带USB接口的短信收发最小系统设计

带USB接口的短信收发最小系统设计短信息服务是移动网络上一种基本无线业务,是信息在移动网络上储存和转寄的过程。

但是用常见的手机编辑短信息不方便,输入和显示都有局限,当然不适合工业应用，用pc机就不存在这些问题。

而这种短信收发系统一般是基于rs〖cd*2〗232串行总线的，不仅安装麻烦，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。

在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致信息的失真。

本设计以gsm网络作为数据无线传输网络，选用支持gsm网络的模块和带有usb接口的单片机开发而成。

1 系统的结构特点和主要器件本系统主要由短信收发模块和兼有监控实现usb接口双重功能的单片机组成，即西门子公司的模块和cygnal公司的。

系统框图如图1所示。

本设计将终端与电脑相连(通过usb接口,终端支持gsmu at指令集),就可以通过自行编制的短信息收发软件,利用pc的超级终端功能实现短信息收发。

该系统可实现中英文点对点的双向收发,一次最多可以发送70个中文字符和160个英文字符。

一旦消息被发送,那么发送人就会得到发送成功的通知。

它还可以实现一次性群发,最多可以发给10个用户,并且有电话簿功能。

该终端具有随机收发,实时接收,立即回复,成本低等特性。

图1 系统框图1.1 模块的介绍目前,国内常用的gsm模块有waecome的wmo2、爱立信的dm10/dm20系列、中兴的系列和西门子公司的，这些模块各有所长。

其中西门子公司的系列模块性价比高，并且已经有国内的无线电设备入网证。

本设计就是选用西门子公司的。

是一个支持中文短信息的工业级gsm 模块,工作在和双频段,电源范围为3.3～5.5 v ,可传输语音和数据信号, 功耗在(4 类) 和(1 类) 分别为2 w和1 w ,通过接口连接器和天线连接器分别连接sim卡读卡器和天线。

的数据接口(cmos 电平)通过at命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300 b/s～115 kb/s , 自动波特率为1.2 kb/s～115 kb/s。

它支持text和pdu格式的sms (short message service,短消息),可通过at命令或关断信号实现重启和故障恢复。

由供电模块(asic)、闪存、zif 连接器、天线接口等6部分组成。

作为的核心，基带处理器主要处理gsm终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

在不需要额外硬件电路的前提下，可支持fr、hr 和efr 语音信道编码。

1.2 的介绍usb的特点是统一了周边所有装置的连接口，各种不同的插头、插座都设计为统一规格，这就解决了哪一个装置插头要接在哪个连接口的问题。

usb总线接口作为外设的通用接口，有其他接口无法比拟的优势。

速度性能是usb技术的突出特点，它支持热插拔，是真正的即插即用设备，支持双向、同步传输，能保证某些需要连接数据流的设备需要。

在进行该usb设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的usb控制器。

现在市场上供应的usb控制器主要有两种：带usb接口的单片机（mcu）或纯粹的usb接口芯片。

笔者选用cygnal公司的芯片属于前者。

cygnal公司的系列单片机是集成的混合信号片上系统soc。

它具有与内核及指令集完全兼容的微控制器，带有usb收发器，完全遵循usb协议2.0，支持12mbps的全速传输或1.5 mbps的低速传输，可时钟恢复，不需额外的晶振（当然根据设计习惯，也可以采用外部晶振），提供有8个端点（endpoint），且每个端点的传输类型、传输方向均可自由配置。

另外，它还集成有1 kb的usb sram和usb收发器，内置的16kb的flash存储器和256b的内部ram，还可以访问外部数据存储器ram，即xram。

它还可以为固件提供足够的存储空间，不需要再扩展外部存储器。

更重要的是内部包含有一个c2（cygnal2-wire）调试电路，通过2脚的c2接口使用开发套件，就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。

另外，这2脚是公用的，它还有其他的功能，这样设计pcb板就相对简单些。

2 硬件系统电路设计本系统采用cygnal 作为控制主芯片。

cygnal 为兼容内核的单片机,内置8 kb flash,拥有256字节ram。

由于内置flash,因此在电路设计上可以省去外接程序存储器,缩小了pcb板的面积,也提高了整个系统的可靠性。

在这个gsm系统中,还有一些基本不变或者很少变化的量,比如子机的编号、号码、短消息中心号码等,这些数据可以作为常量直接写入程序的flash中。

单片机通过串口和通信，单片机从接到外来的信息，并通过usb接口和pc机通信。

图2 稳压电源电路2.1 稳压电源电路最小系统工作电压为5 v dc。

由于模块的突发耗电电流峰值可达3a,故外加稳压器件必须达到足以提供该额定电流的条件。

另外，电源的指标不仅仅有电压，而且功率容限等指标都要满足要求，故采用图2的设计方案。

在该系统中,开关电源芯片完成12 v到5 v 的转换,电源电路主要由和这2个三端稳压电源模块构成，电源模块接收输入的5 v电平，输出为整个单片机系统提供+3.3v工作电压，连到zif连接器的1~5引脚，为提供＋5 v、500 ma的充电电压。

电源的输出基本不会受外部输入变动干扰，而且有效的消除了电磁干扰。

2.2 igt电路对于模块控制，igt信号非常重要，只有正确的igt信号才可以使模块正常运行。

系统加电后,为使进入工作状态,必须给igt 加一个延时大于100ms 的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1 ms。

驱动igt时，供电电压不能低于3.3 v ,否则不能激活。

电路设计如图3所示。

启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。

为保证整个系统正常启动，要求在电源加电时，igt必须保持大于100ms的低电平后，再跳到高电平，在电路板中是依靠rc电路来完成的，且该信号下降沿时间小于1 ms。

启动后，igt脚的信号应保持高电平。

电源通电后，+5v电源通过电阻对电容充电，使电容正极上的电压慢慢上升，大约经过100 ms达到高电位，使施密特触发器翻转，系统被复位。

启动后,igt应保持高电平(3.3 v) 。

数据接口通过usb电缆直接与pc机连接。

数据接口遵从dce的itu2t 内部交换电路标准，实现异步串行收发功能。

2.3 其他部分电路使用外接式sim卡, zif连接器上有6个引脚做为sim卡的接口,sim卡上也有6个引脚分别与它相对应,sim卡同是这样连接的:sim上的ccrst、ccio、cccl、ccvcc和ccgnd通过sim卡阅读器与的同名端直接相连,ccin悬空,而tc上的ccin通过一个3.3kω电阻与ccvcc相连，用来检测sim卡是否插好。

这种连接方式是由sim卡阅读器决定的，由于此部分的电路简单，本文就不提供了。

的sync引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示的工作状态，可用at命令atsync进行切换，本模块使用的是后一种。

当led熄灭时,表明处于关闭或睡眠状态；当led 为600 ms亮/600ms熄时，表明sim卡没有插入或正在进行网络登录；当led为75 ms亮/3 s熄时，表明已登录进网络，处于待机状态。

2.4 单片机周围电路采用cygnal公司内置usb接口的高性能微控制器芯片，简化了硬件部分的设计。

该单片机即实现了usb接口的功能又要完成对模块的控制功能。

因为是带usb接口的单片机，所以整个硬件部分与一般单片机应用系统的开发类似，仅需要通过端口p0.5和p0.4连接40脚zif 插座就可实现模块和单片机之间的通信。

下面是设计时应特别注意的问题：在外接晶体时，一定要在晶体的两端接上10mω的电阻，晶体外壳最好接地，而且布线尽量的短，尽量减少干扰。

若要快捷、成功地开发一个usb设备，正确、合理的调试方法是必不可少的环节。

那么设计调试所用的jtag口时，要在tck加上3.3v上拉，上拉电阻为4.7 kω。

本单片机共有32个引脚，对于未用的i/o口最好用100 ω的电阻下拉到地。

这样有助于保护i/o口。

3 软件设计基于带有usb接口的短信发送系统,既包括硬件设计又包括软件设计，下面简单介绍软件设计。

usb应用系统软件设计分为三部分：usb外设端的固件（firmware）、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。

8051f320固件程序控制整个系统的运行，并负责处理pc机发来的各种usb请求，以完成它们之间的数据传输。

该固件共包含7个程序文件，响应各种来自系统的usb标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理。

单片机通过串行口控制，控制方法采用标准的at命令集。

由于在gsm标准中，中文编码采用的是unicode编码，而不是目前国内常用的gb－2312编码，故还需要进行中文编码的转换，才能显示汉字字型。

因此，在进行短消息的发送时，还要对用户数据按pdu格式进行编码，为了增强硬件的功能最好把这部分放在固件。

这些底层的驱动函数将会使上层协议的编写很方便，更重要的是，它提供了一个硬件抽象层。

当底层硬件改动时，只需要改动底层的驱动函数，而上层函数的代码不变。

在此基础之上再编写应用层程序。

主机应用软件通过客户驱动程序与系统usbdi进行通信，实现系统usb数据的传送动作。

图3 igt电路在usb传输中，因外围设备的类型与应用不同，制定了4种传输类型，分别是控制传输(control transfer)、中断传输(interrupttransfer)、批量传输(bulk transfer)以及实时传输(isochronoustransfer)。

其中，需要特别注意的是慢速设备仅支持控制传输与中断传输。

在此系统中采用中断传输。

笔者采用keil c51完成固件的设计，在driver studio环境中采用visual c++6.0完成usb驱动程序的设计，最后用visual c++6.0开发生成应用软件及其相关使用说明。

本设计完全采用windows风格，用户可快捷地使用本设备。

4 结论利用西门子公司模块和新华龙公司的最小系统进行设计开发，简单容易，开发周期短，且带有usb接口，提高了安全性，减少现场人员工作的复杂性，易于为工程实践所采用。

本文通过计算机实现了短信收发功能,利用c51对其进行编程控制,在此基础上,对软件和硬件加以改动还可以进行二次开发实现其他功能,例如，可以通过移动终端来查收多种信息和控制各种工程的现场设备。

总之，本系统作为一个无线通信系统，具有广泛的应用前景。