基于Atmel89C51单片机和TC35模块实现GSM无线接入终端的应用方案

GSM无线接入终端是为了解决固定用户布线难、部分地区装机条件不足以及解决临时通信问题的一种无线接入设备，它通过GSM网络向用户提供类似固定电话的接口。它是一种将普通电话机与900MHz/1800MHz移动通信网连接并进行通话的转接设备。将它与任意一部双音频电话简单连接后，用户就可以方便地拨打电话，还可以使用移动运营商提供的各项服务，使用十分简单方便。本文采用TC35模块设计的无线接入终端具备与PSTN普通有人值守公话相同的功能，帮助移动运营商占领广阔的固定电话公话市场。

无线终端的设计

电路组成

系统的硬件电路部分包括天线、CPU、GSM模块、SLIC厚膜电路、电源和馈电输出系统。CPU采用51系列单片机Atmel89C51，具有使用方便，抗干扰性好等特点。GSM模块采用西门子公司的TC35工业控制模块，来完成语音及数据通信，它提供的AT指令接口由CPU控制该模块工作。电话机接口电路采用Mitel公司的MH88612B厚膜电路。

TC35模块是整个GSM系统的核心，它工作在EGSM900和GSM1800双频段，可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900（4类）和GSM1800（1类）分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接到SIM卡读卡器和天线。TC35摸块提供RS-232数据口，采用AT贺氏指令，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，内置微控制器将GPS接收机和GSM模块结合在一起。TC35的数据接口（CMOS电平）通过AT 命令可双向传输指令和数据，可选择波特率为300bit/s~115kbit/s，自动波特率为1.2kbit/s~115kbit/s。它支持文本和PDU格式的SMS（短消息），2.4k 、4.8k、9.6k的非透明数据和第3组的一类、二类传真。可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35模块非常适合在最小功率下开发出GSM蜂窝设备，这蜂窝设备应用部分构成人机接口（MMI），通过单片机89C51的串行接口可接入TC35。TC35通过40芯ZIF连接蜂窝应用部分，ZIF连接器提供控制数据、音频信号和电源输入线的应用接口。需要注意的是TC35模块是作为数据通信设备（DCE）来连接的，而不是像一般调制解调器作为数据终端设备（DTE）进行连接。SLIC（Subscriber Line Interface Circuit）接口电路采用Mitel公司的MH88612B厚膜电路，它实现普通电话机与TC35连接，这个接口电路具有馈电、过压保护、振铃、监视、编解码、信号音产生器等功能。其中，信号产生器产生各种信号音，可通过硬件或软件方法来实现。若用软件实现，则将这些信号音进行抽样、量化、编码成PCM数字信号后存在一个只读存储器中，然后再周期重复地读出这些值就可以得到数字信号音。本设备采用硬件电路产生450Hz信号音。

SLIC具有如下功能：

1）铃流信号----能提供话机振铃所需的铃流，它是一负高压交流信号（-17V AC~ -90V AC）；

2）摘挂机检测信号-----提供话机摘挂机时的微处理器检测信号，微处理器根据该信号的变化来判别出话机的摘挂机情况；

3）语音信号接口—它具有与CODEC与DTMF相连的模拟语音信号接口，完成从话机到CODEC与DTMF或从CODEC到话机的模拟语音信号连接；它是话机与CODEC联系的间桥梁；

4）RJ11用户线接口—连接话机。

电源提供整个系统所需的+5V、-5V、-48V以及AC75V铃流等。馈电输出系统主要提供外接电话或PABX系统所需的-48V馈电以及拨号音、忙音、回铃音等信号。

终端系统工作电压为5V DC。由于TC35模块的突发耗电电流峰值可达3A，故外加的稳压器件必须达到足以提供TC35额定电流的条件。在本终端中，采用了开关电源芯片LM2576完成从12V到5V的转换，作为对TC35终端的供电电源。必须特别注意的是，由LM2576芯片完成开关电源转换需要大功率的电感（100uH）和电容，以提高储能的能力，达到TC35的耗电需求。

TC35模块支持8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位数据传输。传输速率可以在4.8kbit/s~115kbit/s间自适应。系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给IGT加一延时大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不超过1ms。启动后，IGT应保持高电平（3.3V）。在驱动IGT时，TC35模块的供电电压不能低于3.3V，否则TC35不能激活。

TC35数据接口工作在CMOS电平（2.65V），通过74LVC07芯片电平转换与单片机的串行口连接。数据接口遵从DCE的ITU-T RS-232内部交换电路标准实现异步串行收发功能。ZIF连接器提供6个引脚给SIM卡接口，其中CCIN用来检测SIM卡是插好。连接器的SYNC脚控制灯的状态，以此判断TC35的工作状态。

电话终端的软件实现

TC35模块采用AT贺氏指令集。单片机可以通过正确的AT指令对TC35 模块进行初始化和通信数据的接收发送。

1） 上电初始化过程：AT&F 设置TC35参数为出厂默认值。如返回说明正确；ATE0设置TC35不回显从TE接收的字符。

2）电话机主叫时：用户摘机，SLIC输出SHK信号给CPU89C51的P12信号，CPU接到SLIC终端信号后，执行送拨号音子程序（由P15控制），450Hz拨号音经MH88612的VR脚输出给外接话机，使之发出拨号声音。当主叫听到拨号音后就可进行拨号。拨号模拟信号经SLIC的VX输出给DTMF（MT8870），DTMF将其变成二进制的8421码并等数据有效后（S1D为高），由CPU输出使TOE=1读取D3~D0数据。

CPU在接收到第一个拨号号码后就会停止对SLIC送拨号音信号，CPU收集用户所拨的号码，如果7秒内没有再输入号码，前面所输入的号码将由CPU向TC35自动拨出。CPU采用AT指令向TC35发送ATD136XXXXXXXX。如用户摘机后又挂机，则CPU向TC35发送ATH命令。若主叫所拨号码符合要求，由GSM端处理；若被叫忙，TC35通知CPU，CPU执行送忙音子程序；P15输出控制信号（0.35秒/0.35秒间隔），450Hz信号音经MH88612的VR引脚输出给外接话机，听筒听到忙音，提醒主叫被叫忙。若被叫闲，则TC35通知CPU，CPU微处理器就执行送回铃音子程序，P15输出控制信号（1秒/4秒间隔），450Hz信号音经MH88612的VR引脚输出给外接话机，听筒听到回铃音。当被叫摘机后，微处理器就停送回铃音给SLIC，此时主叫和被叫就可以通话了。通话过程如下：当只使用某一个话机时，主叫的话音信号经SLIC的VX经处理变换送给TC35的MICN1和MICP1端，同样，被叫话音信息由TC35的EPP1和EPN1端信号经处理变换给SLIC的VR端，从而完成主叫与被叫的通话。通话完毕，若被叫先挂机，微处理器要对SLIC送忙音，从而使主叫话机听到忙音；若主叫先挂机，则微处理器就进行相应的操作。

3）电话机被叫时：当CPU检测串行口RXD接收到“RING”时，SLIC话机作为被叫方。CPU就控制SLIC产生铃流信号，频率为25Hz。该铃流信号通过SLIC的Tip/Ring输出到外接话机，使得话机产生振铃。振铃间隔由微处理器控制。当用户摘机，微处理器产生中断，微处理器执行相应程序，停送铃流，双方进入通话状态。

TC35无线终端主要功能

1） 提供用户交换机中继功能：有拨号音、忙音、振铃信号等完整的信号音功能；

2） 与任何一部双音频电话连接后，用户可以方便地拨打电话，使用移动运营商提供的各项服务；同时提供灵活的拨号定义机制，满足不同地区用户的呼叫习惯，满足运营商的业务限制；

3） 用于900MHz/1800MHz公众移动通信网，可以拨打国际、国内长途电话、市内电话、GSM移动电话；可内置拨号器功能，可以自行编程实现长途电话的多路由功能，如长途电话根据需要可以走193、17911路由；

4） 能自动判断被叫应答并送反极信号，与标准电话计费显示器相连时便能显示拨打号码，产生金额，完成实时计费。

结语

本文介绍的基于TC35模块的无线接入终端设计，实现简单，具有通信成本低、频谱利用率高、业务种类多、抗干扰能力强等优点。在此基础上，对软件和硬件加以改动还可以实现其他许多功能及多种应用方案，例如无人值守无线公用电话，也可开发成具有数据功能，可接数字传真机收发传真、可接PC机上网进行数据传送的无线接入固定台。本文提出的设计方法可推广应用到基于TC35模块的单片机短消息收发系统设计和基于CDMA模块的无线接入终端的开发设计中。

责任编辑：gt