第22章GSM通信协议及其实现方法课案

1、第22章GSM通信协议及其实现方法第22章GSM通信协议及其实现方法本章主要内容包括：GSM通信协议MC55通信模块及接口电路MC55常用AT指令本章介绍了 GSM通信协议，包括 GSM的主要特点、系统组成及业务组成，并详细介 绍了 MC55GSM模块的主要特性、内部结构与各种接口电路（电源接口电路、控制信号接 口电路、SIM卡的接口电路、串行接口电路），最后介绍了MC55模块常用的AT指令，并对各参数的意义及用法做了详细说明。22.1 GSM通信协议概述随着无线通信技术的发展，各种新业务不断涌现，在改变人们的生活同时，也给很多行 业和技术领域提供了新的解决方案。移动通信在最近几十年飞速发展，

2、对推动全社会的信息化进程发挥着越来越重要的作用，其在商业市场中的巨大潜力也越来越被人们所认识。20世纪80年代出现的第一代移动通信系统一一模拟蜂窝移动通信系统，使移动通信前进了一 大步。80年代中期第二代移动通信技术开始发展，这一阶段的标准主要有欧洲的泛欧数字 移动通信（GSM）、美国的数字先进移动电话系统 （DAMPS），日本的个人数字蜂窝 （PDC） 和北美的IS-95CDMA。第二代移动通信网络的主流业务仍是语音通信，但已经开始出现了 短消息、三类传真等低速率数据业务。第三代移动通信系统（3G）目前已在许多国家开发使用，其基本特征是提高系统容量、实现多媒体数据通信和统一的标准和频段。22

3、.1.1 GSM 的主要特点GSM 是欧洲电信标准委员会 ETSI （European Telecommunications Standards Institute）提 出的数字蜂窝移动通信标准，其原意是移动通信特别小组”（Group Special Mobile ），但随着数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐渐成为泛欧数字移动通信系统的代名词。后来，GSM被重新命名为 Global System for Mobile Communication ，即全球移动通讯系统。20世纪90年代后，GSM开始向欧洲之外发展，如今，GSM网已经成为全球最大的数字移动通信网络，是目前的主流制式，拥有全球最大的

4、用户，也是我国目前采用的最大移动通信网络。GSM数字蜂窝移动通信系统（以下简称 GSM系统）是由ETSI研究确定的一种标准化 系统，其中的大部分参数在 GSM规范中都有严格的定义。 GSM系统是一种典型的开放式结 构，具有以下主要特点：*由多个分系统组成，具有标准化的接口规范，可与各种公众通信网相连。 GSM的移动台具有漫游功能，可以实现国际漫游。开放用户终端业务外，还开放承载业务和补充业务。具有加密和鉴权功能，确保用户信息和网络的安全。具有灵活和方便的组网结构，并满足用户对大容量、高密度业务的要求。抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。*采用TDMA和FDMA的数字无线传输方式，增加了系统容

5、量。可采用电路交换数据（CSD ）方式传送数据。22.1.2 GSM系统的组成GSM系统主要由操作支持子系统（ OSS）,基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS） 三部分组成。其中，基站子系统是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分， 它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理。网络子系统是整个系统的核心，它对 GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、 连接与管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安 全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。基站子系统主要负责无线信

6、息的发送与接收及无线资源管理；同时，它与网络子系统相连,实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等； 当然，也要与操作支持子系统OSS之间实现互通。1GSM的典型系统组成如下图所示。NMCOSSANSS图22.1 GSM的系统组成框图韩斌杰.GSM原理及其网络优化M.北京：机械工业出版社，2001: 381移动台（ MS ）移动台是用户直接使用，完成移动通信的设备，分为车载型、便携型和手持型三种。对 于数字移动通信来讲，物理设备和移动用户是相互独立的，用户的所有信息存储在SIM 卡上，系统中的任何一个移动台都可以利用 SIM 卡来识别用户，这在一定程度上已经

7、具备了 个人化的特点一一即具有用户私人信息的SIM卡和通信的物理实现设备的分离。每个移动台都有自己的国际移动台设备识别码 IMEI ，网络对 IMEI 进行检查，保证移动台的合法性。 SIM 卡存储所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。2 基站子系统（ BSS ）基站子系统的主要功能是将 MSC 与 MS 连接起来。基站必须具备与 MSC 有固定的有线 或无线连接，同时还具备与 MS 的无线连接。每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区中的手机都 可以与基站进行通信，基站对手机的通信参数（频率、功率、时序等）进行控制和管理，当 手机移动到另一个基站小区时， 将在基站的控制下进行

8、越区切换。 基站子系统包括基站控制 器（BSC）和基站收发信台（BTS ）两部分。BSC是基站子系统（BSS）的控制部分，通过 BTS和移动台的远端命令管理所有的无 线接口，主要进行无线业务信道分配管理、无线参数及无线资源管理、对无线链路的测量和 话务量统计、越区信道切换的管理、呼叫控制及操作与维护等，在BSS 系统中起到交换设备的作用。基站收发信台（BTS）受控于BSC，属于BSS的无线部分，服务于某小区的无线收发 信设备，实现 BTS与移动台（MS ）空中接口的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元 和控制单元三部分。 基带单元主要用于话音和数据速率适配以及信道编码等； 载频单元主要 用于

9、调制 /解调与发射机 /接收机间的耦合；控制单元则用于BTS 的操作与维护。3 网络与交换子系统（ NSS ）网络与交换子系统（NSS）包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数 据和移动性的所需的数据库， 主要的作用是管理 GSM 用户和其它网络用户之间的通信。 NSS 主要由移动业务交换中心 （ MSC ） 、访问用户位置寄存器 （ VLR ） 、归属用户位置寄存器 （HLR）、 鉴权中心（AUC ）和移动设备识别寄存器（EIR）组成。（1）移动业务交换中心（ MSC）MSC是整个网络的核心，完成或参与 NSS的全部功能，协调与控制整个 GSM网络中 BSS 和 OSS 的各个功

10、能实体。 MSC 提供与 BSC 的接口，并提供内部各功能实体的接口， 实现各种相应的管理功能，也提供与 PSTN、 ISDN、 PSPDN、 PLMN 的接口； MSC 为用户 提供一系列业务一一电信业务，承载业务和补充业务； MSC 支持位置登记、越区切换和自 动漫游等其它网络功能。（2）访问用户位置寄存器（ VLR）VLR 是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户 相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入VLR 控制区 后，此 VLR 将由该移动用户的 HLR 获取并存储必要数据。而一旦此用户离开后，将取消 VLR中此用户的数据。

11、VLR通常在每个MSC中实现，以避免由于MSC与VLR之间频繁 联系所带来的接续时延。（3）归属用户位置寄存器（HLR）HLR是系统的中央数据库存储用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据， 也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关数据，由它控制整个移动交换区域乃至整个移动网络。（4）鉴权中心（AUC）AUC存储用户的鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据 被窃。在物理实体上，AUC与HLR共存。（5）移动设备识别寄存器（EIR）EIR存储移动设备的IMEI相关信息，它可以对移动台的IMEI进行核查，使网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安

12、全的功能。4.操作与维护子系统（OSS）OSS主要包括网路管理中心（NMC ），安全性管理中心（SEMC ），集中计费管理的数 据后处理系统（DPPS）、用户识别卡个人化管理中心（PCS）等，是操作人员与系统设备之 间的中介，具有移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能，能够实现系统的集中 操作与维护。OSS 侧与设备（不包含 BTS）相连，另一侧是计算机工作站。专门用户操作 维护的设备称为操作维护中心（OMC ），GSM系统的每个组成部分都可以通过特有的网络 连接至OMC，从而实现集中维护。OMC也可以作为进入更高一层管理网络的关口设备。22.1.3 GSM系统的业务组成GSM是一种多

13、业务系统，能够按照用户需要为其提供各种形式的业务。从广义上来讲, GSM的业务可分为基本业务和补充业务两部分。基本业务主要涉及传输媒介和建立呼叫的 方式。基本业务又可分为承载业务和电信业务，这两种业务是独立的通信业务，其差别在于 用户接入点的不同。补充业务主要是允许用户能够选择网络对其呼叫的处理及通过网络对用 户提供信息，使用用户能充分利用基本业务。在已存在的网络中，补充业务被要求附加在基图 22.2 GSM 系统的业务组成框图1. 电信业务GSM 移动通信网可提供 6 类电信业务，包括话音业务、短消息业务、 MHS 接入、可视 图接入、智能用户电报传递和传真。其中，话音业务是 GSM 提供的

14、最重要的业务，它为 GSM 用户和其它所有与之联网的 用户之间提供双向通话。 随着 ISDN 的发展， 数据业务将在电信业务中占据越来越大的比例， 但对移动通信系统而言， 话音业务仍然是最重要的服务。 语音信箱业务是从话音业务中派生 出的业务。当电话无法接通或主叫用户直接接入语音信箱时，这种业务能够将语音存储，事 后再由用户提取。短消息业务是一种类似于寻呼业务的短消息的服务， 使用户可以利用移动台来传递一些 简单的消息。短消息业务通过信令信道传输信息，不用拨号建立连接，可直接把要发的信息 加上信宿地址先发到短消息服务中心（ SMSC），再由短消息服务中心在适当的时刻转发给 最终的信宿。 在发送

15、短消息的时候必须指明短消息服务中心的号码。 每条短消息的信息量限 制为 70个汉字或 160个字符。 GSM 可以提供点到点短消息和广播短消息两种服务。点到点 短消息服务包括发往移动台和从移动台接收， 但发送和接收应在处于呼叫状态或空闲状态时 进行，由控制信道转送。广播短消息是系统周期性的对蜂窝中所有用户广播数据信息，广播 短消息也在控制信道上传送，移动台只有在空闲状态下才可以接收广播消息。可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子邮件功能的业务。智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。 此类终端具有文本信 息的编辑、存储处理等功能。交替的语音和三类传真是指语音与

16、三类传真交替传送的业务。 自动三类传真是指能使客 户经 GSM 网以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。其它电信业务这里不再赘述，读者可参考相关资料。2. 承载业务承载业务是在两个终端/网络接口处提供的业务，运行在 OSI （开放式系统互联）7层参 考模型的 1-3 层。 GSM 系统设计的承载业务不仅使移动客户之间能完成数据通信，更重要 的是能为移动客户与 PSTN 或 ISDN 客户之间提供数据通信服务，还能使 GSM 移动通信网 与其它公用数据网互通， 例如公用分组数据网和公用电路数据网。 在传输数据业务时， MSC 需要启用互通功能单元（IWF ）。IWF是为完成数据连通而规

17、定的全部功能。由于用户需求 的承载业务有多种，支持各种承载业务的也就要经过不同类型的MS 或 IWF 接入接口和终端网络。GPRS 是一组新的 GSM 承载业务，是以分组模式在公众陆地移动网（ PLMN ）和与外 部网络互通的内部网上传输。 GPRS （General Packet Radio Service）是通用分组无线业务” 的简称，于 1993 年由英国 BT Cellnet 公司提出。 GPRS 是 GSM Phase2.l 规范实现的内容之 一，能提供比现有 GSM网络9.6kbps更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带 宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的

18、 TDMA 帧结构。因此，在 GSM 系统 的基础上构建 GPRS 系统时， GSM 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。GPRS的系统结构如图22.3所示。图22.3 GPRS系统结构图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到 GPRS服务支持节点（SGSN），而不是通过移动交换中心（ MSC）连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点（GGSN）进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如 因特网或X.25网络。GPRS网为移动数据用户主要提

19、供突发性数据业务，能快速建立连接，无建链时延。GPRS特别适用于频繁传送小数据量和非频繁传送大量数据的应用。近年来，随着通信技术的发展和GPRS网络的不断优化，网络质量不断提高， 关于GPRS的行业应用的产品设计和方案越 来越多。GPRS的行业应用范围相当广泛，几乎可以涵盖所有中低速率的数据传输业务，尤 其适合于突发的小流量数据传输，主要应用于信息业务、网页浏览、E-mail、工控、金融和交通等行业。GPRS技术是现阶段解决移动通信服务的一种较完善的方案，成为GSM向第三代移动通信系统平滑过渡的一个重要环节。3. 补充业务GSM系统可以提供号码识别、呼叫提供及呼叫限制等8类补充业务。由于补充业

20、务主要用于移动用户选择网络对其呼叫的处理等，而与工业系统设计无关，这里不再详细介绍。22.2 GSM通信模块简介终端设备与 GSM网络的通讯及数据传输等是通过GSM通信模块来实现的，通信模块的选择与电路设计是整个系统设计的重要部分。目前生产GSM通信模块的厂商有很多，其产品也从外观到功能也不尽相同。比较有名的GSM通信模块生产厂商有 SIEMENS公司、WAVECOM 公司、Sony Eriesson公司、Motorola公司以及 SIMCOM 公司等。目前国内生产 GSM模块的公司有华为、中兴、展讯等，但上市不久，应用也不广泛。下面对部分常见的 GSM模块简要加以介绍。（1）SIEMENS公

21、司的TC、MC系列SIEMENS的GSM通信模块分为三个部分：汽车类应用产品（以 AC45为代表）、工业 类应用产品（以 TC35i，MC35i为代表）和消费类应用产品（以 MC45，MC388为代表）。 TC35和MC35曾是SIEMENS无线模块中针对工业应用的主推产品， TC35是纯GSM模块, MC35除具有TC35的所有功能外，还具有 GPRS功能。这两款无线模块性能稳定可靠，知 名度较高。 2003 年 SIEMENS 推出了与 35系列兼容的 TC35i 和 MC35i 。 35i 系列与 35系列 的引脚定义相同，长宽尺寸和固定点等也没有改变，只是厚度减小了一半，并增加了一些对

22、 于工业应用更为实用的 AT 指令。 2003 年下半年， SIEMENS 推出了一款全新的 GSM 模块 TC45。TC45开放了内部的 MCU及相关资源供用户编程使用，内含 Java虚拟机，提供Java 编程平台， 并内嵌了 TCP/IP 协议栈。 MC55/56 无线模块是 SIEMENS 最近推出的 GSM 模块， 具体功能及参数将于后面详细介绍。（ 2）WAVECOM 公司的 Q24 系列WAVECOM 是最早从事无线模块研究的公司之一，在中国市场占有量较大。其主要对 象是手机生产厂家，在模块的设计上也主要针对手机的应用，如开放内部MCU 、开放所有硬件接口等，而对工业客户则加以限制

23、。目前 WAVECOM 在中国的主要产品是 Q2403 和 Q2406 系列。（ 3）SonyEriesson 公司的 GM 、GR 系列SonyEriesson公司的产品主要有 GM47和GR47/48。其中，GM47支持GPRS但不具备 TCP/IP 协议处理功能， GR47 完全兼容 GM47 的所有硬件接口， 提供原 GM47 用户无缝升级， 是真正工业级的 GPRS模块，适应温度-30C 75 C,实现完全透明传输。电磁兼容性能好， 应用稳定，业内应用非常广泛。（4）SIMCOM 公司的 SIM 系列SIMCOM 公司在国内无线通信模块领域出现较晚，但由于其产品价格低廉（仅为同类 产

24、品的一半左右）、接口设计简单，因此发展迅速，尤其在无线公话类应用方面占据一定的 市场。SIMCOM公司的主要产品是 SIM100及SIM300C。SIM100是GSM/GPRS双频模块， 主要为语音传输、 短消息和数据业务提供无线接口。 SIM300C 是一款三频 GSM/GPRS 模块， 内嵌了 TCP/IP 协议栈。（5）Motorola 公司的 G 系列Motorola公司有两款 GSM模块 G18和G20，其中G18不带TCP/IP协议栈，G20内嵌TCP/IP 协议栈。 G20 是一款外观精巧、性能优良的产品，但价格较高。（ 6）BenQ 公司的 GSM 模块M22 是 BenQ 公

25、司一款嵌入了 TCP/IP 协议栈的 GPRS 模块，但不是工业级的模块，仅 适合室内应用或无线公话，价格便宜。另外，从功能来分， GPRS 模块可以分为三类：单纯的 GSM 模块、通用 GPRS 模块和 内置 TCP/IP 协议栈的 GPRS 模块。其中，单纯的 GSM 模块仅具备最普通的 GSM 业务，而不具备 GPRS 功能。这种模块 一般出现较早，如今大部分已经停产。 通用GPRS模块的特点是只支持 GPRS和短消息收发 模式，本身不具备 TCP/IP 协议处理功能。如果要使用此类模块传输 GPRS 数据，终端软件 要自行处理PPP拨号和网络协议。当处理能力不强或没有操作系统时，需要用

26、户自己开发或者移植一些协议， 通过编程实现 GPRS 的拨号上网、 PPP 配置并最终建立 TCP/IP 网络节点， 实现 GPRS 的附着和激活过程，此后才能与 Intemet 通信。因此用户的开发任务较重。内置 TCP/IP协议栈的GPRS模块是在通用 GPRS模块基础上内置了 TCP/IP协议，用户在使用时 只需调用相应的 AT 命令对其进行设置，模块自身就会完成 GPRS 网络和 Intemet 的互连，然后实现数据传输，开发过程较为简单。2在实际应用时，设计者可综合考虑成本及开发难度，选择合适的 GSM模块。下面对部分常用的 GSM模块进行分析、比较，列表如下。表22.1常用的GSM

27、模块对照表型号MC55GR47G20SIM 100M22公司SiemensSonyEriessonMotorolaSIMCOMBenQGPRS准class 10class 8class 8class 10class 44cclass Bclass Bclass Bclass Bclass B频段（MHZ900/E-GSME-GSM900/E-GSM900/TCP/IP1800/1900900/18001800/1900900/18001800/1900协议栈内嵌内嵌内嵌内嵌内嵌控制AT指令AT指令AT指令AT指令AT指令尺寸（mm35*32.5*2.950*33*7.245.2*24.4*6.

28、753*33*3.055.5*40*5.9重量（g）5.518.511.91113GPRS速率85.6 （下）85.6 （下）85.6 （下）85.6 （下）85.6 （下）（kbps）42.8 （上）42.8 （上）42.8 （上）42.8 （上）42.8 （上）电磁兼容较好较好一般一般一般抗震性能较好较好较好一般一般信号质量较好较好较好一般一般可操作性一般较好一般较好较好档次高档高档高档中低档中低档22.2.1 MC55 概述西门子工业级无线模块 MC55和MC56是一种低成本的内置完整 TCP/IP协议的GPRS 模块，是当今市场上尺寸最小的三频模块。其尺寸为35 mm X 32.5 m

29、m x 2.9mm，重量仅为5.5克，紧凑型设计为电路板制作节省了很大的空间，特别适用于大规模生产的生活消费 及工业设计，例如移动电话、智能手机、PDAS以及其他便携式设备。运用这两款模块可构成双三频模式的方案，其中，MC55适用于欧洲和亚洲的频段（900, 1800和1900MHz ）,MC56适用于北美洲市场的频段（850, 1800和1900MHz ）。MC55的外观如图22.4所示。图22.4 MC55的外观图（正面）MC55模块的主要特性如下：庄严.车载定位导航系统中通信功能的研究D.四川：四川大学.2006第22章GSM通信协议及其实现方法.供电电源：3.34.8 V电流消耗：关机

30、状态 50 pA ;睡眠状态3.0mA ;通话状态(平均)260mA ; GPRS class10 (平均)450mA，在睡眠模式时可以按需唤醒，如果没有所需行为可以自动进入节电模式。.传输功率：Class 4 (GSM850MHz 和 EGSM900MHZ 时 2 W); Class 1 (GSM 1800MHz和 GSM1900MHZ 时 1 W)接口特性：提供天线焊接盘、 单个50管脚板对板连接器 (board-to-board connector)、电源连接、2路模拟话音接口及1路数据话音接口( DAI ); 3.0V SIM卡接口、电池充电器接口及2个串口语音特性：语音编码模式为HR

31、、FR、EFR和AMR ;回声消除功能；噪音消减功能-SMS短消息：支持点到点发送( MO和MT)、 SMS小区广播；支持 Text和PDU模式；传输SMS通过CSD还是GPRS由用户定义*数据存储方式：SIM卡存储、存储器存储* GPRS 连接：支持 GPRS class 10 / station class B;符合 GSM phase 2/2+ 规范* GPRS数据传输：GPRS class 10下载时最大 85.6 kbps,上传时最大 42.8kbps;支持PBCCH ( Packet Switched Broadcast Control Channel );编码方式为 CS1CS4

32、* CSD数据传输：非透明传输模式；最大速率14.4 kbps;支持USSD (Un structuredSuppleme ntary Services Data)*标准AT指令控制：符合 GSM 07.05、GSM 07.07规范接入In ternet :通过 AT指令控制的 TCP/IP协议栈，提供 TCP、UDP、HTTP、FTP、SMTP、POP3等服务；支持 Wap传真：Group 3 , class 1, class 2温度范围：正常操作-20 C +70 C;操作限制温度-25 C -20 C和+55 C +75 C;关机温度+80 C;存储温度-40 C +85 C22.2.2

33、 MC55的内部结构与接口MC55主要由基带控制器、GSM射频部分、电源部分、测量网络FLASH/SRAM 存储器及应用接口几部分构成，其功能框图如图22.5所示。3基带控制器是整个模块的核心，控制模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程，工作于26MHz射频天线部分主要实现信号的调制与解调和外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换；匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源；50脚插座为用户提供包括电源、数据输入输出接口、SIM卡接口、音频接口和控制信号接口等。图22.5 MC55内部结构图用户在设计应用时，主要针对50脚应用接口进行操作。应用接口引脚分配如图22.6所示。工业系统设计中

34、常用到的引脚主要有：电源、SIM卡连接电路、模块开启及关闭电路、模块状态显示电路、语音通信电路及数据收发电路等。下面一一进行介绍。GNDGNDGNDGNDGNDCHARGEPOWERVDDLP/TXD0/TXD1/RXDO/RXD1SYNCBATT_TEMPRFSDAITXDDAISCLKTFSDAIRXDDAICCGNDCCINCCRSTCCIOCCVCCCCCLK25Il=Kll|tVIII3l1lt I * 出JI% - *图22.6应用接口引脚分配图22.2.3 MC55模块的电源接口MC55由单电源供电，供电电压Vbatt+ = 3.3V 4.8V，并且必须保证能够提供足够大的电流一

35、一在数据传送期间上升至2A。除此之外，电源应能满足模块非正常状态下的额外电流损耗，例如天线不匹配等。在应用中，应将5个V batt+引脚接在一起，并将 5个GND引脚接在一起。电源引脚及功能如表22.2所示。表22.2 MC55模块的电源接口引脚名1称/O功能参数2BAI正操作电压3.3V 4.8V630 TT+/O第22章GSM通信协议及其实现方法2GN-地线0V125D1POI充电器连接时信号送至处9WER理器2CHO外部充电晶体管控制信号0ARGE1VDIVBATT环工作时支持RTCUOUT8DLP/OVBATT+UIN2.0V5.5V2224 MC55模块的控制信号接口MC55 的控制

36、信号接口有四个： /IGT、/EMERGOFF、SYNC 和/RING0。其中，/IGT、 /EMERGOFF为输入信号，SYNC和/RING0为输出信号。具体功能见表 22.3所示。下面分 别予以介绍。表22.3 MC55的控制信号脚引名称I功能/O4/IGTI模块上电控制信号14/EMERI模块断电控制信号0GOFF1SYNCO模块状态/功耗显示信号33/RINGOASC0拨号连接/状态返回2提示1. MC55模块的启动和关闭接口信号MC55模块可通过三种模式启动：通过激活/IGT引脚进入正常操作模式；通过 RTC中断进入报警模式(Alarm mode );通过POWER引脚线启动。当模块

37、处在关闭状态时，可通 过RTC线启动报警模式，但此处于模式时模块不能注册到GSM网络，仅能完成设置时间和日期、设置报警时间、查询温度范围、关闭GSM模块等功能，并且仅有少量的AT命令有效。通过POWER线启动时，模块将处于仅充电模式(Charge-o nly mode)，在此模式下仅进行充电运算，既不能登录到GSM网络，也不能充分使用串行接口。要想转为正常模式并登录到GSM网络，需要将/IGT引脚激活。在电源Vbatt+已连接，模块关闭的情况下， 如果/IGT引脚有持续大于100ms的低电平， 模块将会被启动(如果有充电器或电池连接，则/IGT信号应至少持续 1s)。启动模块后，应该将/IGT

38、引脚置于高阻状态。MC55模块的启动电路如图 22.7所示。图中，在/IGT引脚处用了一个三极管 2N5551，通过MCU ( P1.4脚)来控制/IGT的低电平时间。R 155 51一/IG T-MC U56 0Q图22.7 MC55模块启动电路另外，在使用/IGT引脚启动模块时，还应注意以下问题：/IGT引脚在Vbatt+超过3V时才可操作；/IGT引脚在VDD上一个下降沿以后的至少 10ms内不能被操作；Vbatt+超过 3V电压10ms之后，/IGT才可以变成低电平，并且下降沿的持续时间不能超过 1ms;启动 模块还需要/IGT保持最少100ms的低电平；/IGT被驱动时，Vbatt+

39、不能低于3V。MC55模块关机方式有以下几种：使用AT命令 （ATASMSO ）（正常模式）；设置信号线/EMERGOFF为低电平（异常模式）；自动关机。当然，最好最安全的关闭模块的方式是使用 ATASMSO指令。这种方式能够让模块在断 电之前脱离网络并且让软件进入一个安全可靠的状态。这种模式称为关机模式（POWERDOWN ），在此模式下，仅有 RTC保持活动。如果模块出现了严重问题，例如软件超过5s没有反应或不能正常关机时，可以使用/EMERGOFF信号。将/EMERGOFF拉低至0V超过3.2s, GSM模块将会关闭。需要注意的 是，将/EMERGOFF拉低将会使存储在可变存储器中的数据

40、全部丢失，因为电源将被立刻切 断。/EMERGOFF端的电路设计可参考 /IGT电路。如果出现异常，MC55模块将会自动关机，通常有以下几种情况： 环境温度超出了 MC55 模块的上限和下限值；电池温度过高或过低；电压过低，自动保护（若电压过高，则模块有 可能被损坏）。2. MC55模块的状态/功耗显示接口信号MC55模块的SYNC引脚有两种操作模式：同步信号模式和控制状态LED模式。两种模式可以通过指令 ATASSYNC来选择。使用指令 ATASSYNC=0 （默认）可以将引脚配置为 同步信号模式，这时SYNC引脚用来指示发送数据时增加的功耗消费。如果用户需要在应用中更好地进行功耗控制，则可

41、以使用此模式；使用 ATASSYNC=1可以将引脚配置为控制状 态LED模式，这时SYNC弓I脚用来指示模块的工作状态，如关机、检测到无SIM、睡眠、GPRS数据传送、通话等。使用控制状态LED模式时，可参照图 22.8的电路。图22.8模块状态显示电路使用控制状态LED模式时，模块通过LED亮和灭的时间组合来表示模块现在的工作状 态，具体的参数如表 22.4所示。表22.4 LED模式下LED与模块的状态表指示灯状态模块状态常灭关机、睡眠、充电或报警600 ms 亮 /600 ms 灭没有插入SIM卡、正在搜索网络、用户认证网络登陆75 ms 亮 /3s 暗已登录网络，没有呼叫，处于待机状态

42、75 ms 亮 /75ms 灭 /75 ms 亮/3s 灭一个或多个GPRS Con texts激活闪烁（闪烁间隔0. 5s）GPRS&据正在传输常亮语音呼叫：已经跟远端连上数据呼叫：已经连到远端、建立或断开连接时交换参数刚开机时，模块 600ms亮/600ms灭，表示正在搜寻网络，时间大约持续5s左右。如果5s之后LED仍然闪烁，说明SIM卡未插入或者 SIM卡连接有问题，可能是触点过脏或引脚 焊点接触不良，此时应该检查硬件。22.2.5 MC55模块的SIM卡接口MC55的基带控制器有一个完全兼容ISO/IEC 7816 IC 卡标准的SIM接口，这个接口连接到外部的主接口（板对板连接器）

43、上用以和外扩的SIM卡座相连。板对板连接器上的6个引脚留作SIM卡接口。这些引脚的名称及功能如表22.5所示。表22.5 SIM接口名称及功能引脚名称功能1CCCLKSIM卡操作时钟2CCVCC来自电源供应电路的 SIM卡供电电压3CCIO串行数据线，输入和输出4CCRST基带控制器提供的 SIM卡复位信号5CCIN基带控制器上的输入信号，用于检测SIM卡槽内是否安装SIM卡6CCGND用于SIM卡改善EMC的隔离地根据ISO/IEC 7816-3规范，一旦在操作过程中 SIM卡被移出，则 SIM卡接口应立即关 闭。此外，在操作过程中 SIM卡被移出或插入需要软件支持，重新插入SIM卡后应当重

44、启MC55/56。需要注意的是，尽量不要在操作过程中插拔 SIM卡，这样有可能会造成数据丢失。CCIN引脚便可以用来检测 SIM卡是否被移出。在 SIM卡被强行与卡座分离之前，CCIN引脚必须变成低电平，这样可以有效地保护SIM卡和SIM卡接口不被损坏。如果实际应用中SIM卡不会被经常插拔，CCIN引脚也可以不连接。SIM卡和GSM模块的典型连接如图 22.9所示。图中CCDTE1和CCDTE2引脚分别连 接至GSM模块的CCVCC和CCIN，用来检测SIM卡座中是否有 SIM卡。如果设计者选择 使用6脚的SIM卡座，CCIN引脚也可不连接，设计者可用软件（ AT指令）来查询SIM卡 的连接情

45、况。电路中两个100nF的电容（或者用一个200nF的电容）设计时应尽量靠近 SIM 卡座的第1脚（CCVCC）和第4脚（GND ），连接电容到引脚的导线电阻应尽可能的小。另外，SIM卡座到MC55模块的连线应该尽量短，不能超过200mm，如果超过200mm则容易引发各种问题，女口 MC55检测不到SIM卡等。SIM卡座GSM模块图22.9 SIM卡和GSM模块的连接电路22.2.6 MC55模块的串行接口MC55提供两个符合ITU-T V.24协议规范的非平衡、异步串行接口 ASC0和ASC1，但 其电气特性不符合ITU-T V.28规范。接口信号电平为 0V （低数据位或 ON状态）和2.

46、65V（高数据位或 OFF状态）。GSM模块用于DCE，用户应用端如微处理器为DTE。MC55的串口如图22.10所示。图 22.10 MC55 的串口MC55的两个串口 ASC0和ASC1功能不同，下面简单加以介绍。ASC啲主要功能如下： ASC0为8线串行接口，其中数据线为 /TXDO和/RXDO，状态线/RTSO和/CTSO和控 制线/DTR0、/DSR0、/DCD0 和/RINGO。 ASCO主要用于语音呼叫、CSD呼叫、传真和 GPRS业务，还可以通过 AT指令控制MC55。全复用功能允许接口被分成三个虚拟通道，但CSD和传真服务仅在第一逻辑通道有效。应当注意，如果ASCO工作于复用

47、模式，则 ASC1将不能使用。* /RINGO用来显示呼入信号以及主动返回码URC ( Un solicited Result Code )，或者提供脉冲给上位机，比如用来把应用程序从节电模式唤醒。* ASC0 支持以下波特率：1200，2400，4800, 9600, 19200，38400，57600, 115200,230400bps。自动波特率匹配仅在 ASC0串口可用，但在复用模式不能使用。ASC1的主要功能如下：* ASC1为4线串行接口，包括数据线/TXD1和/RXD1，用于硬件握手的/RTS1和/CTS1。ASC1用于语音呼叫、GPRS业务和对MC55进行AT指令控制，不能用于

48、CSD呼叫、 传真和复用模式。在ASC1串口无/RING0线，如果要在此串口指示 URC可以使用ATASCFG命令进行 设置。另外，ASC0和ASC1两个接口都被配置为 8个数据位、无奇偶校验和1个停止位，并且可以工作于 300bps至230400 bps。XON/XOFF软件流控制在这两个串口均可使用(节电 模式激活时除外)。22.3 AT指令简介GSM模块的外围硬件设计完成之后，用户对GSM模块的控制或状态查询大部分是通过 对模块发送AT指令完成的。AT指令是GSM模块软件设计的主要组成部分，下面简要进行介绍。22.3.1 AT指令概述AT取自英文单词 Attention的前两个字母，AT

49、指令原本是Hayes公司为其生产的一系列智能型modem制定的指令集合，以实现对modem的各种控制。由于 AT指令大大简化了通信程序与 modem之间的接口设计，因此后来各厂家生产的 modem也都支持AT指令，AT 指令已成为事实上的 modem控制标准。最初，AT指令仅被用于 Modem操作。后来，移动 电话生产商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套 AT指令，以实现对手机等移动终端的控制。目前 AT指令应用十分广泛，很多通信设备都支持 AT指令，如 调制解调器、交换机和手机等。对于用 AT指令控制移动设备，欧洲通信标准（ETS）做了如下 定义：TA (Terminal

50、 Adaptor)控制移AT命令只是规定了一系列具AT命令的意义进行解析并由AT指令是终端设备（Terminal Equipment）通过终端适配器动设备（Mobile Equipment）功能和网络服务的一组通用命令集。体意义的命令语句的集合，本身并不能完成任何功能，必须将此产生相应的操作去控制移动终端。具体的控制流程如图22.11所示。TEAT指令响应TAME状态返回ME控制ME用户或应用程序图22.11 AT指令控制流程对GSM网络应用而言，主要是通过用户终端（TE，女口 MCU ）发送AT指令来控制移动设备（ME，如GSM模块），与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行语音呼

51、叫、短消息、电话本、数据业务、传真等方面的控制。GSM模块与用户接口的信息交互分两种方式：主动发送和被动发送。主动发送是GSM主动给用户接口发送信息，告知 GSM模块当前的状态；被动方式是由用户接口给GSM模块发送AT指令，GSM根据不同的指令执行不同操作，并返回相应的响应（Response）。所有的AT指令均是以字母“ AT”作为开始，以回车符（16进制码OxOd）作为结束，而 响应则是以0x0d,0x0a作为起始和结束，中间包含响应的内容。举例以下：用户发送：A,T,0x0D（发送指令“ AT”）;GSM响应：0x0D,0x0A,O,K,0x0D,0x0A（响应为“ OK ”，表示模块可以

52、接受指令 ）。如今，AT指令被加入到了 GSM 07.07标准，此标准是手机、Modem等设备与计算机等 进行通信的标准。由于不同的厂家生产的设备功能不尽相同，因此许多厂家对AT指令进行了扩充或修改，因而不同设备的指令格式并不完全相同，但一般都遵循GSM07.07标准。22.3.2 MC55常用AT指令简介MC55模块和用户接口的通讯同样是基于AT指令的。MC55模块支持的AT指令符合GSM07.05及GSM07.07标准，还有一些SIEMENS自定义的指令。 MC55支持的AT指令可 分为配置指令、状态控制指令、安全指令、FAX指令、GPRS指令、呼叫相关指令、短消息指令、网络服务指令、电话

53、本指令、SIM应用工具包等。MC55模块AT指令的语法格式有多种，如表22.6所示。表22.6 MC55模块AT指令的语法格式AT指令类型语法格式功能测试命AT+CXXX=测试当前指令是否执行或者给出参数类型令?读命令AT+CXXX?读取当前参数的数值写命令AT+CXXX=设置用户自定义的参数值执行命AT+CXXX读取由GSM模块内部的处理器决定的非变量令参数MC55的每条指令执行的返回结果都是以OxOd、0x0a （ 、 ）作为起始和结束（指令ATV0和ATQ1除外）。为了简便起见，本文在书写返回结果时仅标明指令具体返回的 响应，而不再列写 和。MC55的指令执行返回结果有如下几种情况：*指

54、令的语法错误，将返回“ ERROR”字符串。指令语法正确， 参数错误，将返回+CME ERROR : ”，或+CMS ERROR : （针对与短消息相关的指令 ）。其中的参数“ ”表示相关的错误代码。*指令被正确的执行，返回“ OK”。由于MC55支持的AT指令很多，这里仅介绍工业设计相关的部分指令。其它的指令读者可参考西门子 AT指令使用手册（MC55 AT Comma nd Set，v02.06，2004 ）。1. 呼叫控制指令呼叫控制指令用来控制拨打、挂断以及接听电话等，主要有以下三条指令：（1）ATDxxxxxxxx ；拨打电话号码xxxxxxxx，注意最后要加分号，中间无空格。（2）ATH挂断或拒接来电。（3）ATA接听来电。2. 初始化设置指令初始化设置指令主要用来配置模块引脚的功能、设置串口通信的波特率、指令返回格式以及设置错误代码的格式等。（1）ATASSYNC配置SSYNC引脚，模式0表示功率状态指示，模式1表示MC55工作状态指示。举例：ATASSYNC=1如果返回“ OK ”，表示设置成功，如果返回“ ERROR ”，说明有错误发生，应检查是 否插入 S