AVR单片机的串口转FSK的通信模块设计

摘要：以AVR单片机ATmega48芯片及CMX865调制／解调芯片为硬件架构规范了对外串口通信协议，采用模拟口线的方式对CMX865寄存器进行操作，设计了一种串口转FSK的通信模块，实现数据传输方式的转换。硬件电路以ATmega48微处理器为核心，并利用C／BUS总线控制CMX865芯片，实现FSK／DTMF收、发功能；外围电路由振铃检测、FSK数据收发接口电路组成。模块软件设计主要包括串口通信和FSK通信两部分程序，串口通信程序实现串口通信命令的组包发送、收包解析／处理功能；FSK通信程序实现利用中断方式发送、接收FSK数据功能。
关键词：AVR单片机；ATmega48；CMX865；串口；FSK

随着信息技术与网络技术的飞速发展，信息交互应用业务给人类生活带来更多的便利，信息终端表现出巨大的市场潜力。但是由于终端用户环境不同，用户信息交互方式可能不同，目前常用的有IP方式、FSK方式以及无线通信方式等。为了能够提高终端市场竞争力，减少系统开发成本投入，通信模块与终端程序独立设计是较为理想的解决方案。本文采用ATmega48芯片及CMX865芯片实现FSK通信模块，基于此模块，用户与业务平台之间进行FSK信息交互，相对于终端来说就是简单的串口通信。

1 ATmega48介绍
ATmega48是基于AVR增强型RISC(精简指令集)结构的高性能、低功耗的8位CMOS微控制器。微控制器具有可控制的上电复位和可编程的掉电检测电路、经过标定的片内RC振荡器、片内外18个中断源和5种休眠模式。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega48的数据吞吐率高达1 MIPs／MHz，运行速度比普通的单片机高出10倍，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
其片内集成了4 KB的系统内可编程Flash、256字节的EEPROM、512字节的SRAM。其外设具有可编程的串行USART接口、可工作于主机／从机模式的SPI串行接口；存在2个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时／计数器和1个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时／计数器、具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器等。ATmega48／88／168芯片硬件电路可以完全兼容，完全可以根据软件实际需求灵活选择AVR芯片，极大地方便系统的开发与研制。

2 CMX865简介
CMX865是CML公司新出的一款DTMF编／解码器／FSK调制解调器复合IC芯片，它采用单个高速串行总线控制，与大多数串行接口兼容。 CMX865的主要特征是：
◆供电电压2．7～5．5 V，低功耗操作模式；
◆支持V．23、Bell202 FSK 1200 bps编码／解码；
◆集成高可靠性DTMF、编码器／解码器；
◆集成振铃检测功能，支持语音探测功能。

3 硬件设计
图1为串口转FSK通信模块电路。系统主要以AVR单片机ATmega48芯片和CMX865调制／解调芯片为硬件架构，ATmega48芯片利用C-BUS总线对CMX865芯片进行控制操作，实现FSK通信。CMX865芯片的IRQN终端与CPU芯片的外部中断0(INT0)相连，确保软件可以采用中断方式接收／发送FSK数据。CMX865芯片的时钟信号、片选信号、响应应答数据信号、接收控制数据信号分别与ATmega48芯片的普通I／O接口引脚相连，CPU可以通过模拟口线方式对CMX865芯片进行控制。

图1还提供了基本的FSK接收／发送数据接口电路和振铃检测电路。在FSK发送电路中，CMX865芯片TXA(15引脚)处外接电阻的目的是匹配芯片接口对线路的交流阻抗。在FSK接收电路中，CMX865芯片RXAFB(9引脚)与RXAN(10引脚)之间的电容以及隔离变压器之间电容设计的目的是滤除高频噪声；通过调节接收电路中两个电阻R1、R2的阻值即可改变接收端提供给CMX865芯片信号的幅度。在振铃检测电路中，IC1是光电耦合器，不振铃时光电三极管截止，RING为高电平；振铃时，振铃信号经过电容耦合及稳压管稳压，振铃电压使IC1内发光二极管发光，照射到光电三极管的基极上导致光电三极管导通，RING为低电平，通过ATmega48引脚检测到低电平的振铃信号。