基于ATmega48的串口轉(zhuǎn)FSK通信模塊設(shè)計(jì)

1 ATmega48介紹

ATmega48是基于AVR增強(qiáng)型RISC(精簡(jiǎn)指令集)結(jié)構(gòu)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(fù)位和可編程的掉電檢測(cè)電路、經(jīng)過標(biāo)定的片內(nèi)RC振蕩器、片內(nèi)外18個(gè)中斷源和5種休眠模式。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega48的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPs／MHz，運(yùn)行速度比普通的單片機(jī)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(nèi)集成了4 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、256字節(jié)的EEPROM、512字節(jié)的SRAM。其外設(shè)具有可編程的串行USART接口、可工作于主機(jī)／從機(jī)模式的SPI串行接口；存在2個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)／計(jì)數(shù)器和1個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器、具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器等。ATmega48／88／168芯片硬件電路可以完全兼容，完全可以根據(jù)軟件實(shí)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(jiǎn)介

CMX865是CML公司新出的一款DTMF編／解碼器／FSK調(diào)制解調(diào)器復(fù)合IC芯片，它采用單個(gè)高速串行總線控制，與大多數(shù)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(cè)功能，支持語(yǔ)音探測(cè)功能。

3 硬件設(shè)計(jì)

圖1為串口轉(zhuǎn)FSK通信模塊電路。系統(tǒng)主要以AVR單片機(jī)ATmega48芯片和CMX865調(diào)制／解調(diào)芯片為硬件架構(gòu)，ATmega48芯片利用C-BUS總線對(duì)CMX865芯片進(jìn)行控制操作，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)。CMX865芯片的時(shí)鐘信號(hào)、片選信號(hào)、響應(yīng)應(yīng)答數(shù)據(jù)信號(hào)、接收控制數(shù)據(jù)信號(hào)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(duì)CMX865芯片進(jìn)行控制。

圖1還提供了基本的FSK接收／發(fā)送數(shù)據(jù)接口電路和振鈴檢測(cè)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(duì)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(shè)計(jì)的目的是濾除高頻噪聲；通過調(diào)節(jié)接收電路中兩個(gè)電阻R1、R2的阻值即可改變接收端提供給CMX865芯片信號(hào)的幅度。在振鈴檢測(cè)電路中，IC1是光電耦合器，不振鈴時(shí)光電三極管截止，RING為高電平；振鈴時(shí)，振鈴信號(hào)經(jīng)過電容耦合及穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，振鈴電壓使IC1內(nèi)發(fā)光二極管發(fā)光，照射到光電三極管的基極上導(dǎo)致光電三極管導(dǎo)通，RING為低電平，通過ATmega48引腳檢測(cè)到低電平的振鈴信號(hào)。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

ATmega48芯片具有4 KB內(nèi)部Flash和512字節(jié)的片內(nèi)SRAM，軟件實(shí)現(xiàn)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(gè)緩沖區(qū)。如果這樣，每一個(gè)緩沖區(qū)的大小顯然不能確保達(dá)到實(shí)際通信數(shù)據(jù)量的需求。結(jié)合FSK通信特點(diǎn)，DTMF數(shù)據(jù)傳輸與FSK數(shù)據(jù)傳輸不可能同時(shí)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(huì)同時(shí)發(fā)生，這樣通信只需要開辟兩個(gè)緩沖區(qū)就可以確保模塊正常通信，考慮實(shí)際業(yè)務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)量情況，軟件設(shè)計(jì)中為FSK接收開辟255字節(jié)緩沖區(qū)復(fù)用；FSK發(fā)送開辟45字節(jié)緩沖區(qū)復(fù)用。