摘要：介绍一种以MCS51为核，加上FSK、DTMF、数字调制/解调等外国电路组成的操控体系。在相似操控体系中，怎么满意体系要求且与MCS51微处理器兼容和怎么削减体系面积是规划中的两大关键问题。经过剖析MCS51的指令和时序联系，规划出具有自主知识产权的与MCS51兼容的微处理器，完结它与外国电路集成和自测验电路的刺进。该体系在FPGA和门阵列上别离进行了布局布线和后仿真，并经过了FPGA的原型样机测验。 关键词：SFR 特别功用寄存器 FSK 频移键控 DTMF 双音多频 导言 跟着电信商场的日益敞开、竞赛、运营商面蜊更大的压力，须进步出资收回功率，进步固定电话的ARPU值。中国移动推出出的短信息服务取得了很好的经济效果和社会效益，短信正以其特有的便利和便利，影响着人们日常日子的许多方面。“固定电话信息化”和相关规范的出台，固定电话的厂商也推出相似的服务，然后完结传统电话的增值。 但固网短信存在两方面的“瓶颈”;在终端和内容上均有缺失。在终端方面是价格问题，应该考虑怎么将价格降到用户能够承受的规模。 本体系便是针对这样的商场需求而规划。它需求1个满意体系要求的微处理器、1个大的字库来支撑。一同，该芯片有必要操控在必定面积下，以降低成本。 本文将侧重介绍与MCS51兼容的微操控器的规划和DTMF解码中的数据处理。
1 与MCS51兼容的微操控器规划 Intel MCS51系列是一种8位微处理器。外部程序与数据存储器的寻址规模可到达64K.MCS51有5个中止源，其间2个为外部中止源，每个中止源的优先级是可编程的。为了满意固网短信体系功用需求。首要对MCS51进行如下三方面的扩展。SFR扩展、存储器扩展，外部中止扩展。 1.1 SFR扩展 为了与MCS51兼容。把FSK、DTMF中的操控寄存器和状况寄存器MCS51的SFR一致编址。这样8051办理、操控、监督FSK、DTMF时，可将FSK、DTMF对应的地址看作是片内数据存储器的直接地址。因而，能够运用片内数据存储器相同的操作办法，不必增加指令来完结这些功用，这种结构的扩展能够看作是MCS51内部总线的扩张和把FSK、DTMF当作MCS51的两个扩展的内部模块，结构如图1所示。
1.2 存储器扩展 由于固网体系需求一个巨大的字库来支撑，所以MCS51的64KB存储才能是不行的。经过增加一个MMU模块，将CPU该存才能扩展到2MB。当CPU拜访外部存储器时，先用16位的逻辑地址高位进行页表查询，得到相应的扩展地址，然后将扩展地址和逻辑地址的低位一同构成21位的物理地址，来完结对外部存储器的操作，数据通路如图2所示。 1.3 外部中止的扩张 为了让体系能旧电毛病等反常事情中止请求信号，保留了MCS51本来的两个外部中止源，一同增加了7个外部中止和相应的3个寄存器，别离用于锁存中止、屏蔽中止和对中止的优先级进行操控。如图3所示。 中止的完结，CPU在每一个机器周期预序查看每一个中止源，假如发现有中止请求且没有在处理相同或更高的优先级中止，CPU就处理该中止。先得相应的优先级状况方位位，然后捃一个硬件子程序。该子程序把中止处理程序的进口地址送到程序计数据。各中止源程序的进口地址如表1.中止处理程序从该地址开端一向履行到RETI指令中止，然后将相应的优先级级位清0. 表1 中止服务程序的进口地址 中 断 名 称中止进口 Fsk接纳中止 002B Cas中止 003B Fsk发送中止 003B 极性回转中止 0043 摘机中止 004B 门控时钟中止 0053 看门狗中止 005B 2 DTMF数据处理 DTMF解码数据处理首要完结两个功用，一是数据截取，一是DTMG解码。 2.1 数据截取 依据抽样速率和DTMG占空比及持续时刻，能够对接纳的数据进行切断。依据FFT的要求，前后两段数据之间应该有必定长度的公共部分。核算出截新的数据帧的长度为128字。为了削减面积，咱们比较了几个计划。在不会呈现溢出的情况下，最终采取了图4所示的规划计划。 图3 数据截取由一个256字的双口RAM完结。复位时，对前32字清零。A/D采样的数据帧先放到写数据段1中，再放到写数据段2中，按照写数据段1和写数据段2替换写入数据。在每次写完一个数据段之后，发生一个数据改动脉冲。用来标明已完结1帧数据，能够进行数据读取，然后发动数据读取操作。 数据读取时，为了确保每次数据读取时与前后两段都有32字的公共部分，第一次从读数据段1中读出160字的数据，其前32字的数据为上一帧数据的最终32 字的数据;下一次在读数据段2中读出160字的数据，然后两个数据段读出数据前后之间都有32字的共有数据。 2.2 DTMF解码 关于DTMF解码中用到的FFT，咱们选用经典的Goertzel算法。其思维是使用简略的递归运算替代杂乱的FFT运算，且只需求核算几个频率占上的值，大大简化了核算量，经过比较几个频率点上数值的巨细和判别占空时刻，就可确认发送的DTMG频率组合。为了削减规划中用到的乘法验证，在满意通讯规范的前提下，将宽度降到12位。Goertzel算法的核算公式如下：
3 其它外围电路 该体系除了MCS51.FSK、DTMG外，再加上门控时钟。看门狗、数字调制/解调等其它电路就构成了完好的以MCS51为核的单片集成体系。
门控时钟首要功用便是在体系作业时供给体系时钟;在体系空闲时，使体系处于下电状况，一切的时钟都关掉，一切的操作也就中止，直到体系被唤醒，这样就将体系功耗降低到最小值。 看门电路是一个可编程的逻辑电路，它能够被用作体系监督器，也能够只作为一个简略的计时器。一同它的时刻宽度能够经过编程来设成2 12、2 13、2 18或2 21个时钟宽度。 结语 该体系是一个典型的以MCS51为中心。加、DTMG以及门控时钟等外围电路组成的操控体系。咱们选用自顶向下的规划办法。体系中一切功用模块均选用 VHDL言语进行描绘;用FPGA完结的集成体系替换本来的体系经过了功用测验。不但在可靠性上得到了进步，并且满意芯片面积的要求，到达降低成本的意图。
