基于单片机的公用电话网远程控制器的设计.doc
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1、 第 1 页 基于单片机的公用电话网远程控制器的设计摘要:GSM(Global System for Mobile communication)系统是目前基于 时分多址技术的移动通信体制中,比较成熟完善,且应用最广泛的一种系统。目 前已建成的覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网,是我国公众移动通信网的主要 方式。基于 GSM 的短信信息服务,是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用, 是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众 GSM 网络在全球范围内实 现了联网和漫游,建议上述系统不需再组建专用通信网络,所以具有实时传输数 据功能的短信应用将得到迅速普及。笔者开发设计的基于 GSM
2、网络的温度数据采 集与无线传输系统正是借助该网络平台,利用短信息业务实现数据的自动双向传 递。 AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元, AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。GSM 系统是目前基于时分多 址技术的移动通讯体制中比较成熟
3、、完善、应用最广泛的系统之一。目前已建成 盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网,是我国公众移动通信网的主要方式,其主要 提供话音、短信息、数据等多种业务 J。基于 GSM 短消息功能可以做成传输各种检 测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统,能广泛用于远程监控、定位导航、 个人通信终端等,同时随着科技的飞速发展和人民生活水平的不断提高,手机的 普及率越来越高,价格也越来越便宜,而且手机工作的无线网络覆盖范围广,在 信息传递方面性能稳定、可靠,所以把手机作为信息传递的载体,与单片机控制 的 GSM 模块 结合起来构成应用系统有着强大的生命力和广阔的应用空间 J。通过设计基于 GSM 模块的用手
4、机控制的自动水闸,对用单片机控制 GSM 模块和手机通信、收发短信 息进行探讨。关键字:单片机;短信息;PDU;GSM第 2 页1 AT89S51 单片机简介AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元, AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
5、1.1 AT89S51 主要功能1、 为一般控制应用的 8 位单芯片2、 晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至 12MHz) 3、 内部程式存储器(ROM)为 4KB 4、 内部数据存储器(RAM)为 128B 5、 外部程序存储器可扩充至 64KB 6、 外部数据存储器可扩充至 64KB 7、 32 条双向输入输出线,且每条均可以单独做 I/O 的控制 8、 5 个中断向量源,6 个中断源 9、 2 组独立的 16 位定时器 10、1 个全多工串行通信端口 11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能,与 MCS-51 兼容 12、单芯片提供位逻辑运算指令 13、5 个中断优
6、先级、2 层中断嵌套中断; 14、全双工串行通信口; 15、看门狗(WDT)电路; 16、全静态工作: 0Hz-33MHz; 17、三级程序存储器保密锁定; 18、可编程串行通道; 19、低功耗的闲置和掉电模式。 1.2 AT89S51 引脚功能VCCVCC: AT89S51 电源正端输入,接+5V。 VSSVSS: 电源地端。 XTAL1XTAL1:第 3 页单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2XTAL2: 系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接 上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容,可以使
7、系统更稳定,避免噪声干扰而死机。 RESET: AT89S51 的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平 提升至高电平并保持两个机器周期以上 的时间,AT89S51 便能完成系统重置的 各项动作,使得内部特殊功能寄存器之 内容均被设成已知状态,并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序。EA/VppEA/Vpp: “EA“为英文“External Access“的 缩写,表示存取外部程序代码之意,低 电平动作,也就是说当此引脚接低电平 后,系统会取用外部的程序代码(存于 外部 EPROM 中)来执行程序。因此在 8031 及 8032 中,EA 引脚必须接低电平,
8、因为其内部无程序存储器空间。如果是 使用 8751 内部程序空间时,此引脚要 接成高电平。此外,在将程序代码烧录 至 8751 内部 EPROM 时,可以利用此引 脚来输入 21V 的烧录高压(Vpp)。ALE/PROG: ALE 是英文“Address Latch Enable“的缩写,表示地址锁存器启用信号。 AT89S51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器(如 74LS373),将端口 0 的 地址总线(A0A7)锁进锁存器中,因为 AT89S51 是以多工的方式送出地址及数 据。平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6,因此可以用 来驱动其他周边晶片
9、的时基输入。此外在烧录 8751 程序代码时,此引脚会被当成 程序规划的特殊功能来使用。 PSENPSEN: 此为“Program Store Enable“的缩写,其意为程序储存启用,当 8051 被设成 为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,通AT89S51 第 4 页常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的 定址范围。 PORT0PORT0(P0.0P0.7): 端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极(O
10、pen Drain)双向输出入端口,共有 8 个位,P0.0 表示位 0,P0.1 表示位 1,依此类推。其他三个 I/O 端口 (P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0 在当做 I/O 用 时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果当 EA 引脚为低电平时(即取用外部程序代 码或数据存储器),P0 就以多工方式提供地址总线(A0A7)及数据总线 (D0D7)。设计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0A7, 再配合端口 2 所送出的 A8A15 合成一完整的 16 位地址总线,而定址到 64K 的外 部存储器空间。PORT2(P2.0P2.7
11、): 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口,每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载,若将端口 2 的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。P2 除了当做一般 I/O 端口使用外,若是在 AT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储 器时,也提供地址总线的高字节 A8A15,这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。PORT1(P1.0P1.7): 端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口,其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载,同样地若将端口 1 的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052 或是 8032 的话,P
12、1.0 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚,而 P1.1 可以有 T2EX 功能,可以做外部中断输入的触发脚位。 PORT3(P3.0P3.7): 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口,其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计 时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下: P3.0:RXD,串行通信输入。 P3.1:TXD,串行通信输出。 P3.2:INT0,外部中断 0 输入。 P3.3:INT1,外部中断 1 输入。 P3.4:T0,计时计数器 0 输入。 P3.5:T1,计时计数器
13、1 输入。 P3.6:WR:外部数据存储器的写入信号。 P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号。第 5 页RSTRST: 复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周 期的高电平时间。 2 SIM300 介绍SIM300 是一款三频段 GSM/GPRS 模块,可在全球范围内的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作,能够提供 GPRS 多信道类型多达 10 个, 并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四种 GPRS 编码方案。 SIM300 结构小巧,外形尺寸仅 40mm*33mm*2.85mm,几乎
14、可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用,比如智能电话,掌上电脑和其他移动设备。 模块与移动应用设备通过一个 60 引脚的板板连接器相连,它提供了模块与开 发板的所有硬件接口,除了 RF 天线接口。 SIM300 内部功能模块有: 1.键盘和 SPI 类型的 LCD 接口,方便用户开发自己的应用设备。 2.具有调试和数据输出两个串口,帮助开发人员更容易开发产品。 3.双音频通道,包含两个麦克风输入和两个话筒输出,由 AT 指令配置其工作 模式。 SIM300 有两种 RF 天线接口:一种是天线连接器、一种是天线焊点。天线连接 器型号为 MURATA MM9329-2700,或者用户也可以通过天线焊
15、点自己焊接天线。 SIM300 具有低功耗设计,睡眠模式下的电流消耗仅为 2.5mA。 SIM300 内部集成了 TCP/IP 协议栈,并且扩展了 TCP/IP AT 指令,使用户利用 该模块开发数据传输设备变得非常简单方便。2.1 SIM300 特性特性说明 工作电压单电压供电,3.44.5V 低功耗模 式休眠模式下,工作电流典型值为 2.5mA工作频段SIM300 具有三个频段:EGSM900、DCS1800、PCS1900。频段频率可 由 AT 指令设置,默认频段是 EGSM900 和 DCS1800。 与 GSM Phase 2/2+兼容。 GSM 类型小型移动基站(MS) 发射功耗在
16、频率 EGSM900 CLASS 4 下为 2W 在频率 DCS1800 和 PCS1900 CLASS 1 下为 1W GPRS 连接GPRS 多时隙 10 级 GPRS 移动电台 B 级 工作温度正常工作温度:-22+55 极限工作温度:-25-20,+55+70第 6 页 存储温度:-40+80 GPRS 数据 传输GPRS 下行数据传输最大 85.6kbps GPRS 上行数据传输最大 42.8kbps 编码方案:CS-1,CS-2,CS-3,CS-4 SIM300 支持 PAP(密码验证)协议,此协议通常用于 PPP 连接 SIM300 集成了 TCP/IP 协议 电路交换 数据 (
17、CSD)支持分组广播控制信道(PBCCH) 电路交换数据传输速率:2.4,4.8,9.6,14.4kbps,非透明传输 支持非结构化补充数据业务(USSD) 短消息支持点到点短消息移动发送和接受、文本、PDU 模式 短消息存储于 SIM 卡中 支持 CSD 和 GPRS 模式的短消息发送,用户可以根据自己的需要来 选择传输模式 传真Group 3 Class 1 SIM 接口支持 1.8V 和 3V 两种类型的 SIM 卡 外接天线通过 50 的天线连接器或天线连接板连接 音频特性语音编码模式 半速率(ETS 06.02) 全速率(ETS 06.10) 增强型全速率(ETS06.50/06.6
18、0/06.80) 回波抑制 双串行通 信接口串口 1 的借口具有 7 根数据、状态线 串口 1 可以被用作 CSD 传真、GPRS 服务和发送控制模块 AT 命令 串口 1 可以使用多路复用功能,但是此时不能和串口 2 同时使用 可支持的自动波特率为:1200bps115200bps 串口 2 的接口只有/TXD 和/RXD 两根数据线,没有状态和控制线 串口 2 只能用来传输 AT 命令 电话簿管 理支持的电话簿类型:SM、FD、LD、RC、ON、MCSIM 应用 工具箱支持 SAT class 3、GSM 11.14 Release 98实时时钟内部具有实时时钟,并有后备电池接口 定时功能
19、可以通过 AT 命令编程 物理特征尺寸:400.15330.153.30.3mm(包括连接器)400.15330.152.850.3mm(不包括连接器) 重量:8g 固件升级内部固件通过串口升级2.2 SIM300 引脚功能电源 引脚名称I/说明直流特性第 7 页O VBAT板板连接器有八个电池引脚 以连接供电电压。SIM300 的 工作电压 VBAT=3.4V4.5V, 单电压供电。供电电压必须 能在典型值上升到 2A 的传输 脉冲中提供足够的电流。此 八个引脚一般为电压引脚。Vmax=4.5V Vmin=3.4V Vnorm=4.0VVRTCI/ O当电源不给系统供电时给实 时时钟的电流输
20、入。当主电 源供电且备用电源为低电平 状态时给备用电源的电流输 出。Vmax=2.0V Vmin=1.2V Vnorm=1.8V Inorm=20uAVDD_EXTO给外部电路供电 3.0V。用户 通过测试此引脚,可以判断 系统的运行和关闭,为低电 平时,系统关闭,相反,系 统运行。Vmax=3.15V Vmin=2.85V Vnorm=3.0V Inorm=60mAGND数字接地 电源开关 引脚名称I/ O说明直流特性PWRKEYI系统启动按键的电压输入。 用户启动和关闭系统时 PWRKEY 为低电平。由于系统 响应软件需要一定的反应时 间,用户启动或关闭系统时 需要按住按键几秒。VILma
21、x=0.3*VBAT VIHmin=0.7*VBAT VImax=VBAT音频接口 引脚名称I/ O说明直流特性MIC1P MIC1NI正负音频输入音频直流特性见章节 3.9.4MIC2P MIC2NI附加正负音频输入SPK1P SPK1NO正负音频输出SPK2P SPK2NO附加正负音频输出BuzzerO蜂鸣器输出 AGND模拟接地第 8 页 一般用途输入输出 引脚名称I/ O说明直流特性KBC0KBC 4OKBR0KBR 4ISPI_DATAI/ O SPI_CLKO SPI_CSO SPI_D/CO SPI_RSTO Network LEDO一般用途输出引脚(GPO)可 由 AT 指令配
22、置其输出电压的 高低。所有 GPO 未由 AT 指令 配置时初始化默认低电平。GPIO8I/ O一般输入输出端口VILmin=0V VILmax=0.3*VDD_EXT VIHmin=0.7*VDD_EXT VIHmax=VDD_EXT+0.3 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=VDD_EXT-0.2 VOHmax=VDD_EXT串口 1 接口 引脚名称I/ O说明直流特性DTRIData Terminal Ready 数据终 端就绪 RXDIReceive Data 接收数据 TXDOTransmit Data 发送数据 RTSIRequest to Send 请求
23、发送 CTSOClear to Send 清除发送 RIORing Indicator 响铃侦测 DCDOData Carrier detection 数 据载体检测VILmin=0V VILmax=0.3*VDD_EXT VIHmin=0.7*VDD_EXT VIHmax=VDD_EXT+0.3 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=VDD_EXT-0.2 VOHmax=VDD_EXT串口 2 接口 DBGTXO DBGRXI用于调试和通信的串口SIM 卡接口 引脚名称I/O说明直流特性 SIM_VDDOSIM 卡的电源引脚1.8V / 2.8V 可由软件选择 SIM_
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