Система сотовой связи стандарта GSM и особенности построения абонентских устройств (стр. 3 )

Для того чтобы модем распознал эти команды, они должны быть записаны в специфической форме. Каждая команда всегда начинается буквами AT (от англ. ATtention («внимание»), за что и получили своё название), дополненных одной или более командами [4].

Пример:

АТЕ0, где Еn – команда управляющая включением или отключением местного эха. В данном случае Е0 – поэтому команда отключает эхо. Соответственно, команда  Е1 включает эхо.

Команды воспринимаются модемом только тогда, когда он находится в «командном режиме» или в режиме «offline». AT-команды обычно отправляются модему посредством коммуникационного программного обеспечения, но также могут быть введены пользователем вручную, с компьютерной клавиатуры. Если команды вводятся с клавиатуры, то после ввода команды нужно нажать «Enter».

AT-команды оказались весьма удачным решением в качестве задающих установки Hayes-совместимого модема, использующиеся для его оптимального функционирования для тех или иных целей, в различных условиях: при разном состоянии телефонной линии, частотной характеристики линии, зашумлённости, наличии частых искровых помех.

Набор команд стандартизирован, поэтому его поддерживают большинство моделей модемов. Однако каждая модель имеет и свой уникальный набор команд в зависимости от функциональных возможностей.

Для того что бы лучше понять как работают АТ-команды нужно провести испытания телефона с помощью программы Hyper Terminal.

Для организации управляющих сигналов для взаимодействия с модемом телефона существует много способов. Самые простые способы это ввод AT-команд с клавиатуры или применение программного обеспечения для работы с модемами, как было сказано выше. Но, пожалуй, самый интересный способ это собственная разработка устройства, способного взаимодействовать с телефоном при помощи управляющих электрических сигналов, подаваемых формирующим устройством. Поскольку существует ряд трудностей для реализации такого устройства из реальных компонентов, то разрабатывать требуемое устройство и моделировать его работу мы будем в программной среде Proteus.

2 ФОРМИРОВАНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АБОНЕНТСКОГО АППАРАТА И ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА PROTEUS

2.1 Выбор микроконтроллера

На начальном этапе проектирования системы необходимо определиться с выбором микроконтроллера, на базе которого и будет производиться разработка. Не последнюю роль в этом нелёгком выборе играет соотношение показателей цена/быстродействие/энергопотребление микроконтроллера. Одним из лидеров по этому показателю является серия микроконтроллеров AVR фирмы Atmel. Эти 8-битные RISC-микроконтроллеры для встраиваемых приложений являются, несомненно, наиболее интересным направлением, развиваемым фирмой Atmel. Они представляют собой мощный инструмент, прекрасную базу для создания современных экономичных и высокопроизводительных встраиваемых контроллеров многоцелевого назначения.

Несмотря на то, что микроконтроллеры AVR появились на рынке уже почти 20 лет назад, их популярность до сих пор очень высока. С каждым годом они захватывают все новые и новые ниши на рынке. Также немалую роль в этом играет то, что постоянно растет число разнообразных сторонних программных и аппаратных средств поддержки разработок устройств на их основе. Все это позволяет называть микроконтроллеры AVR индустриальным стандартом среди 8-битных микроконтроллеров.

В настоящее время в рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на несколько семейств:

Tiny AVR; Mega AVR; Mega AVR для специальных применений; ASIC/FPGA AVR.

Выбор пал на семейство Mega, т. к. именно эти микроконтроллеры имеют наиболее развитую периферийную составляющую, наибольшие среди всех микроконтроллеров AVR объемы памяти программ и данных. Область их применения довольно таки широка. Они применяются для использования в мобильных телефонах, в контроллерах различных периферийных устройств (принтеры, сканеры, дисковые накопители, приводы DVD-ROM и т. п.).

Итак, рассмотрим это семейство поподробнее.

2.2 Технические характеристики семейства Mega

2.2.1 Общие сведения  о микроконтроллерах AVR семейства Mega

Как и все микроконтроллеры AVR фирмы Atmel, микроконтроллеры семейства Mega - это 8-битные микроконтроллеры, предназначенные для использования во встраиваемых приложениях. Они производятся по малопотребляющей КМОП-технологии, которая в совокуности с улучшенной RISC-архитектурой позволяет достичь наиболее выгодного соотношения стоимость/быстродействие/энергопотребление. Микроконтроллеры этого семейства являются наиболее развитыми представителями микроконтроллеров AVR общего применения.

2.2.2 Отличительные особенности

К особенностям микроконтроллеров AVR семейства Mega можно отнести:

FLASH-память программ объемом от 8 до 256 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 10 000); оперативная память объемом от 512 байт до 8 Кбайт; память данных на основе EEPROM объемом от 256 байт до 4 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 100 000); зашита от чтения и модификации памяти программ и данных; возможность программирования в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG; возможность самопрограммирования; возможность внутрисхемной отладки в соответствии со стандартом IEEE 1149.1 (JTAG); разнообразные способы синхронизации: встроенный RС-генератор с внешней или внутренней времяопределющей RC-цепочкой, встроенный генератор с внешним пьезокерамическим или кварцевым резонатором, внешний сигнал синхронизации; наличие режимов пониженного энергопотребления; наличие детектора пониженного напряжения питания (Brown-Out Detector — BOD); программное снижение частоты тактового генератора.

2.2.3 Характеристики процессора

Основными характеристиками процессора микроконтроллеров AVR семейства Mega являются:

полностью статическая архитектура, минимальная тактовая частота равная нулю; арифметико-логическое устройство (АЛУ) подключенное непосредственно к регистрам общего назначения (32 регистра); множество команд выполняются за один период тактового сигнала; векторная система прерываний, поддержка очереди прерываний; огромное число источников прерываний (до 45 внутренних и до 32 внешних); наличие аппаратного умножителя.

2.2.4 Характеристики подсистемы ввода/вывода

Подсистема ввода/вывода семейства Mega имеет следующие особенности:

конфигурирование программно и выбор портов ввода/вывода; каждый из выводов может быть запрограммирован как входной или как выходной независимо друг от друга; входные буферы с триггером Шмитта на всех выводах; наличие возможности полного отключения цифрового порта ввода/вывода от физического вывода микросхемы; наличие индивидуально отключаемых внутренних подтягивающих резисторов сопротивлением от 20 до 50 кОм.

2.2.5 Периферийные устройства

Микроконтроллеры семейства Mega имеют довольно таки обширный набор периферийных устройств (ПУ):

сторожевой таймер; одно - и двухканальные генераторы 8-битного ШИМ-сигнала; двух - и трехканальные генераторы ШИМ-сигнала регулируемой разрядности; многоканальный 10-битный АЦП последовательного приближения, имеющий как дифференциальные, так и несимметричные входы; последовательный синхронный интерфейс SPI; последовательный двухпроводный интерфейс TWI (полный аналог интерфейса 12С); аналоговый компаратор; от одного до четырех (в зависимости от модели микроконтроллера) полнодуплексных универсальных синхронных/асинхронных приемо-передатчиков (USART). В ряде моделей эти приемо-передатчики могут использоваться в качестве ведущего устройства шины SPI; универсальный последовательный интерфейс USI, который может использоваться в качестве интерфейса SPI или 12С. Кроме того, USI может использоваться в качестве полудуплексного UART или4/12-битного счетчика.

2.2.6 Архитектура ядра

Ядро микроконтроллеров AVR семейства Mega выполнено по усовершенствованной RISC-архитектуре (enhanced RISC) (рисунок 2.1), в которой используется ряд решений, направленных на повышение быстродействия микроконтроллеров.

Рисунок 2.1 – Архитектура ядра микроконтроллеров AVR

Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее почти все вычисления, подключено непосредственно к 32 рабочим регистрам, объединенным в регистровый файл. Благодаря этому, АЛУ может выполнять одну операцию. Помимо этого, практически каждая из команд занимает одну ячейку памяти программ.

В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, характеризующаяся раздельной памятью программ и данных, каждая из которых имеет свои шины доступа. Такая организация одновременно позволяет работать как с памятью данных, так и с памятью программ. Дифференцирование информационных шин позволяет использовать для каждого из типов памяти шины различной разрядности, причем способы доступа и адресации к каждому типу памяти также различаются, что в совокупности с двухуровневым конвейером команд позволяет достичь производительности в 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.

2.2.7 Архитектура микроконтроллеров семейства Mega

Микроконтроллеры семейства Mega имеют в своем составе электрически стираемую память программ (FLASH) и данных (EEPROM), а также различные по своим конфигурациям периферийные устройства. Состав этих устройств от модели к модели практически неизменен (изменяется только количество однотипных модулей и их функциональные особенности). В каждой модели имеется хотя бы по одному 8- и 16-битному таймеру/счетчику, хотя бы по одному интерфейсному модулю USART и SPI, аналоговый компаратор, сторожевой таймер и, конечно же, порты ввода/вывода.

Структурная схема микроконтроллеров ATmega88x приведена на рисунке 2.2. Особенностями моделей этой линейки являются:

3 порта ввода/вывода (порты В, D — 8-битные, порт С — 7-битный); вход аппаратного сброса и выходы для подключения резонатора совмещены с линиями ввода/вывода; два 8-битных (ТО, Т2) и два 16-битных (Т1, Т3) таймера/счетчика; 6 каналов ШИМ; по одному интерфейсному модулю USART, SPI и TWI; 6/8-канальный (в зависимости от корпуса) 10-битный АЦП;