隨著信息技術與網絡技術的飛速發(fā)展，信息交互應用業(yè)務給人類生活帶來更多的便利，信息終端表現出巨大的市場潛力。但是由于終端用戶環(huán)境不同，用戶信息交互方式可能不同，目前常用的有IP方式、FSK方式以及無線通信方式等。為了能夠提高終端市場競爭力，減少系統(tǒng)開發(fā)成本投入，通信模塊與終端程序獨立設計是較為理想的解決方案。本文采用ATmega48芯片及CMX865芯片實現FSK通信模塊，基于此模塊，用戶與業(yè)務平臺之間進行FSK信息交互，相對于終端來說就是簡單的串口通信。
1 ATmega48介紹
ATmega48是基于AVR增強型RISC(精簡指令集)結構的高性能、低功耗的8位CMOS微控制器。微控制器具有可控制的上電復位和可編程的掉電檢測電路、經過標定的片內RC振蕩器、片內外18個中斷源和5種休眠模式。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega48的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，運行速度比普通的單片機高出10倍，從而可以緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。
其片內集成了4 KB的系統(tǒng)內可編程Flash、256字節(jié)的EEPROM、512字節(jié)的SRAM。其外設具有可編程的串行USART接口、可工作于主機/從機模式的SPI串行接口;存在2個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時/計數器和1個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時/計數器、具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器等。ATmega48/88/168芯片硬件電路可以完全兼容，完全可以根據軟件實際需求靈活選擇AVR芯片，極大地方便系統(tǒng)的開發(fā)與研制。
2 CMX865簡介
CMX865是CML公司新出的一款DTMF編/解碼器/FSK調制解調器復合IC芯片，它采用單個高速串行總線控制，與大多數串行接口兼容。CMX865的主要特征是：
◆ 供電電壓2.7~5.5 V，低功耗操作模式;
◆ 支持V.23、Bell202 FSK 1200 bps編碼/解碼;
◆ 集成高可靠性DTMF編碼器/解碼器;
◆ 集成振鈴檢測功能，支持語音探測功能。
3 硬件設計
圖1為串口轉FSK通信模塊電路。系統(tǒng)主要以AVR單片機ATmega48芯片和CMX865調制/解調芯片為硬件架構，ATmega48芯片利用CBUS總線對CMX865芯片進行控制操作，實現FSK通信。CMX865芯片的IRQN終端與CPU芯片的外部中斷0(INT0)相連，確保軟件可以采用中斷方式接收/發(fā)送FSK數據。CMX865芯片的時鐘信號、片選信號、響應應答數據信號、接收控制數據信號分別與ATmega48芯片的普通I/O接口引腳相連，CPU可以通過模擬口線方式對CMX865芯片進行控制。
圖1 串口轉FSK通信模塊電路
圖1還提供了基本的FSK接收/發(fā)送數據接口電路和振鈴檢測電路。在FSK發(fā)送電路中，CMX865芯片TXA(15引腳)處外接電阻的目的是匹配芯片接口對線路的交流阻抗。在FSK接收電路中，CMX865芯片RXAFB(9引腳)與RXAN(10引腳)之間的電容以及隔離變壓器之間電容設計的目的是濾除高頻噪聲;通過調節(jié)接收電路中兩個電阻R1、R2的阻值即可改變接收端提供給CMX865芯片信號的幅度。在振鈴檢測電路中，IC1是光電耦合器，不振鈴時光電三極管截止，RING為高電平;振鈴時，振鈴信號經過電容耦合及穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，振鈴電壓使IC1內發(fā)光二極管發(fā)光，照射到光電三極管的基極上導致光電三極管導通，RING為低電平，通過ATmega48引腳檢測到低電平的振鈴信號。
4 軟件實現
ATmega48芯片具有4 KB內部Flash和512字節(jié)的片內SRAM，軟件實現需考慮資源分配問題，特別是SRAM使用情況。由于程序涉及串口通信、DTMF通信和FSK通信3種情況，理論上需要開辟6個緩沖區(qū)。如果這樣，每一個緩沖區(qū)的大小顯然不能確保達到實際通信數據量的需求。結合FSK通信特點，DTMF數據傳輸與FSK數據傳輸不可能同時發(fā)生，因此FSK與DTMF可共用相同緩沖區(qū)。同樣串口接收與FSK發(fā)送、串口發(fā)送與FSK接收都不會同時發(fā)生，這樣通信只需要開辟兩個緩沖區(qū)就可以確保模塊正常通信，考慮實際業(yè)務平臺數據量情況，軟件設計中為FSK接收開辟255字節(jié)緩沖區(qū)復用;FSK發(fā)送開辟45字節(jié)緩沖區(qū)復用。
4.1 主程序實現流程
圖2 主程序流程
通信模塊主程序包括：CPU初始化、CMX865初始化、初始化建鏈、串口通信和FSK通信子程序等。主程序流程如圖2所示。初始化建鏈環(huán)節(jié)是模塊正常工作的基礎，通過初始化建鏈操作，信息終端可以根據線路環(huán)境以及平臺超時機制對通信模塊參數進行設置，確保通信的穩(wěn)定性。通信主流程循環(huán)執(zhí)行3個子功能函數：線路狀態(tài)處理函數、串口數據解析與處理函數、鏈路保持函數。線路狀態(tài)處理函數設計了3種線路狀態(tài)，即初始狀態(tài)、空閑狀態(tài)和摘機狀態(tài);正常工作時僅在空閑狀態(tài)和摘機狀態(tài)之間切換。其中在空閑狀態(tài)檢測振鈴、根據狀態(tài)位執(zhí)行摘機、DTMF撥號等操作;在摘機狀態(tài)根據狀態(tài)位執(zhí)行FSK收發(fā)、脫線檢測、掛機控制等操作。串口數據解析與處理函數包含串口數據按命令集解析、對解析命令進行應答和狀態(tài)置位處理部分。這樣線路狀態(tài)處理函數和串口數據解析與處理函數通過狀態(tài)置位標志緊密連接起來。FSK數據采用中斷方式直接接收，接收完畢后在摘機狀態(tài)下直接通過串口發(fā)送給信息終端。由于串口發(fā)送應用相對單一，為簡單處理串口發(fā)送采用即時應答處理方式，分散在通信主流程各子功能函數中實現，提高了通信效率。通過鏈路保持函數判斷串口通信是否異常，通信模塊周期性地向信息終端發(fā)送鏈路保持命令，如果3次重發(fā)均未收到終端應答命令，通信模塊將自動鎖閉線路，重新執(zhí)行初始化建鏈操作，實現串口異常的處理。
