嵌入式系统中的MODEM

嵌入式系统中的MODEM

近日研究MODEM心得不少，写出来，请大家提提意见。
（一）协议
按照调制解调协议的不同，数据传输速度亦各不相同。
56K bit/秒有ITU V.90、Rockwell K56Flex和US Robotics X2三种协议，
33.6K bit/秒的协议是ITU-TSS V.34+，
14.4K bit/秒的协议是V.32bis，
9.6K bit的协议是V.32，
4.8K bit的协议有V.27，
2.4K bit的协议有V.26，
1.2K bit的协议有V.23，
600 bit的协议有V.22,
300 bit的协议有V.21。
有一些MODEM并没有标出速率，我们可以根据标出的协议来推断。

MODEM和DTE(数据终端设备)的接口。
MODEM与DTE的接口常用的是V.24标准和RS—232C。V.24和RS—232C在功能上是兼容的，在线
路连接上只有细小的差别，最近的RS—232Ｄ标准已经和V.24标准完全一样了。
RS—232C共有20条线，V.24有28条线。以RS—232C为例，RS—232C的连线可分为五类：数据
线、定时线、控制线、检测线和地线。
(1) 数据线：即“数据发送”、“数据接收”，正反向信道各两根。
(2) 定时线：包括“发信机信号码元定时(DTE产生)”和“发信机信号码元定时(DCE产生)
“、“接收机信号码元定时(DCE产生)”共三根。
(3) 控制线：双方协调一致工作必须的，俗称握手线，有“请求发送”RTS，此线控制DCE的
数据信道发送数据，“接通”状态时表示DCE处于发送方式。“允许发送”CTS，该线的状态
表示DCE是否处于数据发送状态，“接通”表示DCE已准备好发送数据，即可接收DTE发来的
数据。“DTE准备就绪”，此线表示对DTE的接通和断开进行控制，“接通”状态时表示DTE
已做好操作准备，并使DCE准备接至线路。 “DCE准备就绪” ，此线的状态表示DCE是否已
准备好，“接通”状态时表示DCE已和线路接好，并准备与DTE进一步交换控制信号。加上
“数据信号速率选择器”(DTE或DCE)、“反向信道请求发送”、“ 反向信道允许发送”共8
根。
(4) 检测线包括“正向信道接收线路信号检测器”DCD、“反向信道接收线路信号检测器”
DCD、“信号质量检测器”、“振铃指示器”共四根。
(5) 地线通常指信号地线，保护地不算在内。
在实际使用时，并非所有的线都要接上。对于异步通信来说，定时线是可以不接的。如果收
发双方都处于“待命状态”，只需接发送线、接收线和地线，控制线都可以不接。因为控制
线空着就是高电平，就是接通”，就是“待命状态”。不过这样一来收发双方时刻处于不受
控状态，抗干扰能力下降。软件的设计也会相对复杂一些。
   
RS—232C接口在使用中要注意：
(1) RS—232C电平是双电平，以高电平(+3～+15V)表示“0”，低电平（—3～—15V）表示
“1" 电平 。而MCU的全双工串行通信接口的电平是TTL电平(地表示0电平，+5V表示1电
平)，和RS—232接口电平不同，要实现两种不同电平之间的正确连接先要转换电平才行。转
换电平有两种解决办法，第一种（最常用）的是在单片机与MODEM之间增加一个芯片（比如
MAX232、HIN232），这种芯片能将单片机的TTL电平转换成RS—232电平，同时有信号发送和
接收两部分，只用一组TTL电压(+5V)就可以了。第二种是配置一种异步通信适配器，将TTL
电平转换成RS—232电平，它也有信号发送和接收两部分，但要用二组电压，即+5V和+3～
+15V、—3～—15V。
(3) DCE和DTE的发送信号码元定时线上由低电平转换成高电平的时刻要正好对应发送信号码
元的中央。

（二）功能
调制解调器分基带调制解调器、话带调制解调器、宽带调制解调器三种，嵌入系统中常用的
是第二种。
话带调制解调器主要有两种，一种是专为在音频模拟话路上传输数据信号设计的，又称话路
调制解调器。另一种专为短波通信用的无线短波调制解调器。
话路调制解调器包括下面各部分：
(a) 终端和调制解调器的接口，应符合V.24/V.28建议。
(b) 自动呼叫应答器，当终端发出被叫用户的电话号码指令后，通过自动呼叫单元变成拨号
脉冲送往交换机，连接被叫用户。若被叫空闲，自动应答单元将被叫调制解调器接到线路
上。
(c) 调制解调器，完成调制解调器任务。
(d) 成形滤波器和均衡器。成形滤波器将数据信号的频谱变成码间干扰很小的近似理想的频
谱，使输出端得到需要的波形。均衡器是对信道和调制解调器内的衰耗失真和群延时失真进
行均衡补赏，有固定、手动和自适应三种。
(e) 载频系统。提供调制与解调所需要的载频。
(f) 定时系统。提供收发双方所需要的位定时信号和其它时钟信号。
(g) 扰码器和解扰码器。扰码器将短周期的的输入数据码元变换成长周期的准随机码，以保
证接收机能从接收信号中提取定时信号，并防止出现连“0”信号。
(h) 测试设备。能提供线路端口和数字端口的回环，以便测试调制解调器和信道好坏。
(i) 其它还有回波抵消器、同步/异步变换器、纠错等，不一一解释。

并非所有的MODEM都有以上功能，计算机中使用的内MODEM很多就而没有控制芯片，它把调制
解调的管理任务交给CPU来完成。还有的MODEM连数据载入/输出芯片和控制芯片都没有，只
有一些基本电路来作PC和电话网间的连接。它们通常称为软Modem。嵌入系统中用的MODEM功
能一般都比较强大，有的甚至提供TTL电平接口，和并行总线连接方式。

（三）连接线
我们先再来看看和 普通外置MODEM 相接的 RS-232 线,

　9针串口（DB9）                  25针串口（DB25）
针号      功能说明     缩写     针号     功能说明     缩写

1     数据载波检测    DCD      8     数据载波检测    DCD
2     接收数据     RXD     3     接收数据     RXD
3     发送数据     TXD     2     发送数据     TXD
4     数据终端准备     DTR     20     数据终端准备     DTR
5     信号地         GND     7     信号地         GND
6     数据设备准备好    DSR     6     数据准备好     DSR
7     请求发送     RTS     4     请求发送     RTS
8     清除发送     CTS     5     清除发送     CTS
9     振铃指示     DELL     22     振铃指示     DELL
前文已经讲过，如果收发双方都处于“待命状态”，只需接发送线、接收线和地线，控制线
都可以不接。所以我们可以仅仅使用RXD,TXD,GND（三线制）与单片机相连。

（四）?AT命令集
??下面介绍通讯程序例子中涉及到的AT命令。

1. ATD[S]         拨号命令。
        使调制解调器拨命令行中随 D 后的号码。
        拨号修正参数:   
    P       脉冲拨号。命令调制解调器使用脉冲拨号。
    T       音频拨号。命令调制解调器使用音频拨号。
    逗号(,)   使调制解调器在拨号期间暂停一段指定时间。
线路连接完成后，在拨出方，用相关的指令(比如ATD)拨接收方的电话号码。该命令使MODEM
立即进入摘机状态，并拨出跟在后面的号码。D命令是基本的拨号命令，它受到其它命令的
修饰可构成MODEM何时拨号以及如何拨号等操作。例如，ATD2245879，其中2245879为电话号
码。我们常常碰到拨打外线电话时需要暂停一下，等听到二次拨号音（外线）之后才能再拨
后续的号码。可以使用"," 标准暂停。比如：ATD0,2245879。 缺省时暂停时间为2s(秒)。
   
这时接收方开始响铃，使用以下命令应答。
2. ATA           应答命令。
        使调制解调器应答呼叫而无需等待响铃。适合在手动应答呼叫或在发送方式下直
        接与另一台调制解调器建立联络时使用。
如果要求MODEM具有自动应答特性，则应该预先将MODEM的S0寄存器设置为非0。比如预先输
入：ATS0=1 。
这样 两个MODEM就可以相互通信了，通信完毕后想挂断应该如下操作。
3.  +++        脱离字元
当您连线状态下,想转换为命令模式,只需键入”+++’,MODEM回应”OK’,您就可以对本地
MODEM下命令了。
4.ATHn         挂机控制
  输入：ATH0   调制解调器挂断。
至此通信完毕。
注意：所有的AT命令都是ASCII码，必须同时以(0x0D)回车符号结束.

（五）MODEM的使用举例
　　在构成单片机自动报警装置时，可以有以下四种方案供用户选择。

1　直接拨通BP机号码报警
　　这是一个最简单的方案。首先，由单片机巡回监视报警信号的出现。单片机按照事先给
定的BP机号码发DTMF信号即开始拨号，当接到传呼台的回音信号后即自动挂机。如果继续简
化电路，使用DTMF拨号集成电路代替MODEM也可以。虽然不能检测回音信号，但是使用适当
的延时即可。

2　与语音电路相结合的报警
　　 在这个方案中，应增设一块语音电路。单片机编程方案与上例基本相同，区别在于：
此处应按照事先给定的电话号码（例如“110”）发DTMF信号。拨号过程结束，延时一定时
间之后即可启动语音电路工作。令其反复播放同一段预先录入的话语，如：“我是某地某
人，情况紧急，请求帮助”等。接电话的值班员，无论是谁，都可立即明白。
　　单片机控制方面，只须增加指令，对语音电路进行控制即可。此例同样可以不用
MODEM。

3　接收端采用MODEM和单片机显示装置的报警
　　 在接收端采用MODEM和单片机显示装置可以在无人值守的场合自动监视各处发来的报警
信息，将其存储并用数码显示出来，必要时还可增设警报音响等其它设施。发射段使用带
DTMF拨号功能的MODEM,而接收端无需DTMF拨号等功能。

4  利用Internet网远程报警
        利用PPP方式，单片机先拨号本地上网服务器，然后通过Internet将信息送到远程
计算机去。这个方法可以节约长途电话费。