毕业设计（论文）-基于单片机的短信收发系统设计--硬件设计.doc

农业工程学院毕 业 设 计基于单片机的短信收发系统设计 硬件设计姓 名 院（系） 信息学院专业班级 电子信息工程042班学 号 指导教师 职 称 讲师论文答辩日期2008年 4月19日农业工程学院教务处制摘 要本设计主要研究如何由单片机控制GSM模块实现短信收发。系统设计包括硬件、软件设计，本设计只对硬件设计进行讨论。设计中首先介绍了GSM网络和短消息在现阶段的应用情况，并简单介绍短消息业务及其优缺点，特别对短消息的关键技术给出详尽的描述和说明。然后对系统主要组成部分GSM手机模块、单片机及它们的外围电路设计进行阐述，同时简单介绍系统印制电路板的设计。最后给出系统的软件设计流程。关键词：单片机 短信息 GSM AT指令目 录1 前言11.1 概述11.2 系统设计任务分析22 短消息简介22.1 短消息概述22.1.1 短消息业务分类32.1.2 短消息业务的优缺点32.2 短信息技术分析42.2.1 AT指令集43 系统硬件介绍及设计73.1系统电源电路73.2TC35模块及其外围电路介绍83.2.1 TC35模块介绍83.2.2TC35模块外围电路113.3 单片机外围电路设计133.3.1 单片机介绍133.3.2 单片机最小系统143.3.3 单片机通信电路153.4 系统电路板设计174 系统程序设计195 结论20参考文献22英文文献.23致谢24农业工程学院毕业设计成绩评定表251 前言1.1 概述随着GSM（Global System for Mobile）网络的迅速普及, GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游,它比起传统的无线网络在覆盖上具有无法比拟的优势，使用上用户无需另外组网，对用户的数量也没有限制，极大提高网络覆盖范围，也克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高等缺点。现在，运用此网络开发和应用新技术、新业务已经提到十分重要的位置。短消息服务SMS(Short Message Service)业务作为GSM网络的一项基本业务，以其传递信息方便，价格低廉，实时性强性能稳定，抗干扰能力强，可远距离无线传输等优点，已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，也称为GSM Modem。它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及应用的大门。GSM模块在短信息方面的应用最具优势，具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，能实现无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等，特别适用于需频繁传送小流量数据的应用，被广泛应用于远程数据采集、监控/监测、报警/预警、车辆调度/安全/导航、企业数字化管理与信息发布等诸多领域，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，应用前景广泛12。应用结构如图1所示。GSM网络GSM Modem PC机手机GSM ModemRS232数据采集点远程监控点图1 应用结构框图1.2 系统设计任务分析本系统主要研究如何运用GSM手机模块在计算机终端实现短信息的收发（即图1中虚线部分）。设计中采用STC 89C52单片机和Siemens公司的GSM模块TC35实现具有短信收发功能的GSM Modem原型。通过RS232串口将该Modem与PC机相连，并在PC机上开发前台软件，实现中英文短信点对点的双向收发，从而实现与用户手机或GSM模块的远程通信功能。系统设计由两大部分组成：硬件设计与软件设计。硬件设计主要研究单片机对GSM模块控制，及单片机与计算机通信。软件设计则是用Visual BASIC编写收发短信的可视化应用软件终端。此处主要研究系统硬件部分，该部分包括TC35通信模块电路、电源电路和单片机系统。TC35通信模块电路由IGT(Ignition)启动电路、SYNC(Synchronization)指示灯电路、SIM (Subscriber Identification Module)卡电路组成；单片机系统则包括单片机最小系统、单片机与TC35通信电路、单片机与PC机通信电路。系统结构如图2所示。单片机PC机TC35模块指示灯SIM卡电源电路40脚连接器GSM网络IGT电路ZIF：Zero Insertion Force图2 系统硬件结构图2 短消息简介2.1 短消息概述短消息是移动终端通过移动网络收发简短文本信息的一种通信机制。文本信息可以是汉字，数字，字母或符号以及它们的组合。随着GSM移动网络的发展，越来越多的用户认识到GSM短消息业务的好处，短消息已成为GSM通信中的重要组成部分。短消息业务具有向移动用户收发由字符或数字组成、不超过140字节文本信息的能力。短消息采用了存储转发模式，短消息被发送出去后先存储在短消息业务中心，再由短消息业务中心根据寻找到的目标移动终端的路由信息发送给目标移动终端。因此GSM短消息的传递是有保证的。即使一个目的移动终端暂时不可达(比如关机或无信号)，网络也会保留发给它的消息并等到该移动终端又出现在网络中后再传递3。2.1.1 短消息业务分类34短消息业务按其实现的方式可以分为点对点短消息业务和小区广播短消息业务。通常提到的短消息业务主要是指点到点短消息。本文涉及的短消息业务也是指点对点短消息业务。点对点短消息业务能够使GSM网络用户发出或接收长度有限(不超过140个字节)的数字或文字消息，并且短消息的收发不影响通话。短消息可以是从一个移动终端发送到另一个移动终端，从一个计算机到一个移动终端，或者相反。点到点短消息业务由短消息业务中心完成存储和转发功能。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行，由控制信道传送短消息业务。小区广播短消息业务是将消息发送给该小区中有能力接收短消息并注册了该项信息服务的活跃移动终端，发送如交通信息、天气预报、股市行情、新闻等消息。2.1.2 短消息业务的优缺点我们可以把短消息业务当作是GSM系统中最为简单和方便的数据通信方式，它不需要附加其它较为庞大的数据终端设备。仅使用手机就可以达到进行中、英文信息交流的目的。短消息它有以下几个优点45: (1)点到点的通讯方式。只要知道对方的手机号码，就可以直接向对方的手机发送短消息。回复信息也是如此。这样的工作方式使得手机如同Intemet网络中拥有固定IP地址的计算机一样，可以随时随地与它建立联系。(2)收费低廉。资费问题始终是消费者最关心的。尽管语音业务资费不断下调，但相对短消息服务费用来说还有很大差距。无论距离的远近，发送一条短消息网内收费0.1元，网间收费0.15元。消息服务单向收费，接收方免费，价格优势明显。这些对某些消费群体都具有很大的吸引力。(3)时时在线。只要手机处于开机状态，那么随时就可以接收短消息，同时，用户可以随时发送短消息，可以说是24小时在线。另外，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有收到的短消息临时存储，只要提交短消息时间有效期设置恰当，等到再开机后仍然可以接收此短消息。(4)多种数据承载能力。短消息服务有三种模式:块模式、文本模式和PDU （Protocol Description Unit）模式。其中，PDU模式时下最为流行，它可以传输文字、声音及图像，特别是现在彩信的出现使人们可以传输彩色照片。随着短消息协议的发展，短消息将来能支持更多样化的数据。短消息的这些优点是目前很多无线网络通讯所不能及的。短消息业务获得了巨大的成功，但其也存在一些弊端与不足之处，主要体现在三个方面6：(1)短消息服务中心处理能力不够，每秒只能处理几百条短消息。特别在各个节日，像春节、元旦等，短消息业务量急速上升，存在着很长的延时，严重时短消息中心发生阻塞，服务质量下降。(2)每条短消息长度有限。超过140个字节的短消息则需拆分成多条消息子段传输，增加了服务的成本，并且不利于收信者的查看。(3)垃圾短信泛滥，对人们的正常生活造成一定影响。 2.2 短信息技术分析72.2.1 AT(Attention)指令集单片机与TC35模块通信是通过AT指令。由AT指令可以进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。AT指令集中有多套指令，包括呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息命令、补充业务命令、数据命令、传真命令、串口控制命令。本系统中只涉及到短消息和串口的命令控制。一般的AT命令都由AT开头，除了发送短消息最后是以+结束外，其余的都是以回车符结束的。响应形式都是。下表1列出了AT命令的语法规则8。表1 AT命令的语法规则类型格式功能测试命令AT+CXXX=?模块返回由相应命令或内部处理设置的参数和值范围列表读命令AT+CXXX?模块返回当前设置的参数或参数值写命令AT+CXXX=?模块返回用户定义的参数值执行命令AT+CXXX读取在GSM内部处理器的不变参数单片机通过串行接口直接向TC35模块发AT命令，能完成多种功能。如网络登录读取SIM卡上的电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等。这样就可以方便简洁地实现短消息的收发、查询和管理。由于本设计只涉及短信开发，下面只列出与短消息相关的一些常用的AT指令，如表2所示。表2 与短消息相关AT指令AT指令功能AT+CMGC发出一条短消息命令AT+CMGD删除SIM卡内存的短消息AT+CMGF选择短消息信息格式:0-PDU;1-文本AT+CMGL列出SIM卡中的短消息AT+CMGR读短消息AT+CMGS发送短消息AT+CMGW向SIM内存中写入待发的短消息AT+CMSS从SIM内存中发送短消息AT+CNMI显示新收到的短消息AT+CPMS选择短消息内存AT+CSCA短消息中心地址AT+CSMP设置短消息文本模式参数AT+CSMS选择短消息服务 2.2.2 短消息模式及编码方式GSM07.05协议中定义了短消息发送的3个模式，用于移动台和终端设备之间通过异步接口传送SMS短消息。主要分为:Block模式、Text模式和PDU(Protocol Data Unit协议数据单元)模式。其中Block模式已逐渐被PDU模式所取代。而Text模式收发短信原理简单,程序实现起来比较容易,但其显著的缺点是只能收发英文信息而不能收发中文信息。PDU模式则完全可以解决这个问题,通过PDU编码的短消息内容不仅可以是英文而且也可以是中文7。PDU模式下短消息采用了三种编码方式,即7bit、8bit和USC2编码。7Bit编码用于收发普通的ASCII字符(如英文字符),8Bit编码通常用于收发数据消息,USC2编码用于收发Unicode字符(如中文字符) 4。(1)7Bit编码：先将8bit数据所有的最高位去掉,形成7bit数据,接下来将第二个字节的最低位补充到第一个字节的最高位上,形成第一个新的8bit数据的字节,依次将下一7bit数据的后几位逐次移到前面，形成8bit数据。该方式最大发送短消息的字符数为160个。(2)8Bit编码：通常用于发送二进制数据(0x00-OxFF)信息，比如铃声、图片等。每个字节按16进制格式发送，接收方与发送方应协调一致。如0x86按十六进制格式为“86”,实际发送“68”。此模式最大发送字符数为140个。(3)Unicode编码：Unicode是统一字符编码标准，采用双字节对字符进行编码，最大发送字符数为70。Unicode编码特点是所有的字符都是以两个字节表示，不仅中文使用两个字节表示，而且英文也使用两个字节表示。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9：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。下面以发送的字符串是“hello hello”为例, PDU编码如下：08 91 683108807105F0 04 0D C8 683199701352F6 00 00 40112150750321 0A E8329BFD4697D9EC37PDU编码各组成部分的描述如下表3所示。表3 PDU各组成部分说明分段说明08SMSC(Short Message Service Center短消息服务中心号码)的长度91SMSC的地址类型(91表示国际号码)683108807105F0服务中心号码(实际号码是8613800817500)。由实际号码高位和低位交换后得到,由于服务中心号码是一个奇数(13),加入F来补齐8位04SMS DELIVER的第一个8位，即文件头字节0D发送号码的长度C8发送号码的地址类型683199701352F6被叫手机号码,编码类似服务中心00协议标识00数据编码方案(00:表示7bit编码 08:表示UCS2编码)40112150750321时间邮戳(消息到达短信中心的时间,即表示2004-11-12 05:57:30)0A用户数据长度E8329BFD4697D9EC37用户数据3 系统硬件介绍及设计 在上面系统设计任务分析一节中，已对系统的整体硬件结构进行分析。此处对硬件结构组成部分TC35通信模块电路、电源电路和单片机系统进行详细介绍。系统整体框图如上面图2所示。3.1 系统电源电路电源电路主要是由L7805和LM317这两个三端稳压电源模块构成的。L7805将输入的直流电压稳压在+5V，输出为整个单片机系统提供工作电压，保证单片机系统的正常工作。LM317是个可调稳压器,它的可调范围是+1.2V至+37V,此处通过1K和2.2K电阻将其调节在输出电压为+3.6V,输出连接到ZIF(Zero Insertion Force)连接器的1-5引脚，为TC35模块提供稳定的电源。电路如图3所示。图3 供电电源电路3.2 TC35模块及其外围电路介绍3.2.1 TC35模块介绍目前，市场上可供选择的GSM模块较多，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、SIEMENS的TC3X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。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并已经有国内的无线电设备入网证2。所以本设计选用的是西门子TC3X系列的TC35。TC35模块是高性能通信模块，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35核心的基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。它由一个混合了信号基带IC，包括所有蜂窝系统模拟和数字功能的单个芯片组成，核心是C166MCU处理器和数字信号处理器，用来控制模块内的各种信号的传输、转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器功能块组成，共同完成对射频信号的接收、发送等处理。由于GSM 模块电流变化非常大，空闲时电流小于3mA，在通话期间电流最大可达到2A，这就对供电电路提出了较高要求。GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入电源电压VBATT+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分用。GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压VBATT+。 SRAM用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息1011。TC35模块的结构如图4所示。 SIEMENS GSM 模块 TC35天线插GSM射频部分FLASHGSM基带处理器40脚ZIF连接器电源ASIC天线图4 TC35模块结构图TC35模块主要特点如下表4所示。 表4 TC35主要特性表特性说明支持业务语音、数据、短消息、传真业务电源单电源，范围3.3V-5.5V频段双频900MHz、1800MHz 发射功率2W（900MHz）、1W（1800MHz）工作电流损耗正常电流270mA-3OOmA、峰值电流1.8A待机状态10mA、省电状态3mA.短消息支持TEXT和PDU模式通讯接口RS232（指令和数据双向传送）串口通讯波特率300bps-230Kbps(自动波特率范围1.2Kbps-230Kbps)SIM卡操作电压3V/1.8VSIM卡连接方式外接天线由天线连接器连接外部天线温度范围工作温度：-200C至+550C 储存温度：-300C至+850C外型尺寸54.5x36x6.75mm功能电话簿功能、多方通话、漫游检测TC35共有40个引脚，通过一个ZIF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、音频接口和控制。各引脚功能如表5所示6。表5 TC35模块引脚功能表分类引脚号引脚功能电源15电源电压输入端VBATT+610地（GND）11、12充电引脚13对外输出电压(供外电路使用)14ACCU/TEMP接负温度系数的热敏电阻SIM卡24CCIN25CCRST26CCIO,27CCCLK28CCVCC29CCGND音频接口3340语音接口、接电话手柄控制15启动线/IGT30RTC backup31Power down32SYNC数据输入/输出16DSR017/RING018RXD019TXD020CTS021RTS022DTR023DCD03.2.2TC35模块外围电路TC35模块外围电路由IGT(Ignition)启动电路、SYNC(Synchronization)指示灯电路、SIM (Subscriber Identification Module)卡电路组成。(1)IGT启动电路： 对TC35模块的控制，IGT信号非常的重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35模块正常的运行。模块的时序如图5所示。图5 TC35启动时序图启动时序图如图5所示，正确启动模块，需要注意以下几点10:电源电压必须大于3伏，启动信号才起作用。电源电压超过3伏10ms后，启动信号才可变低，且下降沿持续时间不能超过1ms。低电平持续时间不少于l00ms,在此期间内电源电压不能低于3伏。图6 TC35启动电路为了实现上述时序，可以通过硬件延时电路和软件定时延时两种方法实现，考虑到软件的灵活性，本系统采取软件的方法实现模块的开机。电路如图6所示，单片机的P1.1引脚作为控制，通过一个三级管的开关作用，与TC35的IGT脚相连。当P1.1脚输出高电平时，三极管导通，IGT接地，输入低电平；当P1.1低电平，三极管截止，IGT输入高电平。通过单片机P1.1引脚输出大于100ms的高电平，即可启动TC35模块。(2)SYNC指示灯电路 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，此处使用的是后一种模式，电路如图7所示。当LED熄灭时，表明TC35处于关闭或睡眠状态;当发光二极管为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录;当发光二极管为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登录进网络，处于待机状态。图7 SYNC电路(3)SIM卡电路SIM卡也叫用户识别模块，是一种带微处理器的封装在塑料中的智能IC芯片，它是GSM系统中不可缺少的部分，是用户进入GSM网络的登记凭证。SIM卡包含有用户识别信息、辅助业务信息、短信息、移动性信息和无线电资源信息等。GSM系统对SIM卡的物理接口、逻辑接口有明确定义，从而完成与移动终端的连接和信息交换，同时在SIM卡内进行用户信息存储、执行鉴权算法和产生加密密匙等工作。只有移动终端插入SIM卡，才能登陆网络并得到服务。SIM卡由CPU、工作存储器(RAM),程序存储器(ROM),数据存储器(EEPROM)和串行通信单元组成，每部分为一个模块，上述5个模块集成在一块集成电路中6。通常SIM卡共有8个引脚（如表6所示），通过这些引脚与移动终端接口进行相互间的信息传输，并提供SIM工作时所需的电源。ZIF连接器上有6个引脚为SIM卡接口，如图8所示。表6 SIM引脚说明引脚号信号线描述1CCVCC电压信号端2CCRST复位信号端3CCCLK时钟信号端4CCGND接地端5CCINSIM卡插入指示6CCIO数据输入、输出端7、8保留脚图8 SIM卡电路3.3 单片机外围电路设计3.3.1 单片机介绍单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。它在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出接口、可编程定时器/计数器等。总而言之，一块单片机芯片，就相当于一台微型计算机12。单片机有集成度高、功能强、结构合理、抗干扰性强、指令丰富等特点。51系列单片机的基本结构及内部结构框图如图9所示。结构特点如下：8位CPU;片内振荡器及时钟电路；32根I/O线；外部存储器ROM和RAM寻址范围各64KB;2个16位定时器计数器；5个中断源，2个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器；时钟OSCCPU并行接口定时/计数器ROMRAMP0中断系统P1P2P3串行接口TXDRXDINT0INT1T1T0图9 51单片机基本结构51系列单片机内部资源12：(1) 串行口：51单片机内部有一个可编程的、全双工的串行接口。(2) 定时器/计数器：51内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为T0和T1。(3) 中断系统：51的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。本系统采用单片机为52系列单片器，其结构特点、引脚功能基本与51系列一致，在资源上比51系列丰富，片内ROM有8KB，中断源比51多一个定时器。3.3.2 单片机最小系统2 12最小系统：即最少外部电路条件下单片机可以独立工作的系统。其包括：电源、时钟电路、复位电路。(1) 时钟电路51系列单片机片内有一个反相放大器构成的振荡器，可以由它产生时钟。可以由两种方式产生，即内部方式和外部方式。电路如图10。内部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率fosc=6 MHz,则时钟频率3 MHz。因此，时钟是一个双相信号，由P1相和P2相构成。fosc可在1.212MHz之间选择，小电容可以取30pF左右。外部方式：可以通过XTAL1和XTAL2接入外部时钟。 (a) 内部方式 (b) 外部方式图10时钟产生电路此设计中，时钟电路采用内部方式产生时钟，fosc12MHz。(2) 复位电路单片机RST脚是复位信号输入端。复位信号是高电平有效。高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。复位方式有上电自动复位和手动复位两种。两种复位电路如下图11所示。 (a) 上电复位电路 (b) 按钮复位电路图11两种复位电路本设计复位电路采用上电复位电路。3.3.3 单片机通信电路在数据通信中，用于接收和发送数据的设备称为数据终端设备DTE(Date Terminal Equipment)；用来连接DTE及数据通信网络的设备称数据通信设备DCE(Date Communica- tions Equipment)6。串口通信时，DTE和DTE通信时，引脚RXD与TXD应交叉相连；DTE与DCE通信时，相应的RXD,TXD可对应直接相连。系统中，单片机及PC是DTE，而TC35为DCE。下面对单片机与TC35、PC通信电路进行介绍。(1) 单片机与TC35通信电路TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，它符合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300bps-115kbps之间可选。单片机可以通过串口直接与TC35进行通信，且DTE(单片机)与DCE(TC35通信模块)可相应的RXD,TXD对应直接相连。但TC35工作电压为3.6V，单片机工作在5V，为保证数据传输的正确，必须在接口加电平转换电路。电路如图12所示。图12单片机与TC35通信电路(2) 单片机与PC串口通信电路在单片机与PC串口中，PC机串口是RS232电平，其电压值为+12V 12V，单片机是TTL电平，其电压值为0 +5V，通信时，两者之间必须有一个电平转换电路，通常采用电平转换芯片将两者电平进行转换。在本系统中，采用MAX232转换芯片实现TTL电平与RS-232电平之间的转换。一般，单片机和PC机通信，只要将TXD、RXD引脚通过转换芯片交叉相连既可以实现。由于单片机89C52内部只有一个串口通信，这个串口已经应用于与TC35模块通信，需要采用串口与PC通信显然串口资源不够。解决这个问题，可以用串口扩展芯片进行串口扩展，也可以利用单片机普通I/O口，用软件模拟的方法来扩展串口。此系统中，采用软件模拟方法进行扩展，用单片机的P1.3和P1.4两个I/0口分别模拟串行口RXD、TXD引脚，并通过定时器0产生延时，得到串行通信的波特率。此设计中模拟的波特率为9600BPS。通信接口电路如图13所示。图13 单片机与PC接口电路3.4 系统电路板设计13电路设计概念就是指实现以各电子产品从设计构思、电学设计到物理结构设计的全过程。在Protel 99 SE中，设计电路板最基本的完整过程有以下几个步骤:(1) 电路原理图的设计电路原理图的设计主要是Protel 99 SE原理图设计系统Advanced Schematic 99来绘制一张电路原理图。在这一步中，可以充分利用其所提供的各种原理图绘图工具、丰富的在线库、强大的全局编辑能力以及便利的电气规则检查，来达到设计目的。(2) 产生网络表网络表是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计与印制电路板设计的主要接口。网络表可以从电路原理图中获得，也可以从印制电路板中提取出来。这一步是非常重要的环节。(3) 印制电路板的设计印制电路板设计是电路设计的最终目标。借助Protel 99 SE提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的布线等工作。在设计电路板之前，先要对电路板有一个初步的规划，比如采用多大的物理尺寸，采用几层电路板，采用什么样的连接，走线的粗细，各元件的封装形式、摆放位置等等，这是一项非常重要的工作，如果这项工作没做好，可能会导致全面返工。此设计过程中，本人采用Protel 99 SE进行电路板设计。通过此软件提供强大的辅助功能，设计电路原理图，电路原理图如图14所示。印制电路板则采用手动布线方法设计单层印制电路板，印制电路如图15所示。 图14 系统原理图 图15 系统印制电路图4 系统程序设计本系统程序设计，包括PC界面设计及单片机程序设计。此处只介绍单片机程序设计。单片机程序设计主要包括单片机及TC35模块初始化程序；单片机对TC35模块的工作控制程序；TC35模块的短信收发程序。其主程序流程图如图16所示。主程序是对整个系统框架的描述。本系统主程序的功能是上电后，完成系统的初始化，然后等待PC端或TC35模块端的命令到达，并根据命令的内容完成相应的动作，如发送或接收短信。系统初始化包括单片机本身及TC35模块的初始化工作。单片机初始化主要是对串口及定时器寄存器进行设置。本系统中，串口设置为波特率9600Bps，并设置定时器0进行延时，用于产生模拟串口所需的波特率。TC35模块的初始化，则通过单片机发送AT指令对TC35模块进行设置。单片机对TC35的控制也是通过AT指令完成的，并由TC35对指令的响应值来做出相应的动作。对短信的接收方式，单片机采用串口中断方式，当串口中断时，便判断是否为新消息提示，从而进行下一步动作。发送短信息则采用查询方式，在主程序中对PC端进行循环查询，对查询结果执行相应动作。单片机系统全部程序使用C语言作为系统开发设计语言，C语言具有直观、可读性强，效率较高，可移植性好的优点。开始初始化串口、定时器启动、初始化TC35是否有串口中断读BUFF数据是否有新信息读取新信息发送至PCPC有否发送数据PDU编码发送至TC35重发超过3次？YNYNYN删除信息YN发送成功？等待一段时间YN图16 主程序设计流程图5 结论 经过几个月的努力，基于单片机的短信收发系统已经基本完成。在这过程所做的主要工作包括：(1) 围绕“基于单片机的短信收发系统设计”这一课题，收集和阅读大量参考文献，了解本系统中采用的GSM模块TC35，并熟悉本设计中的关键技术，如用AT指令控制TC35模块、对中文短信进行PDU编码、软件模拟串口等。 (2) 系统电路设计及印制电路板制作。完成了IGT启动电路以及单片机与TC35和PC机的串行接口等硬件电路的设计。在单片机程序设计中，用C51进行编程。印制电路板则采用铜板自己腐蚀制作，焊接。在系统设计制作过程中的难点主要集中在软件上，我们可以通过调试软件很清楚的了解单片机内部的工作情况，而对于TC35模块的状态，我们只能通过单片机向它发送AT指令，等待它返回的响应，再根据响应值，判断软件的正确性。响应值如有错，则需要分析原因，它往往和TC35模块当时的状态以及GSM网络本身的状态有关，所以错误类型并不唯一，种类很多。有时还会出现无响应状态，这给调试带来很大的麻烦。所有AT指令的响应要通过大量的实验才能掌握。本系统并没有局限于特定领域的应用，主要是通过本设计对短信息系统中的通用关键技术进行分析研究，掌握此技术后，只需增加单片机外围电路，便可将其应用于远程数据采集、监控、报警等特定领域。参 考 文 献1 刘涛，张春业，韩旭东,等. 基于手机模块TC35的单片机短信息收发系统J. 电子技术，2003,(3):36-38.2 郭红霞. 基于GSM模块TC35i的收发短信的无线终端的设计D. 四川: 西南石油学院，2004.3 赵矿英. 基于GSM短消息的温度报警系统研究D. 北京: 北京交通大学, 2005.4 邵利敏. 基于GSM短消息的城市路灯智能监控系统D. 河北: 河北农业大学， 2005.5 张东英. 基于GSM短消息的无线数据采集系统的设计D. 辽宁: 鞍山科技大学,2005.6 李辉. 基于GSM短消息的无线通信系统D. 南京: 南京理工大学，2004.7 李寿林, 张鹰, 李秀萍. 利用GSM无线模块收发短消息J. 计算机与数字工程， 2005，33(7): 79-81.8 SIEMENS. AT Command Set Siemens Cellular EnginesZ. 03.10. Siemens AG, 2002.9 李鸿. 用单片机控制手机收发短信息J. 电子技术应用, 2003,(8): 32-34.10 SIEMENS. TC35/TC37 Hardware Interface DescriptionZ. 03.10. Siemens AG, 2002.11 SIEMENS. Technical Product Information TC35Z. Siemens AG, 2001.12 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003. 1-11.13 胡烨，姚鹏翼，江思敏. Protel 99 SE电路设计与仿真教程M. 北京：机械工业出版社，2006. 91-95.Design of Short Message System Based on MCU Hardware DesignAbstract: The major research is how the microcomputer controls GSM module to send and receive short message. The system design includes hardware and software design. And this paper discusses hardware design only. Firstly, this paper briefly introduces the status of GSM network, the application of short message, the Short Message Service (SMS) and its advantages and disadvantages, and particularly provides a detailed description and annotations on the key technology of short message. Then this paper mainly introduces GSM mobile module, microcomputer and the design of their external circuits which are the most comp