Коммуникационный процессор CMX850 с встроенным микроконтроллером производства компании CML

№ 5’2004
Некоторое время назад компания CML micro предложила заказчикам микросхему, совмещающую в себе микроконтроллер на основе ядра С51 и низкоскоростной модем V.22bis. После получения первых отзывов о работе этого модема компания CML micro внесла ряд усовершенствований, которые позволили упростить разработку устройств с применением этой микросхемы, сделать их более компактными и дешевыми.

Некоторое время назад компания CML micro предложила заказчикам микросхему, совмещающую в себе микроконтроллер на основе ядра С51 и низкоскоростной модем V.22bis. После получения первых отзывов о работе этого модема компания CML micro внесла ряд усовершенствований, которые позволили упростить разработку устройств с применением этой микросхемы, сделать их более компактными и дешевыми.

СМХ850 объединяет в себе микроконтроллер 8051 с расширенными функциями и поддержкой стандартной системы команд, а также модем, работающий по протоколу V.22bis (2400 бит/с), последовательный интерфейс и часы реального времени, что позволяет позиционировать эту платформу как гибкий телекоммуникационный процессор.

Коммуникационный контроллер (далее МС) содержит совместимый с 8051 микроконтроллер с 256×8 битами внутренней памяти и 8Кх8 битами дополнительной памяти. Предусмотрена адресация внешней Flash-памяти объемом до 4 Мбайт. МС содержит интерфейсы для внешней памяти, ЖК-дисплея и клавиатуры. В микросхему встроен модем, поддерживающий протоколы V.22bis, V.22, V.23 и BELL. Микросхема выполняет функции генератора и детектора DTMF. Для работы с телефонной линией и телефонной трубкой в микросхеме содержатся необходимые усилители. Для работы в экономичном режиме в микросхеме предусмотрены две тактовые частоты. В активном режиме микросхеме необходим 12-мегагерцевый кварцевый резонатор (11,592-12,288 МГц), а в энергосберегающем режиме может быть использован делитель тактовой частоты (4-1024). Кроме того, в режиме энергосбережения можно использовать встроенный RC-генера-тор на 5 МГц. Для таймера реального времени необходим второй кварц на 32 кГц. Правда, как и у других производителей, которые предлагают реализацию часов реального времени на основе часового кварца и микроконтроллера, точность таких часов не гарантируется, так как точность в большей степени зависит от точности и температурной стабильности кварца, а также от программной реализации данной функции.

Таблица. Различия между стандартным микроконтроллером на основе ядра 8051 и СМХ850
Таблица. Различия между стандартным микроконтроллером на основе ядра 8051 и СМХ850
Рис. 1. Структурная схема МС СМХ850
Рис. 1. Структурная схема МС СМХ850
Рис 2. Карта памяти МС СМХ850
Рис 2. Карта памяти МС СМХ850

В таблице приведены различия стандартного микроконтроллера 8051 и микроконтроллера, входящего в состав СМХ850.

В тоже время, несмотря на отличия от стандартного МК на основе ядра 8051, основой этого коммуникационного контроллера является именно 51-е ядро со всеми его достоинствами — широчайшей популярностью, доступностью отладочных средств и т. д.

Структура памяти СМХ850 идентична стандартному микроконтроллеру 8051. СМХ850 имеет внутреннюю память данных, переменных, векторов и подпрограмм, в то время как внешняя память используется для кода программы и дополнительных данных. Пространство внутренней памяти между $7F и $FF содержит два 128-байтовых параллельно расположенных адресных блока (оперативная память IDATA и регистр специальных функций SFR).

Как уже упоминалось ранее, общий объем ОЗУ составляет 256 байтов. К младшим 128 байтам можно обратиться непосредственно или косвенно, как ив обычном 8051. Этот раздел оперативной памяти включает четыре банка памяти (восемь регистров в каждом банке, начиная с адреса $00 и до адреса $ 1F), который может использоваться как пространство регистров для обеспечения быстрого обмена данными при обслуживании прерываний. Это может быть полезно при написании многозадачных систем, где необходим быстрый переход к данным.

Адресное пространство с $20 до $2F — побито адресуемое пространство, использование которого возможно в качестве области хранения битовых флагов-установок и т. д. Верхние 128 байт внутренней оперативной памяти могут использоваться только при косвенном способе адресации. Это ограничение наложено из-за необходимости адресации к регистрам специальных функций SFR. Адресация к регистрам SFR, находящимся в том же адресном пространстве, происходит только непосредственно.

Использование регистров специальных функций в микроконтроллере 8051 позволяет расширять функциональность микроконтроллера, а также управлять режимами работы всех периферийных модулей, не прибегая к каким-либо сложным программным решениям. Регистры специальных функций расположены в верхних 128 байтах встроенного ОЗУ ($80…$FF).

МС имеет всего 6 портов ввода-вывода общего назначения, 5 из которых предназначены для работы с внешними компонентами. Практически все выводы имеют несколько функций, задание режима работы и режима энергопотребления происходит через регистры специальных функций. Порты 0, 1 и 3 являются стандартными портами и используются так же, как и в обычном микроконтроллере на основе ядра 8051. Порт 2 реализован не полностью, но доступен для команды MOVX A,@Rn и для доступа к расширенным областям памяти, реализованной на внешних элементах. Также в МС присутствуют два дополнительных порта — 4 и 5.

Для работы с внешней памятью микросхема должна содержать в своей памяти хотя бы загрузочный фрагмент, инициализирующий процесс обмена. Если этот код содержится во внешней Flash-памяти, то перед установкой на плату микросхема внешней памяти должна быть запрограммирована. Компания CML добавила небольшую загрузочную память, своего рода BIOS, которая позволяет через последовательный порт загрузить код и выполнить его. Таким образом, нет необходимости загружать эту утилиту сразу во Flash-память, до проработки печатной платы.

Наличие загрузочной памяти также позволяет производить внутрисхемное перепрограммирование ПЗУ. Происходит это следующим образом: код-программа, находящаяся в загрузочной памяти, производит конфигурирование последовательного интерфейса и производит загрузку новой программы в ПЗУ. Благодаря наличию встроенного декодера кода вызывающего абонента, о котором будет рассказано ниже, перепрограммирование ПЗУ может быть инициализировано входящим звонком с определенного телефона.

В микросхеме предусмотрены функции декодера абонентской сигнализации. Микросхема формирует и детектирует сигналы окончания сеанса связи. Детектор входящего вызова определяет все виды этого типа сигнализации: звонок (25 Гц, 100 В), смена полярности линии, а также сигнал освобождения линии.

Рис 3. Регистры микроконтроллера СМХ850
Рис 3. Регистры микроконтроллера СМХ850

В микросхему добавлен отдельный декодер кода вызывающего абонента, который остается активным, в то время как остальная часть микросхемы может находиться в энергосберегающем режиме. Блок идентификации абонента переводится из спящего режима в активный детектором входящего вызова, а остальная часть микросхемы все еще продолжает оставаться в спящем режиме. И только когда идентификационный номер абонента совпадает с одним из списка допустимых, тогда и остальная часть микросхемы переводится в активный режим. Эта опция позволяет существенно уменьшить энергопотребление, особенно в случае приема текстовых сообщений.

Внешние навесные компоненты должны обеспечивать равномерную частотную характеристику для того, чтобы без искажений передать DTMF-сигнал. Можно использовать в согласующей цепи наиболее дешевый трансформатор, но с учетом дополнительных корректирующих элементов стоимость заметно снизить не удастся. В качестве усовершенствования в СМХ850 добавлен программируемый эквалайзер, который позволяет установить амплитуды тональных частот индивидуально с учетом неравномерности частотной характеристики цепи согласования. Это дополнение позволяет использовать наиболее дешевые внешние элементы и упростить конструкцию.

К сожалению, во всем мире еще встречаются случаи пиратского копирования выполненной разработки другими компаниями. Защитить схемотехническую часть от копирования очень трудно, однако предотвратить копирование программного кода возможно. В СМХ850 предусмотрено скремблирование программного кода путем кодирования адресов регистров и данных. Таким образом, программный код, загруженный в каждую микросхему, может быть уникальным и не будет исполняться в другой микросхеме. Это позволяет защитить изделие от прямого клонирования. Такая защита наиболее актуальна в изделиях, предназначенных для передачи корпоративных данных.

С учетом внесенных дополнений микросхема стала более привлекательной, поэтому рассмотрим ее более подробно.

Функции ввода-вывода предусматривают поддержку клавиатуры 8 строк 16 столбцов, два выхода таймера-счетчика, ШИМ-преоб-разователь, 3 внешних прерывания, одно — с наибольшим приоритетом. Контроллер содержит последовательный порт с универсальным приемником-передатчиком со скоростью до 64 кбод.

Модем выполняет следующие функции: модуляцию в соответствии с V.22, V.22bis, V.23, V.21, Bell 202, Bell 212А, генерацию и детектирование DTMF, генерацию и детектирование одиночных тонов, детектор звонка и поднятия трубки, выделение абонентской сигнализации, сигнал освобождения линии. В модеме также предусмотрен эквалайзер и скремблер.

Встроенные АЦП содержат 10-битные регистры, схему выборки и хранения, компараторы с двумя уровнями сравнения.

Сторожевые таймеры имеют коэффициенты деления 1, 8, 64 и 256. Функция сброса предусматривает режим, при котором сохраняются текущие данные.

Такой набор функций делает микросхему привлекательной для использования в терминалах текстовых сообщений, телеметрических устройствах, охранной сигнализации с дополнительными возможностями, телефонах с добавленными функциями, приложениях электронной почты и Интернет.

• Уровни сигналов модема:

  • в режиме приема: -45…-9 дБм;
  • в режиме передачи: -3,2..-1,2 дБм;
  • отношение «сигнал — шум» на входе: 20 дБ;
  • однотоновый сигнал: -3,2…-1,2 дБм;
  • двухтоновый сигнал DTMF: -1,2…+0,8 дБм;
  • DTMF на входе: -30 дБм.
  • Полоса детектора абонентской сигнализации по 3 дБ: 275-665 Гц. Несмотря на возможность использования стандартных отладочных средств, производитель предлагает собственную оценочную плату EV8500 (рис. 4).
Рис 4. Оценочная плата EV8500
Рис 4. Оценочная плата EV8500

В состав оценочной платы входит микросхема СМХ850, а также компоненты, на которых реализован интерфейс линии и разъем для последовательного подключения платы к головному компьютеру. Встроенное в плату программное обеспечение обеспечивает связь между платой и компьютером на основе стандартного набора АТ-команд. Программа, предназначенная для головного компьютера, обеспечивает связь с платой по последовательному интерфейсу и загрузку программы в память МС.

Плата питается от источника постоянного напряжения 3-3,6 В. Все важные сигналы могут быть измерены через тестовые точки.

Оценочная плата имеет двухпроводной интерфейс линии с гальванической развязкой, реализованной на трансформаторе.

Заключение

Применение СМХ850 позволяет сократить энергопотребление за счет перехода в спящее состояние и активизации при совпадении идентификационного номера вызывающего абонента из одного из допустимых. Встроенная ОЗУ может быть использована для загрузочного кода. Скремблирование программного кода позволяет защитить программное обеспечение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *