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嵌入式Modem在配變終端單元中的應用
摘要：主要介紹硅實驗室雙芯片形式的嵌入式Modem(ISOmodem)芯片Si2414和Si3015，以及ISOmodem在配電變壓器遠方終端單元（TTU）中的應用；重點介紹運用ISOmodem通信的硬件及軟件設計。目前，市面上的工業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；而嵌入式Modem以其性能穩定、高度集成化等優點，可以方便地嵌入到各種單片機應用系統，得到廣大工業用戶的極大關注與歡迎。美國硅實驗定（Silicon Laboratories）生產的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Modem通信進行控制并提供與微控制器的通信接口；DAA芯片Si3015是將數字信號調制為模擬信號后輸出，或是將接收的模擬信號解調為數字信號。它的通信傳輸速率最高可達14.4kbps，耗電量小于85mW，且具有過流偵測與保護功能。
1.1 Si2414內部結構及功能
Si2414芯片是高度集成化的，工作電壓為3.3V，內部功能模塊如圖1所示。包括1個控制、數據泵、ROM、RAM、1個晶振、樂相環、定時器、串行接口、UART（通用異步收發器）、1個并行接口和1個DAA接口。Modem軟件永久地被存儲在片內ROM中，只有Modem設置信息（默認值除外）和其它軟件更新程序必須存儲在主機里， 然后下載到片內RAM中。
在片內，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（數據通信裝置）協議控制，接入檢測，并行電話摘機檢測，溢出控制，來電顯示控制和格式化，PCM（脈沖編碼調制）模式控制，振鈴檢測，DTMF(雙音多頻)控制，通話進程臨測，錯誤糾正和數據壓縮。事實上，主機和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-寄存器來配置和控制Modem。
1.2 Si2414的接口
Si2414提供兩種與主機接口方式：串行接口和并行接口。Si2414默認的用戶接口為串行接口，當AOUT/INT引腳通過一個下拉電阻（≤10kΩ）拉至低電平且在復位的上升沿CS引腳為高電平時，Modem接口選擇為并行接口。
（1）串行接口
當選擇串口作為Si2414的用戶接口時，TXD為發送引腳，RXD為接收引腳，數據通信的流控制通過硬件實現，即通過RTS、CTS、RI、DCD引腳信號控制數據的傳送。RTS（請求發送）是終端（DTE）到Modem（DCE）的控制信號，它通知DCE可以把數據發送到DTE，低電平有效。CTS（清除發送）是DCE到DTE的控制信號，它通知DTE可以把數據發送到DCE，低電平有低。RI（振鈴指示）是指當Modem接收到遠程呼叫時，發出振鈴指示信號RI，以通知DTE有遠程呼叫。DCD（載波檢測）是指當Modem檢測到載波信號時發出DCD信號，以通知DTE線路已經建立連接，雙方可以開始進行通信。
圖1
（2）并行接口
采用并行接口方式時，主機是通過對Si2414內部的兩個寄存器讀寫實現Modem通信控制的。地址線A0=0時，指向并行接口寄存器0；A0=1時，指向并行接口寄存器1。并行接口寄存器0為發送接收寄存器，寄存器1為Modem控制及狀態寄存器。
并行接口寄存器0接收主機從并口發送過來的數據，并將從遠程Modem接收以的數據輸出到并口。與串行接口不同，在并口方式下，發送和接收數據的流控制是通過并行接口寄存器1中的RTS、CT位及RXF、TXE位實現的。表2中，RTS、CTS位同串口的INT、ESC、RTS、CTS引腳功能相同，RXF為12字節學度接收FIFO緩沖滿櫝志位；TXE為14字節深度發送FIFO緩沖區空標志武位；REM為接收FIFO緩沖區空標志位；INTM是INT中斷引腳使能位；INT為中斷標志位。
1.3 Si3015
Si3015，DAA或線-端芯片，包含ADC、DAC、控制電路和1個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個整流橋、摘掛機、直流終端 、交換終端、振鈴監測、回路電流/電壓監測及通話進程測、回路電流/電壓監測及通話進程監測。另外，Si3015的外部電路主要負責EMI（電磁干擾）、EMC（電磁兼容）、安全設置和振蕩操作。
2 ISOmodem在配電變壓器遠方終端單元中的應用
2.1 硬件設計
嵌入式ISOmodem系統框圖如圖2。主機，即微控制器，采用TI公司的16位高性能定點DSP芯片TMS 320LF2407A。Si2414與主機TMS320 LF2407A（簡稱2407A）連接采用并口方式，與Si3015連接通過ISOlink接口，即Si2414的C1A引腳經電容C到Si3015的C1B引腳。ISOlink是一個連接Modem芯片和DAA芯片的專用高速接口，有三個作用：首先，將控制信號和數據從Modem芯片傳輸到DAA芯片；其次，將DAA芯片縟 眰的數據和產生的狀態信號傳輸到Mdoem芯芯片；最后，在掛機的時候，從Modem芯片提供 “keep-alive”電源到DAA芯片。系統通過TIP、RING兩條線接入電話線網絡或是采用專線通信方式即直接與遠方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，既節省2407A的輸入輸出端口資源，又簡化了軟件編程。圖3中，2407A的I/O空間選通引腳IS與I/O通用端口IOPA4經一個或門連接到Si2414的片選線CS，當IOPA4=0且IS=0時，Modem芯片被穩選通，DSP就能對Modem進行操作。另外，Si2414的8根數據線D0～D7；地址線A0連接到2407A的A0；
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