào)制解調(diào)器和信道好壞。
(i) 其它還有回波抵消器、同步/異步變換器、糾錯(cuò)等，不一一解釋。

并非所有的MODEM都有以上功能，計(jì)算機(jī)中使用的內(nèi)MODEM很多就而沒有控制芯片，它把調(diào)制
解調(diào)的管理任務(wù)交給CPU來完成。還有的MODEM連數(shù)據(jù)載入/輸出芯片和控制芯片都沒有，只
有一些基本電路來作PC和電話網(wǎng)間的連接。它們通常稱為軟Modem。嵌入系統(tǒng)中用的MODEM功
能一般都比較強(qiáng)大，有的甚至提供TTL電平接口，和并行總線連接方式。

（三）連接線
我們先再來看看和 普通外置MODEM 相接的 RS-232 線,

　9針串口（DB9）????????????????? 25針串口（DB25）
針號(hào)????? 功能說明???? 縮寫???? 針號(hào)???? 功能說明???? 縮寫

1???? 數(shù)據(jù)載波檢測??? DCD????? 8???? 數(shù)據(jù)載波檢測??? DCD
2???? 接收數(shù)據(jù)???? RXD???? 3???? 接收數(shù)據(jù)???? RXD
3???? 發(fā)送數(shù)據(jù)???? TXD???? 2???? 發(fā)送數(shù)據(jù)???? TXD
4???? 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備???? DTR???? 20???? 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備???? DTR
5???? 信號(hào)地???????? GND???? 7???? 信號(hào)地???????? GND
6???? 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好??? DSR???? 6???? 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好???? DSR
7???? 請(qǐng)求發(fā)送???? RTS???? 4???? 請(qǐng)求發(fā)送???? RTS
8???? 清除發(fā)送???? CTS???? 5???? 清除發(fā)送???? CTS
9???? 振鈴指示???? DELL???? 22???? 振鈴指示???? DELL
前文已經(jīng)講過，如果收發(fā)雙方都處于“待命狀態(tài)”，只需接發(fā)送線、接收線和地線，控制線
都可以不接。所以我們可以僅僅使用RXD,TXD,GND（三線制）與單片機(jī)相連。

（四）?AT命令集
??下面介紹通訊程序例子中涉及到的AT命令。

1. ATD[S]???????? 撥號(hào)命令。
??????? 使調(diào)制解調(diào)器撥命令行中隨 D 后的號(hào)碼。
??????? 撥號(hào)修正參數(shù):???
??? P?????? 脈沖撥號(hào)。命令調(diào)制解調(diào)器使用脈沖撥號(hào)。
??? T?????? 音頻撥號(hào)。命令調(diào)制解調(diào)器使用音頻撥號(hào)。
??? 逗號(hào)(,)?? 使調(diào)制解調(diào)器在撥號(hào)期間暫停一段指定時(shí)間。
線路連接完成后，在撥出方，用相關(guān)的指令(比如ATD)撥接收方的電話號(hào)碼。該命令使MODEM
立即進(jìn)入摘機(jī)狀態(tài)，并撥出跟在后面的號(hào)碼。D命令是基本的撥號(hào)命令，它受到其它命令的
修飾可構(gòu)成MODEM何時(shí)撥號(hào)以及如何撥號(hào)等操作。例如，ATD2245879，其中2245879為電話號(hào)
碼。我們常常碰到撥打外線電話時(shí)需要暫停一下，等聽到二次撥號(hào)音（外線）之后才能再撥
后續(xù)的號(hào)碼?？梢允褂?," 標(biāo)準(zhǔn)暫停。比如：ATD0,2245879。 缺省時(shí)暫停時(shí)間為2s(秒)。
???
這時(shí)接收方開始響鈴，使用以下命令應(yīng)答。
2. ATA?????????? 應(yīng)答命令。
??????? 使調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答呼叫而無需等待響鈴。適合在手動(dòng)應(yīng)答呼叫或在發(fā)送方式下直
??????? 接與另一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器建立聯(lián)絡(luò)時(shí)使用。
如果要求MODEM具有自動(dòng)應(yīng)答特性，則應(yīng)該預(yù)先將MODEM的S0寄存器設(shè)置為非0。比如預(yù)先輸
入：ATS0=1 。
這樣 兩個(gè)MODEM就可以相互通信了，通信完畢后想掛斷應(yīng)該如下操作。
3.? +++??????? 脫離字元
當(dāng)您連線狀態(tài)下,想轉(zhuǎn)換為命令模式,只需鍵入”+++’,MODEM回應(yīng)”O(jiān)K’,您就可以對(duì)本地
MODEM下命令了。
4.ATHn???????? 掛機(jī)控制
? 輸入：ATH0?? 調(diào)制解調(diào)器掛斷。
至此通信完畢。
注意：所有的AT命令都是ASCII碼，必須同時(shí)以(0x0D)回車符號(hào)結(jié)束.

（五）MODEM的使用舉例
　　在構(gòu)成單片機(jī)自動(dòng)報(bào)警裝置時(shí)，可以有以下四種方案供用戶選擇。

1　直接撥通BP機(jī)號(hào)碼報(bào)警
　　這是一個(gè)最簡單的方案。首先，由單片機(jī)巡回監(jiān)視報(bào)警信號(hào)的出現(xiàn)。單片機(jī)按照事先給
定的BP機(jī)號(hào)碼發(fā)DTMF信號(hào)即開始撥號(hào)，當(dāng)接到傳呼臺(tái)的回音信號(hào)后即自動(dòng)掛機(jī)。如果繼續(xù)簡
化電路，使用DTMF撥號(hào)集成電路代替MODEM也可以。雖然不能檢測回音信號(hào)，但是使用適當(dāng)
的延時(shí)即可。

2　與語音電路相結(jié)合的報(bào)警
　　 在這個(gè)方案中，應(yīng)增設(shè)一塊語音電路。單片機(jī)編程方案與上例基本相同，區(qū)別在于：
此處應(yīng)按照事先給定的電話號(hào)碼（例如“110”）發(fā)DTMF信號(hào)。撥號(hào)過程結(jié)束，延時(shí)一定時(shí)
間之后即可啟動(dòng)語音電路工作。令其反復(fù)播放同一段預(yù)先錄入的話語，如：“我是某地某
人，情況緊急，請(qǐng)求幫助”等。接電話的值班員，無論是誰，都可立即明白。
　　單片機(jī)控制方面，只須增加指令，對(duì)語音電路進(jìn)行控制即可。此例同樣可以不用
MODEM。

3　接收端采用MODEM和單片機(jī)顯示裝置的報(bào)警
　　 在接收端采用MODEM和單片機(jī)顯示裝置可以在無人值守的場合自動(dòng)監(jiān)視各處發(fā)來的報(bào)警
信息，將其存儲(chǔ)并用數(shù)碼顯示出來，必要時(shí)還可增設(shè)警報(bào)音響等其它設(shè)施。發(fā)射段使用帶
DTMF撥號(hào)功能的MODEM,而接收端無需DTMF撥號(hào)等功能。

4? 利用Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程報(bào)警
??????? 利用PPP方式，單片機(jī)先撥號(hào)本地上網(wǎng)服務(wù)器，然后通過Internet將信息送到遠(yuǎn)程
計(jì)算機(jī)去。這個(gè)方法可以節(jié)約長途電話費(fèi)。