王小骥， 陈 俊， 李俊生

（中国电子科技集团第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

公共交换电话网络（PSTN）的电话号码是一个无以伦比的软资源[1]。在较长时期内传统的PSTN交换机还会继续使用[2]，基于PSTN线路的电话和传真，在人们的日常生活中仍旧扮演着重要角色，是传送语音信息和收发文件资料重要而便捷的途径，因其通信可靠稳定，仍具有强大生命力。

由于PSTN线路只适合传输模拟信号，若在PSTN上发送数据和传真等信息时，需要将其进行调制，转换为模拟信号，才能在PSTN信道传输；同样，在PSTN上接收数据和传真等信息时，也需要将接收到的模拟信号进行解调，转换为数字信号后还原信息。因此调制解调器是在PSTN线路上传输数据和传真等数字业务的关键设备。

1 设计目标

文中基于PSTN线路，结合低功耗微控制器ATMEAG128L和低功耗有线电信数据处理芯片CMX869，设计了一种手持式低功耗调制解调器，适用于远程数据、传真、图像等传输和远程监控系统，具有功耗低、体积小、携带方便、操控简单、界面友好、性能可靠等优点。

2 功能组成

手持式低功耗调制解调器主要由主控单元、调制解调单元、OLED显示单元、按键单元及接口单元等组成。主控单元实现芯片控制、任务调度等功能；调制解调单元实现有线信号的调制和解调等功能；OLED显示单元实现设备各种状态的显示；键盘单元完成按键的检测和响应，操作人员可通过键盘输入数据或命令，实现人机对话；接口单元实现设备与外部接口的适配，包括电话线接口、异步串行接口等部分。功能组成示意图如图1所示。

图1 功能组成

3 主要器件简介

本设备的主要器件有微处理器ATMEGA128L、有线Modem处理芯片CMX869、OLED显示集成电路DWY12864C-S001（3 V）。

3.1 ATMEGA128L

ATMEGA128L是基于AVR RISC的低功耗8位微处理器，最高工作频率可达16 MHz，具有128 KB FLASH内部存储应用器、4 KB E2PROM和SRAM数据存储空间，含有53个通用I/O、2个UART、1个SPI、1个I2C等外设接口[3]。

3.2 CMX869

CMX869 V.32bis Modem IC是低功耗有线电信数据处理芯片，最高通信速率为14.4Kb/s，芯片内部集成有电话线反向检测器和振铃检测器，可接收和发送双音多频信号，具有低电压、低功耗特性，有省电待机模式，可与微控制器通过C-BUS总线进行信息交互，所支持的通信协议有：V.32bis、V.32、V.23、V.22bis、V.22、V.21、Bell202、Bell103等[4]，可应用于PSTN进行数据通信、遥测等领域。

3.3 DWY12864C-S001（3 V）

DWY12864C-S001（3 V）（以下简称OLED）是128列×64行点阵的OLED单色显示模块。与LCD相比，OLED具有很多优势：超轻、超薄、亮度高、可视角度大、功耗低、响应速度快、清晰度高、发热量低、抗震性能优异、制造成本低、可弯曲、省电[5]。

4 硬件设计

硬件电路主要以微处理器ATMEGA128L为主控单元，由CMX869与ATMEGA128L接口电路、OLED与ATMEGA128L接口电路、键盘与ATMEGA128L接口电路、电话线接口电路、异步串行接口电路等组成。图2为硬件电路结构图。

图2 硬件电路结构

4.1 CMX869与ATMEGA128L接口电路

CMX869的编程功能可通过C-BUS 串行总线接口来完成。ATMEGA128L具有与C-BUS串行总线相同时序的串行外设接口（简称SPI），可通过SPI控制寄存器配置成主机或从机模式。CMX869与ATMEGA128L的接口电路比较简单，如图3所示，将CMX869的片选线CSN、信号线（CLK、DATA、REDA）、中断请求信号IRQN分别连接到ATMEGA128L的SPI信号线（/SS、SCK、MOSI、MISO）和外部中断INT0，同时通过软件编程将ATMEGA128L设置为主机模式。

图3 CMX869与ATMEGA128L接口电路

4.2 OLED与ATMEGA128L接口电路

OLED的编程功能可通过微处理器数据总线接口完成，如图4所示，将OLED的数据总线D0-D7、片选信号/CS、复位信号/RES、数据/指令选择控制信号D/C、写信号/WR、读信号/RD分别连接到ATMEGA128L的数据总线PA0(AD0)-PA7(AD7)、GPIO端口PC0(A8)、PC1(A9)、PC2(A10)、写信号PG0(/WR)、读信号PG1(/RD)，同时将OLED的BS1和BS2连接至＋3.3 V，将OLED设置8080-Parallel Interface方式。

图4 OLED与ATMEGA128L接口电路

4.3 键盘与ATMEGA128L接口电路

键盘采用4×4矩阵按键方式，按键是一种常开型按钮开关，常态时按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合，每个按键的断开或闭合是通过一组行列式ATMEGA128L GPIO端口进行检测。如图5所示，将键盘的行或列端口分别接入ATMEGA128L的GPIO端口PC3-PC7、PB4-PB6，可通过查询或中断扫描方式识别按键状态。

图5 键盘与ATMEGA128L接口电路

4.4 CMX869与电话线接口电路

CMX869与电话线接口电路主要二线接口和振铃检测接口组成。

二线接口电路如图6所示，该电路等效阻抗R13为600 Ω，采用变压器耦合方式检测载波，通过C10和C11两个电容抑制电路的高频噪声，采用继电器控制摘机和挂机。

图6 二线接口电路[4]

振铃检测电路如图7所示，振铃电路连接在电话线两端，采用光耦器件D3检测振铃信号，经振铃电路处理后信号连接在CMX869的RDN引脚，当检测到振铃信号CMX869状态寄存器的状态位变为有效，同时CMX869输出中断信号给ATMEGA128L，指示ATMEGA128L进入通信准备阶段。

图7 振铃检测电路[4]

4.5 ATMEGA128L与异步串行接口电路

ATMEGA128L与异步串行接口电路如图8所示，将ATMEGA128L的异步接收数据信号RXD0、发送数据信号TXD0分别接入电平转换芯片MAX3221EEAE后，将TTL转换RS232才能适配PC机异步串口。

图8 ATMEGA128L与异步串行接口电路

5 软件设计

如图9所示，设备启动后，首先对ATMEGA 128L、CMX869和OLED等完成系统初始化，再根据主叫和被叫进入相应的工作流程。主叫时，摘机后，判断有无拨号音，有拨号音则开始拨号并发送双音多频（DTMF）信号，再监测有无忙音，若无忙音则依次进入收/发识别信息、身份验证、业务数据通信等环节。被叫时，收到振铃中断后摘机，之后流程与主叫相关，不再赘述。

整个软件主要以ATMEGA128L芯片为处理核心进行C语言编程，这里重点介绍ATMEGA128L对CMX869、OLED和键盘的控制软件编程。

图9 主程序流程

5.1 CMX869控制软件编程

ATMEGA128L与CMX869内部寄存器间是通过SPI总线传递的控制、状态和数据信息。

信息传递时，首先由ATMEGA128L向CMX869发送内部寄存器地址，接着发送数据，或者ATMEGA128L从CMX869的数据存储器读取数据，从而完成对CMX869的控制编程。图10(a)为ATMEGA128L向CMX869写入数据的子程序流程图，图10(b)ATMEGA128L向CMX869特定寄存器写入一个字节数据的子程序流程图。

5.2 OLED控制软件编程

ATMEGA128L与OLED显示存储器RAM间的命令、状态和数据信息是通过数据总线进行传送。如图11所示，设备启动时，先对ATMEGA128L数据总线和GPIO控制信号线进行初始化，再对OLED进行片选、复位、开启显示、设置显示模式、设置对比度等初始化，若OLED处于空闲状态，则依次向OLED显示存储器RAM写入命令和数据，直到屏幕出现显示信息。

图10 ATMEGA128L与CMX869通信流程

图11 OLED程序流程

5.3 键盘控制软件编程

ATMEGA128L对键盘的检测是通过GPIO完成。如图12所示，先对ATMEGA128L的GPIO设置成输入，当有键按下时，为防止按键抖动进行延时消抖，再次判断该按键是否按下，确认按下后，进入对应按键的处理程序。

图12 键盘程序流程

6 结语

PSTN/ISDN电路交换网络目前还被电信运营商大量使用[6]，笔者介绍的基于PSTN的手持式低功耗调制解调器实际应用证明该设备具有工作可靠、功耗低、成本低廉、体积小、操作方便等特点，可用于远距离通信系统、数据采集或其它工业控制系统中，实现远程数据传输和测控功能。该设备不仅可以传输数据，还可以进行语音、传真、图像等业务传输和远程监控系统，具有较高的实用价值。

[1] 李洛,廖永红,蔡朝曦,等.双网融合（PSTN+ADSL/IP）可视电话平台设计[J].通信技术,2009,42(06):77-80.

[2] 张阳.PON用户与PSTN用户语音业务互通的组网方式[J].通信技术,2012,45(12):118-120.

[3] 陈冬云,杜敬仓,任柯燕,等. ATMEGA128单片机原理与开发指导[M].北京:机械工业出版社,2006:4-5.

[4] CML Microcircuits.CMX869 Low Power V.32 bis Modem.[EB/OL].（2003-07-10）[2010-05-20].http://www.cmlmicro.com.

[5] 唐六华,唐建明,向红权.嵌入式Linux下OLED显示功能模块实现[J].信息安全与通信保密,2009(06):55-57.

[6] 曾曦.基于IMS架构的PSTN/ISDN仿真实现[J].信息安全与通信保密,2009(03):47-49.