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嵌入式Modem在配變終端單元中的應(yīng)用
摘要：主要介紹硅實(shí)驗(yàn)室雙芯片形式的嵌入式Modem(ISOmodem)芯片Si2414和Si3015，以及ISOmodem在配電變壓器遠(yuǎn)方終端單元（TTU）中的應(yīng)用；重點(diǎn)介紹運(yùn)用ISOmodem通信的硬件及軟件設(shè)計(jì)。目前，市面上的工業(yè)Modem主要以外置為主。外置Modem具有體積大、成本高、集成不方便等缺點(diǎn)；而嵌入式Modem以其性能穩(wěn)定、高度集成化等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地嵌入到各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，得到廣大工業(yè)用戶的極大關(guān)注與歡迎。美國(guó)硅實(shí)驗(yàn)定（Silicon Laboratories）生產(chǎn)的ISOmodem就是一系列的嵌入式Modem芯片。
1 ISOmodem介紹
ISOmodem采用雙芯片形式：Modem控制芯片Si2414和DAA芯片Si3015。Modem芯片Si2414是對(duì)Modem通信進(jìn)行控制并提供與微控制器的通信接口；DAA芯片Si3015是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)后輸出，或是將接收的模擬信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)。它的通信傳輸速率最高可達(dá)14.4kbps，耗電量小于85mW，且具有過流偵測(cè)與保護(hù)功能。
1.1 Si2414內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能
Si2414芯片是高度集成化的，工作電壓為3.3V，內(nèi)部功能模塊如圖1所示。包括1個(gè)控制、數(shù)據(jù)泵、ROM、RAM、1個(gè)晶振、樂相環(huán)、定時(shí)器、串行接口、UART（通用異步收發(fā)器）、1個(gè)并行接口和1個(gè)DAA接口。Modem軟件永久地被存儲(chǔ)在片內(nèi)ROM中，只有Modem設(shè)置信息（默認(rèn)值除外）和其它軟件更新程序必須存儲(chǔ)在主機(jī)里， 然后下載到片內(nèi)RAM中。
在片內(nèi)，控制器提供了一些重要的功能，包括AT命令解析，DAA控制，連接序列控制，DCE（數(shù)據(jù)通信裝置）協(xié)議控制，接入檢測(cè)，并行電話摘機(jī)檢測(cè)，溢出控制，來(lái)電顯示控制和格式化，PCM（脈沖編碼調(diào)制）模式控制，振鈴檢測(cè)，DTMF(雙音多頻)控制，通話進(jìn)程臨測(cè)，錯(cuò)誤糾正和數(shù)據(jù)壓縮。事實(shí)上，主機(jī)和Modem之間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-寄存器來(lái)配置和控制Modem。
1.2 Si2414的接口
Si2414提供兩種與主機(jī)接口方式：串行接口和并行接口。Si2414默認(rèn)的用戶接口為串行接口，當(dāng)AOUT/INT引腳通過一個(gè)下拉電阻（≤10kΩ）拉至低電平且在復(fù)位的上升沿CS引腳為高電平時(shí)，Modem接口選擇為并行接口。
（1）串行接口
當(dāng)選擇串口作為Si2414的用戶接口時(shí)，TXD為發(fā)送引腳，RXD為接收引腳，數(shù)據(jù)通信的流控制通過硬件實(shí)現(xiàn)，即通過RTS、CTS、RI、DCD引腳信號(hào)控制數(shù)據(jù)的傳送。RTS（請(qǐng)求發(fā)送）是終端（DTE）到Modem（DCE）的控制信號(hào)，它通知DCE可以把數(shù)據(jù)發(fā)送到DTE，低電平有效。CTS（清除發(fā)送）是DCE到DTE的控制信號(hào)，它通知DTE可以把數(shù)據(jù)發(fā)送到DCE，低電平有低。RI（振鈴指示）是指當(dāng)Modem接收到遠(yuǎn)程呼叫時(shí)，發(fā)出振鈴指示信號(hào)RI，以通知DTE有遠(yuǎn)程呼叫。DCD（載波檢測(cè)）是指當(dāng)Modem檢測(cè)到載波信號(hào)時(shí)發(fā)出DCD信號(hào)，以通知DTE線路已經(jīng)建立連接，雙方可以開始進(jìn)行通信。
圖1
（2）并行接口
采用并行接口方式時(shí)，主機(jī)是通過對(duì)Si2414內(nèi)部的兩個(gè)寄存器讀寫實(shí)現(xiàn)Modem通信控制的。地址線A0=0時(shí)，指向并行接口寄存器0；A0=1時(shí)，指向并行接口寄存器1。并行接口寄存器0為發(fā)送接收寄存器，寄存器1為Modem控制及狀態(tài)寄存器。
并行接口寄存器0接收主機(jī)從并口發(fā)送過來(lái)的數(shù)據(jù)，并將從遠(yuǎn)程Modem接收以的數(shù)據(jù)輸出到并口。與串行接口不同，在并口方式下，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的流控制是通過并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位實(shí)現(xiàn)的。表2中，RTS、CTS位同串口的INT、ESC、RTS、CTS引腳功能相同，RXF為12字節(jié)學(xué)度接收FIFO緩沖滿櫝志位；TXE為14字節(jié)深度發(fā)送FIFO緩沖區(qū)空標(biāo)志武位；REM為接收FIFO緩沖區(qū)空標(biāo)志位；INTM是INT中斷引腳使能位；INT為中斷標(biāo)志位。
1.3 Si3015
Si3015，DAA或線-端芯片，包含ADC、DAC、控制電路和1個(gè)ISOlink接口。Si3015和其周圍的電路提供了電話線接口需要的呢功能，包括1個(gè)整流橋、摘掛機(jī)、直流終端 、交換終端、振鈴監(jiān)測(cè)、回路電流/電壓監(jiān)測(cè)及通話進(jìn)程測(cè)、回路電流/電壓監(jiān)測(cè)及通話進(jìn)程監(jiān)測(cè)。另外，Si3015的外部電路主要負(fù)責(zé)EMI（電磁干擾）、EMC（電磁兼容）、安全設(shè)置和振蕩操作。
2 ISOmodem在配電變壓器遠(yuǎn)方終端單元中的應(yīng)用
2.1 硬件設(shè)計(jì)
嵌入式ISOmodem系統(tǒng)框圖如圖2。主機(jī)，即微控制器，采用TI公司的16位高性能定點(diǎn)DSP芯片TMS 320LF2407A。Si2414與主機(jī)TMS320 LF2407A（簡(jiǎn)稱2407A）連接采用并口方式，與Si3015連接通過ISOlink接口，即Si2414的C1A引腳經(jīng)電容C到Si3015的C1B引腳。ISOlink是一個(gè)連接Modem芯片和DAA芯片的專用高速接口，有三個(gè)作用：首先，將控制信號(hào)和數(shù)據(jù)從Modem芯片傳輸?shù)紻AA芯片；其次，將DAA芯片縟 眰的數(shù)據(jù)和產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)傳輸?shù)組doem芯芯片；最后，在掛機(jī)的時(shí)候，從Modem芯片提供 “keep-alive”電源到DAA芯片。系統(tǒng)通過TIP、RING兩條線接入電話線網(wǎng)絡(luò)或是采用專線通信方式即直接與遠(yuǎn)方Modem的TIP、RING相連。
Si2414與控制器的硬件接口電路原理如圖3所示。采用2407A的I/O空間與Si2414的并口相連，這樣，利用I/O空間的64K可尋址空間，既節(jié)省2407A的輸入輸出端口資源，又簡(jiǎn)化了軟件編程。圖3中，2407A的I/O空間選通引腳IS與I/O通用端口IOPA4經(jīng)一個(gè)或門連接到Si2414的片選線CS，當(dāng)IOPA4=0且IS=0時(shí)，Modem芯片被穩(wěn)選通，DSP就能對(duì)Modem進(jìn)行操作。另外，Si2414的8根數(shù)據(jù)線D0～D7；地址線A0連接到2407A的A0；
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