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1、 一種超低功耗調(diào)制解調(diào)器的設計 【摘要】本文探討了利用電話線直流饋電給調(diào)制解調(diào)器供電的可行性，通過精心選擇低功耗器件，設計并實現(xiàn)了電話線供電的調(diào)制解調(diào)器。 【關鍵詞】電話線供電 超低功耗 調(diào)制解調(diào)器 ＭＳＰ４３０ ＣＭＸ８６８ 本文介紹一種采用電話線直接供電而無需外部電源的調(diào)制解調(diào)器。電話局交換機通過提供直流饋電的方式向用戶供電，一般直撥電話的空載電壓為４８Ｖ，分機為２４Ｖ。要使電話線可靠連接，即可以可靠地通話或者通信，就必須使摘機電流超過２０毫安，因為只有當電話線回路的電流超過一定值，才能啟動電話局相應的入網(wǎng)繼電器。對于這２０毫安，一般的電話機或者調(diào)制解調(diào)器都是直接由

2、恒流源回流掉而不加以利用。而在電話線直接供電的調(diào)制解調(diào)器中，將充分利用這部分電能，給整個調(diào)制解調(diào)器供電，并且通過供電接口將節(jié)余的電能供給下位機。當然，這里的２０毫安，是指在連接狀態(tài)下，而在非連接狀態(tài)下，電話線回路的電流則不能超過一定值，否則對方在與本調(diào)制解調(diào)器建立連接時會檢測到忙音，從而無法建立連接。一般這個值應至少小于１０ｍＡ。所以，可以利用的電能是比較有限的，選擇低功耗的元器件成為實現(xiàn)目標的關鍵。 １ 硬件設計 １．１ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 電話線供電調(diào)制解調(diào)器實際上是一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡中的一部分。如圖１，整個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡由上位機（ＰＣ機）、本地調(diào)制解調(diào)器、遠程調(diào)制解調(diào)器以及諸下位

3、機（數(shù)據(jù)采集節(jié)點）組成，本地調(diào)制解調(diào)器和遠程調(diào)制解調(diào)器通過公用電話網(wǎng)（ＰＳＴＮ）相連接。遠程調(diào)制解調(diào)器即我們所研究的電話線供電調(diào)制解調(diào)器，它始終工作于被動方式，即只有當被本地調(diào)制解調(diào)器呼叫時才自動應答。本地調(diào)制解調(diào)器與遠程調(diào)制解調(diào)器之間的通信協(xié)議采用ＩＴＵ－Ｖ．２２ｂｉｓ，通信速率為２４００ｂｐｓ。遠程調(diào)制解調(diào)器與下位機之間既可以通過ＲＳ－２３２總線相連，也可通過ＲＳ－４８５總線組成網(wǎng)絡。 遠程數(shù)據(jù)的采集采用巡檢的方式。上位機通過本地調(diào)制解調(diào)器先與遠程調(diào)制解調(diào)器１建立連接，然后依次采集與遠程調(diào)制解調(diào)器１相連的各下位機；接著與遠程調(diào)制解調(diào)器２建立連接，采集與遠程調(diào)制解調(diào)器２相連的各下位機

4、……以此循環(huán)。也就是說，上位機定時地依次采集各地區(qū)的下位機的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 １．２ 調(diào)制解調(diào)器的硬件結構 整個調(diào)制解調(diào)器由微控制器、調(diào)制解調(diào)芯片、ＲＳ－２３２和ＲＳ－４８５收發(fā)器、電話線接口電路（ＤＡＡ）、供電電路、以及ＪＴＡＧ調(diào)試接口等組成。為了盡量降低系統(tǒng)功耗，我們選用了以下主要芯片。 １）微控制器ＭＳＰ４３０Ｆ１３５。最近幾年，德州儀器公司（ＴＩ）相繼推出了多個系列的ＭＳＰ４３０ ＦＬＡＳＨ型１６位單片機，它們的最大特色是超低功耗，特別適用于各種電池供電的智能儀表。ＭＳＰ４３０Ｆ１３Ｘ／１４Ｘ是其中的一個系列，其特點有：在１ＭＨｚ的工作頻率下，其功耗只有２

5、８０ｕＡ＠２．２Ｖ，并且有多種省電模式；處理能力強大，因采用了ＲＩＳＣ結構，指令周期最短可達１２５ｎｓ；片上外圍資源豐富，共有６８個Ｉ／Ｏ口，其中２８個具有外中斷功能，還具有３個定時器單元、８路１２位Ａ／Ｄ、模擬比較器等；開發(fā)方式簡便高效，主程序采用ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ，通過ＪＴＡＧ編程接口可以反復修改程序，大大提高了開發(fā)的效率。根據(jù)對程序和ＲＡＭ容量的實際需求，我們選擇具有１６ＫＢ ＦＬＡＳＨ和５１２Ｂ ＲＡＭ的ＭＳＰ４３０Ｆ１３５。 ２）調(diào)制解調(diào)芯片ＣＭＸ８６８。ＣＭＸ８６８是ＣＭＬ公司于近年推出的一款低功耗調(diào)制解調(diào)芯片，適用于遠程數(shù)據(jù)采集。它支持多種協(xié)議，最高通信速率為２４００ｂｐｓ，對

6、應協(xié)議為ＩＴＵ－Ｖ．２２ｂｉｓ，對應調(diào)制方式為ＱＡＭ。圖２為其內(nèi)部結構框圖。 另外，我們選擇了功耗很低的ＲＳ－２３２收發(fā)器LＴＣ１３８５和ＲＳ－４８５收發(fā)器ＬＴＣ１４８０以及專門應用于電信領域的降壓型ＤＣ／ＤＣ開關穩(wěn)壓器ＬＴ１６７６。 表１為各主要芯片功耗參數(shù)的小結。 圖３ 為調(diào)制解調(diào)器硬件框圖 電話線接口電路ＤＡＡ主要由振鈴電路和信號調(diào)理電路組成，這部分電路與調(diào)制解調(diào)芯片ＣＭＸ８６８共同完成振鈴檢測以及信號的調(diào)制與解調(diào)。ＣＭＸ８６８通過Ｃ－ＢＵＳ總線與微控制器ＭＳＰ４３０Ｆ１３５進行數(shù)據(jù)傳輸，Ｃ－ＢＵＳ由類似于ＳＰＩ的同步串口和片選線以及中斷線組成。供電電路首

7、先通過整流將交流電變換為直流電，然后通過ＤＣ／ＤＣ開關穩(wěn)壓器變換為３．３Ｖ。這３．３Ｖ除了給調(diào)制解調(diào)器的各芯片供電外，還可將可能多余的電能另作它用，如供給下位機、傳感器等。供電電路中還包括恒流電路，用于當處于連接狀態(tài)時使通過電話線的電流保持在２０ｍＡ左右，以保證數(shù)據(jù)的可靠通信，當處于非連接狀態(tài)時，恒流電路不起作用。恒流電路是否工作由微控制器進行控制。 為了降低非連接狀態(tài)下的功耗，我們讓ＭＳＰ４３０Ｆ１３５和ＣＭＸ８６８都處于睡眠模式，主程序停止運行，只保留振鈴檢測和Ｃ－ＢＵＳ處于活動狀態(tài)。當檢測到振鈴時，ＣＭＸ通過Ｃ－ＢＵＳ中的中斷線喚醒微控制器，微控制器隨后喚醒ＣＭＸ８６８，調(diào)制解調(diào)器開始

8、與呼叫方建立連接。 １．３ ＤＴＥ速率快于ＤＣＥ速率問題的解決 ＤＴＥ速率是指ＤＴＥ（數(shù)據(jù)終端設備，如ＰＣ、各種下位機等）和ＤＣＥ（數(shù)據(jù)通信設備，即調(diào)制解調(diào)器）之間的通信速率，ＤＣＥ速率是指ＤＣＥ之間即電話線上的數(shù)據(jù)傳輸速率。一般情況下，ＤＴＥ速率大于ＤＣＥ速率，也就是說，ＤＣＥ可能來不及接收ＤＴＥ發(fā)來的數(shù)據(jù)。通常有兩種方法來解決這個問題。一種是采用握手，具體可分為硬件握手和軟件握手。硬件握手也叫硬件流控（ＣＴＳ／ＲＴＳ），發(fā)送者和接收者通過硬件信號線進行流量的控制；軟件握手也叫軟件流控（ＸＯＮ／ＸＯＦＦ），接收者通過在發(fā)送字符中嵌入特殊字符的方法通知發(fā)送者停止發(fā)送或者繼續(xù)發(fā)送。一般情況下

9、采用硬件握手，最常見的就是標準的５線制ＲＳ－２３２串口。二是在ＤＣＥ中開辟緩沖區(qū)，以使接收到的數(shù)據(jù)不至于被后面的數(shù)據(jù)覆蓋。 當調(diào)制解調(diào)器與下位機之間以ＲＳ－２３２總線連接時，采用硬件握手的方法。當以ＲＳ－４８５總線連接時，由于ＲＳ－４８５總線的傳輸距離比較遠，故不能采用硬件握手的方法；而且一般情況下是半雙工的，也不能采用軟件握手的方法。所以采用開辟緩沖區(qū)的方法。 ２ 軟件設計 在系統(tǒng)的軟件設計中，采用模塊化設計方法，使得程序結構清晰，便于今后進一步擴展系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)軟件由以下模塊構成：主程序、振鈴檢測子程序、建立連接握手子程序、數(shù)據(jù)傳輸子程序、串口收發(fā)中斷服務程序、定時器中斷服務程序、外部中斷服務程序等。限于篇幅，我們僅介紹系統(tǒng)的主程序。主程序流程如圖４所示。當進入低功耗模式后，主程序停止運行，直到被振鈴外部中斷喚醒。在檢測完振鈴且握手成功后，系統(tǒng)便開始在呼叫方與下位機之間傳遞數(shù)據(jù)，直到檢測到載波消失，說明呼叫方已經(jīng)斷開連接，本方也自動斷開連接，并返回到低功耗模式，等待對方的下一次呼叫。 ３ 結束語 在分機線上處于非連接狀態(tài)，同時３．３Ｖ輸出接口空載的情況下，通過電話線的電流僅為２．２ｍＡ，幾乎不對建立連接產(chǎn)生影響；而且，當３．３Ｖ接口輸出５～６ｍＡ時，也仍可可靠連接。電話線供電調(diào)制解調(diào)器已成功應用于野外明渠流量的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。