嵌入式Modem在配变终端单元中的应用

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摘要：主要介绍硅实验室双芯片形式的嵌入式Modem(ISOmodem)芯片Si2414和Si3015，以及ISOmodem在配电变压器远方终端单元（TTU）中的应用；重点介绍运用ISOmodem通信的硬件及软件设计。

    关键词：IOSmodem Si2414 TTU

目前，市面上的工业Modem主要以外置为主。外置Modem具有体积大、成本高、集成不方便等缺点；而嵌入式Modem以其性能稳定、高度集成化等优点，可以方便地嵌入到各种单片机应用系统，得到广大工业用户的极大关注与欢迎。美国硅实验定（Silicon Laboratories）生产的ISOmodem就是一系列的嵌入式Modem芯片。

1 ISOmodem介绍

ISOmodem采用双芯片形式：Modem控制芯片Si2414和DAA芯片Si3015。Modem芯片Si2414是对Modem通信进行控制并提供与微控制器的通信接口；DAA芯片Si3015是将数字信号调制为模拟信号后输出，或是将接收的模拟信号解调为数字信号。它的通信传输速率最高可达14.4kbps，耗电量小于85mW，且具有过流侦测与保护功能。

1.1 Si2414内部结构及功能

Si2414芯片是高度集成化的，工作电压为3.3V，内部功能模块如图1所示。包括1个控制、数据泵、ROM、RAM、1个晶振、乐相环、定时器、串行接口、UART（通用异步收发器）、1个并行接口和1个DAA接口。Modem软件永久地被存储在片内ROM中，只有Modem设置信息（默认值除外）和其它软件更新程序必须存储在主机里， 然后下载到片内RAM中。

在片内，控制器提供了一些重要的功能，包括AT命令解析，DAA控制，连接序列控制，DCE（数据通信装置）协议控制，接入检测，并行电话摘机检测，溢出控制，来电显示控制和格式化，PCM（脉冲编码调制）模式控制，振铃检测，DTMF(双音多频)控制，通话进程临测，错误纠正和数据压缩。事实上，主机和Modem之间的所有相互作用都是由控制器完成的。控制器使用“AT”指令、S-寄存器和U-寄存器来配置和控制Modem。

1.2 Si2414的接口

Si2414提供两种与主机接口方式：串行接口和并行接口。Si2414默认的用户接口为串行接口，当AOUT/INT引脚通过一个下拉电阻（≤10kΩ）拉至低电平且在复位的上升沿CS引脚为高电平时，Modem接口选择为并行接口。

（1）串行接口

当选择串口作为Si2414的用户接口时，TXD为发送引脚，RXD为接收引脚，数据通信的流控制通过硬件实现，即通过RTS、CTS、RI、DCD引脚信号控制数据的传送。RTS（请求发送）是终端（DTE）到Modem（DCE）的控制信号，它通知DCE可以把数据发送到DTE，低电平有效。CTS（清除发送）是DCE到DTE的控制信号，它通知DTE可以把数据发送到DCE，低电平有低。RI（振铃指示）是指当Modem接收到远程呼叫时，发出振铃指示信号RI，以通知DTE有远程呼叫。DCD（载波检测）是指当Modem检测到载波信号时发出DCD信号，以通知DTE线路已经建立连接，双方可以开始进行通信。

图1

    （2）并行接口

采用并行接口方式时，主机是通过对Si2414内部的两个寄存器读写实现Modem通信控制的。地址线A0=0时，指向并行接口寄存器0；A0=1时，指向并行接口寄存器1。并行接口寄存器0为发送接收寄存器，寄存器1为Modem控制及状态寄存器。

并行接口寄存器0接收主机从并口发送过来的数据，并将从远程Modem接收以的数据输出到并口。与串行接口不同，在并口方式下，发送和接收数据的流控制是通过并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位实现的。表2中，RTS、CTS位同串口的INT、ESC、RTS、CTS引脚功能相同，RXF为12字节学度接收FIFO缓冲满椟志位；TXE为14字节深度发送FIFO缓冲区空标志武位；REM为接收FIFO缓冲区空标志位；INTM是INT中断引脚使能位；INT为中断标志位。

1.3 Si3015

Si3015，DAA或线-端芯片，包含ADC、DAC、控制电路和1个ISOlink接口。Si3015和其周围的电路提供了电话线接口需要的呢功能，包括1个整流桥、摘挂机、直流终端 、交换终端、振铃监测、回路电流/电压监测及通话进程测、回路电流/电压监测及通话进程监测。另外，Si3015的外部电路主要负责EMI（电磁干扰）、EMC（电磁兼容）、安全设置和振荡操作。

2 ISOmodem在配电变压器远方终端单元中的应用

2.1 硬件设计javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

嵌入式ISOmodem系统框图如图2。主机，即微控制器，采用TI公司的16位高性能定点DSP芯片TMS 320LF2407A。Si2414与主机TMS320 LF2407A（简称2407A）连接采用并口方式，与Si3015连接通过ISOlink接口，即Si2414的C1A引脚经电容C到Si3015的C1B引脚。ISOlink是一个连接Modem芯片和DAA芯片的专用高速接口，有三个作用：首先，将控制信号和数据从Modem芯片传输到DAA芯片；其次，将DAA芯片缛 眰的数据和产生的状态信号传输到Mdoem芯芯片；最后，在挂机的时候，从Modem芯片提供 “keep-alive”电源到DAA芯片。系统通过TIP、RING两条线接入电话线网络或是采用专线通信方式即直接与远方Modem的TIP、RING相连。

Si2414与控制器的硬件接口电路原理如图3所示。采用2407A的I/O空间与Si2414的并口相连，这样，利用I/O空间的64K可寻址空间，既节省2407A的输入输出端口资源，又简化了软件编程。图3中，2407A的I/O空间选通引脚IS与I/O通用端口IOPA4经一个或门连接到Si2414的片选线CS，当IOPA4=0且IS=0时，Modem芯片被稳选通，DSP就能对Modem进行操作。另外，Si2414的8根数据线D0～D7；地址线A0连接到2407A的A0；读、写控制线RD、WE分别连接到2407A的读、写使能引脚RD、Weko怕输出引脚INT连接到2407A的外部中断引脚XINT1.该引脚进行软件设置后，当系统检测到振铃或载波信号时，将输出一个中断脉冲tjt位引脚RESET连接到2407A的一个I/O口IPB5，当控制器给IOPB5一个大于5ms的低脉冲时， Si2414就会产生硬件复位。C1A引脚是Si2414与Si3015连接的DAA接口，它通过一个电容到Si3015的C1B引脚，电容主要是起隔离作用。Si3015的外围电路主要包括一个整流桥、摘挂机、直流终端、交流终端。振铃监测、回路电流/电压监测及通话进程监测。

2.2 软件设计

在利用Modem通信时，首先需要对Modem初始化。Modem初始化包括通信的波特率、数据格式、通信协议、中断、自动应答、振铃次数的设置等。初始化后，Modem处于等待连接状态。这时，可以由Modem进行主动拨号建立连接，也可以由对方电话进行拨号建立连接。若由对方电话拨号，则Modem接收到振铃RING信号的振铃次数为一次后，Modem自动摘机进行应答。接收到载波后，Modem发出一个中断信号，DSP进入中断，数据通信链路建立成功，延时几十ms后，就可以进行数据通信了。若是由Modem进行主动拨号，则拨号后，Modem一直在等待对方的载波信号，DSP收到Modem返回CONNECT码后，连接成功，Modem自动进入在线状态，双方可以开始通信。若是DSP接收到BUSY，说明线路占线，可令Modem挂断并等待一定时间后重新连接。通信结束后，延时一段时间，DSP向Modem发送+++，挂起数据通信，进入命令状态，再发送ATH0命令挂断连接，最后发送ATZ命令，复位Modem。一次通信过程完成，重新初始化Modem，开始新的通信。Modem拨号通信流程如图4.Modem自动应答流程与图4相似，只是靠对方建立连接。程序入口采用中断方式，一旦DSP进入中断，连接成功，接下来的流程与拨号通信流程一样。
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