TC35i模块原理,特性及外围电路设计.doc

1、TC35i模块原理,特性及外围电路设计摘要：简单介绍Siemens公司的最新一代TC35系列的TC35i;着重介绍TC35i的原理、特性及层次结构和AT指令;设计实现TC35i通信的外围电路。关键词：TC35i 单片机 GSM Modem SMS 计算机 C8051F020引 言1 概 述短信息服务作为GSM网络的一种基本业务,已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。本设计以GSM网络作为数据无线传输网络,可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报;远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电

2、系统的启动和关闭;车队交通管理和控制指挥系统;控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。这里选用GSM模块TC35i,给出其和PC机的通信电路;同时,也给出与单片机Cyganal C8051F020制成一款无线Modem,与PC机协同收发短信,在PC和应用系统之间以此Modem和GSM网络为纽带,实现远地数据的传输。其工作模式如图1、图2所示。 2 TC35i模块目前,国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等,而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门

3、子的TC35系列模块性价比很高,并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块,功能上与TC35兼容,设计紧凑,大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705,且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体,向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计。2.1 主要技术指标TC35i主要特性与技术指标包括以下几点： 频段为双频GSM900MH

4、z和GSMl800MHz (Phase 2/2+); 支持数据、语音、短消息和传真; 高集成度(54.5mm36mm3.6mm); 质量为9g;电源电压为单一电压3.34.8V; 可选波特率300bps115kbps,动波特率 4.8115kbps; 电流消耗休眠状态为3.5mA,空闲状态为25mA,发射状态为300mA(平均),2.5A峰值; 温度范围 正常操作-20+55,存放-30+85; SIM电压为3V/1.8V。TC35i有40个引脚,通过一个ZIF(Zero Insertion Force,零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频

5、接口和控制。第114脚为电源部分：15为电源电压输入端Vbatt+,610为电源地GND,11、12为充电引脚,13为对外输出电压(共外电路使用),14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。2429为SIM卡引脚,分别为CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340为语音接口,用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition), 当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平,模块才启动;30为RTC Backup,31为Power Down,32为SYNC。1623为数据输入/输出,分别为DSR0、RING

6、0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器,符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位,无校验位,波特率在300bps115kbps之间可选,硬件握手信号用RTS0/CTS0,软件流量控制用XON/XOFF,CMOS电平,支持标准的AT命令集。2.2 模块中与SMS有关的GSM AT指令介绍GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口;GSM07.05对短消息作了详

7、细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时,能够通过串口发送指示消息,数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。与SMS有关的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集,是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的,其中包含了对SMS(Short Message Service)的控制。 2.3 PDU编码规则目前,发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit,协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单,实现起来十分容易,但最大的缺点是不能收发中文短信;而PDU模式不仅支持中文短信,也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：

8、7-Bit、8-Bit和UCS2编码。7-Bit编码用于发送普通的ASCII字符,8-Bit编码通常用于发送数据消息,UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由A B C D E F G H I J K L M十三项组成。A：短信息中心地址长度,2位十六进制数(1字节)。B：短信息中心号码类型,2位十六进制数。C：短信息中心号码,B+C的长度将由A中的数据决定。D：文件头字节,2位十六进制数。 E：信息类型,2位十六进制数。F：被叫号码长度,2位十六进制数。G：被叫号码类型,2位十六进制数,取值同B。H：被叫号码,长度由F中的数据决定。I：协议标识,2位十六进制数。J：数据编码

9、方案,2位十六进制数。K：有效期,2位十六进制数。L：用户数据长度,2位十六进制数。M：用户数据,其长度由L中的数据决定。J中设定采用UCS2编码,这里是中英文的Unicode字符。3 Cygnal单片机C8051F020简介C8051F020系列器件与MCS-51指令集完全兼容,可以使用标准803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件,包括5个16位的计数器/定时器、2个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器(SFR)地址空间及8/4个字节宽的I/O口。CIP-51采用流水线结构,与标准的8051结构相比,指令执行速度

10、有很大的提高。70%指令的执行时间为1或2个系统时钟周期,只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时,峰值速度达到25MIPS。该系列的MCU具有标准8051端口(0、1、2和3)和4个附加的端口(4、5、6和7),因此共64个I/O口。每个I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被总体禁止。这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。最独特的改进是引入了数字交叉开关。这是一个大的数字开关网络,允许将内部数字资源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引脚。与具有标准复用数字I/O的微控制器不同,这种结构可以支持

11、所有的功能组合。可以通过设置交叉开关控制寄存器,将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号,配置为出现在端口的I/O引脚。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用I/O和所需数字资源的组合。4 硬件设计TC35i外围电路如图3 电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电压,同时产生MAX3238所需要的高电平;三端电源模块LM7806将外部12V直流电源转换为6V,连到ZIF连接器的11、12引脚,在充电模式下,为TC35i提供6V、500mA的充电电源。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路

12、组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在15脚()加时长至少为100ms的低电平信号,且该信号下降沿时间小于1ms。启动后,15脚的信号应保持高电平。基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口,该接口连接到主接口(ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上,TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚,所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡,该引脚置为高电平时,系统方可进入正常工作。数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信、软件流控制

13、等功能。数据通信电路以Maxim公司的MAX3238芯片为核心,实现电平转换及串口通信功能;具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护,可承受15kV IEC 1000-4-2气隙放电、8kV IEC 1000-4-2接触放电和15kV人体放电模式。 TC35的SYNC引脚有两种工作模式,可用AT命令AT SYNC进行切换。一种是指示发射状态时的功率增长情况,另一种是指示TC35的工作状态。本模块使用的是后一种功能：当LED熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态;当LED为600ms亮/600ms熄时,表明SIM卡没有插入或TC35正在

14、进行网络登录;当LED为75ms亮/3s熄时,表明TC35已登录进网络,处于持机状态。TC35i通过C8051F020与PC机通信,其外围电路图45 软件设计5.1 单片机程序设计简介系统程序流程软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC35写入不同的AT指令,能完成多种功能,如网络登录、读取SIM卡上电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等。其主程序流程如图5所示。其中,初始化的工作包括设置串口速率、无线网络登陆以及设置短信模式为PDU。PDU编码包括按PDU的编码规则产生PDU串。单片机控制TC35模块发送端消息程序实例见本刊网站Www.Dpj.Com.Cn。5.2 汉字编码转换由于在G

15、SM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。Delphi下汉字编码转换程序见本刊网站Www.Dpj.Com.Cn。结 语使用手机模块利于系统集成,成本较低。在偏远地区、海岛等架设通信线路困难或不经济的地方,工程服务设施也可以自由灵活地设置,不再受地形条件的限制。总之,GSM模块价格低廉、应用广泛,有着诱人的应用前景。参考文献1 李华,等. MCS51系列单片机实用接口技术. 第9版. 北京：北京航空航天大学出版社,20022 C8051F单片机应用解析. 潘琢金等译. 第1版. 北京：北京航空航天大学出版社,20023 崔建华. Delphi串口通信工程开发实例导航. 第1版. 北京：人民邮电出版社,20034 TC35i Cellular Engine Hardware Interface Description.Siemens Version00.035 Siemens Cellular Engine AT Command Set. Siemens Version03.10潘斌：博士,主要研究方向为自动推理。郭红霞：硕士,主要研究方向为智能仪器。