短信收發(fā)模塊TC35i的外圍電路設計

    關鍵詞：TC35i 單片機 GSM Modem SMS 計算機 C8051F020

引 言

1 概 述

　　短信息服務作為GSM網絡的一種基本業(yè)務，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。本設計以GSM網絡作為數據無線傳輸網絡，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應用。典型的應用有：變電站、電表、水塔、水庫或環(huán)保監(jiān)測點等監(jiān)測數據的無線傳輸和無線自動警報；遠程無線控制高壓線路斷電器、加熱系統(tǒng)、防洪攔阻系統(tǒng)或其它機電系統(tǒng)的啟動和關閉；車隊交通管理和控制指揮系統(tǒng)；控制和監(jiān)測香煙、食品和飲料自動售貨機的運行狀態(tài)和存貨水平等。這里選用GSM模塊TC35i，給出其和PC機的通信電路；同時，也給出與單片機Cyganal C8051F020制成一款無線Modem，與PC機協(xié)同收發(fā)短信，在PC和應用系統(tǒng)之間以此Modem和GSM網絡為紐帶，實現遠地數據的傳輸。其工作模式如圖1、圖2所示。

2 TC35i模塊

　　目前，國內已經開始使用的GSM模塊有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西門子的TC35系列、愛立信的DM10/DM20系列、中興的ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門子的TC35系列模塊性價比很高，并且已經有國內的無線電設備入網證。所以本設計選用的是西門子TC35系列的TC35i。這是西門子推出的最新的無線模塊，功能上與TC35兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產品的體積。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS232數據口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。

    2.1 主要技術指標

　　TC35i主要特性與技術指標包括以下幾點：

①頻段為雙頻GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；②支持數據、語音、短消息和傳真；③高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； ④質量為9g；⑤電源電壓為單一電壓3.3~4.8V；⑥可選波特率300bps~115kbps，動波特率 4.8~115kbps；⑦電流消耗——休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值；⑧溫度范圍 ——正常操作-20℃~+55℃，存放-30℃~+85℃；⑨SIM電壓為3V/1.8V。

　　TC35i有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1~14腳為電源部分：1~5為電源電壓輸入端Vbatt+，6~10為電源地GND，11、12為充電引腳，13為對外輸出電壓(共外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負溫度系數的熱敏電阻。24~29為SIM卡引腳，分別為CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。33~40為語音接口，用來接電話手柄。15、30、31和32腳為控制部分：15為點火線IGT(Ignition)， 當TC35i通電后必須給IGT一個大于100ms低電平，模塊才啟動；30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC。16~23為數據輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。

　　TC35的數據輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標準。它有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps~115kbps之間可選，硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標準的AT命令集。

    2.2 模塊中與SMS有關的GSM AT指令介紹

　　GSM引擎模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動平臺與數據終端設備之間的通用接口；GSM07.05對短消息作了詳細的規(guī)定。在短消息模塊收到網絡發(fā)來的短消息時，能夠通過串口發(fā)送指示消息，數據終端設備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。與SMS有關的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，其中包含了對SMS(Short Message Service)的控制。

表1 與SMS相關的若干GSM AT指令

    2.3 PDU編碼規(guī)則

　　目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，協(xié)議數據單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡單，實現起來十分容易，但最大的缺點是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7-bit、8-bit和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數據消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由A B C D E F G H I J K L M十三項組成。

A：短信息中心地址長度，2位十六進制數(1字節(jié))。

B：短信息中心號碼類型，2位十六進制數。

C：短信息中心號碼，B+C的長度將由A中的數據決定。

D：文件頭字節(jié)，2位十六進制數。

E：信息類型，2位十六進制數。

F：被叫號碼長度，2位十六進制數。

G：被叫號碼類型，2位十六進制數，取值同B。

H：被叫號碼，長度由F中的數據決定。

I：協(xié)議標識，2位十六進制數。

J：數據編碼方案，2位十六進制數。

K：有效期，2位十六進制數。

L：用戶數據長度，2位十六進制數。

M：用戶數據，其長度由L中的數據決定。J中設定采用UCS2編碼，這里是中英文的Unicode字符。

圖3

3 Cygnal單片機C8051F020簡介

　　C8051F020系列器件與MCS-51指令集完全兼容，可以使用標準803X/805X的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51內核具有標準8052的所有外設部件，包括5個16位的計數器/定時器、2個全雙工UART、256字節(jié)內部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間及8/4個字節(jié)寬的I/O口。

　　CIP-51采用流水線結構，與標準的8051結構相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。70%指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。CIP-51工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25MHz時，峰值速度達到25MIPS。

　　該系列的MCU具有標準8051端口(0、1、2和3)和4個附加的端口(4、5、6和7)，因此共64個I/O口。每個I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止。這為低功耗應用提供了進一步節(jié)電的能力。最獨特的改進是引入了數字交叉開關。這是一個大的數字開關網絡，允許將內部數字資源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引腳。與具有標準復用數字I/O的微控制器不同，這種結構可以支持所有的功能組合。

　　可以通過設置交叉開關控制寄存器，將片內的計數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其它數字信號，配置為出現在端口的I/O引腳。這一特性允許用戶根據自己的特定應用選擇通用I/O和所需數字資源的組合。

圖4

4 硬件設計

　　TC35i外圍電路如圖3所示。

　　電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池主要為整個系統(tǒng)提供3.6V工作電壓，同時產生MAX3238所需要的高電平；三端電源模塊LM7806將外部＋12V直流電源轉換為＋6V，連到ZIF連接器的11、12引腳，在充電模式下，為TC35i提供＋6V、500mA的充電電源。

　　啟動電路由開漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3V)，為使之正常工作，必須在15腳()加時長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1ms。啟動后，15腳的信號應保持高電平。

　　基帶處理器集成了一個與ISO 7816-3 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。在GSM11.11為SIM卡預留5個引腳的基礎上，TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平時，系統(tǒng)方可進入正常工作。

　　數據通信電路主要完成短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件流控制等功能。數據通信電路以Maxim公司的MAX3238芯片為核心，實現電平轉換及串口通信功能；具有低功耗、高數據速率、增強型ESD保護等特性。增強型ESD結構為所有發(fā)送器輸出和接收器輸入提供保護，可承受±15kV IEC 1000-4-2氣隙放電、±8kV IEC 1000-4-2接觸放電和±15kV人體放電模式。

　　TC35的SYNC引腳有兩種工作模式，可用AT命令AT SYNC進行切換。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TC35的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能：當LED熄滅時,表明TC35處于關閉或睡眠狀態(tài)；當LED為600ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35正在進行網絡登錄；當LED為75ms亮/3s熄時，表明TC35已登錄進網絡，處于持機狀態(tài)。

　　TC35i通過C8051F020與PC機通信，其外圍電路如圖4所示。

5 軟件設計

    5.1 單片機程序設計簡介

　　系統(tǒng)程序流程軟件設計的重點在于單片機的編程。通過向TC35寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如網絡登錄、讀取SIM卡上電話號碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。其主程序流程如圖5所示。

其中，初始化的工作包括設置串口速率、無線網絡登陸以及設置短信模式為PDU。PDU編碼包括按PDU的編碼規(guī)則產生PDU串。單片機控制TC35模塊發(fā)送端消息程序實例見本刊網站www.dpj.com.cn。

    5.2 漢字編碼轉換

　　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。Delphi下漢字編碼轉換程序見本刊網站www.dpj.com.cn。

結 語

　　使用手機模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低。在偏遠地區(qū)、海島等架設通信線路困難或不經濟的地方，工程服務設施也可以自由靈活地設置，不再受地形條件的限制?？傊?，GSM模塊價格低廉、應用廣泛，有著誘人的應用前景。