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1、 创 新 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 基于SIM300C的GSM移动通信模块设计 学生姓名： 指导教师： 二级学院： 信息技术学院 专业： 通信工程 班级： 08通信工程（1）班 学号： 提交日期： 2011 年 11 月 16 日 答辩日期： 年 月 日 目 录摘 要IIAbstractIII绪 论41 GSM系统介绍51.1 简述51.2 移动通信技术51.3 GSM安全52 模块设计62.1 设计思路62.2 SCH原理图的绘制62.3 PCB板的设计62.4 PCB板的焊接73工作控制电路设计83.1 电源电路83.2开关机电路93.3模块工作状态指示电路103.4蜂鸣器指示
2、电路103.5 SIM卡接口电路113.6 MAX232串口电路113.67音频电路123.8 网络指示电路124 软件设计134.1 串口电路的设计134.2串口电路的设计134.3设计程序145 结 论17参考文献18基于SIM300C的GSM移动通信模块设计摘 要 GSM系统原是泛欧数字移动通信的简称，是欧洲邮电主管部门会议为开发数字蜂窝移动通信体统而在1982年成立的机构。1978年，欧洲15个国家的电信业务经营者在哥本哈根一个谅解备忘录，简称MOU。它是关于实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的备忘录。随着移动通信设备的研制与开发及数字蜂窝移动通信网建立，GSM就逐步成为了欧洲数
3、字移动通信系统的代名词。欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System For Mobile Communication”，从而使其变成了“全球移动通信系统”的简称。本次设计主要涉及GSM系统收发短信的基本概念以及系统的接口与协议。详细介绍单片机控制GSM模块工作的软件实现过程，并探讨如何让用单片机控制GSM模块收发短信，对程序的设计与实现也做了仔细的分析。 关键词： GSM系统 SIM300C芯片 短信接收 PCB The GSM mobile communication module design based on SIM300CAbstract Pan-European GS
4、M system was originally short for digital mobile communication system, the Conference of European Post and Telecommunications authority for the development of digital cellular mobile communication system and in 1982 established. In 1987,15 European counties, the telecommunications business operators
5、 in Copenhagen signed a memorandum of understanding referred to as MOU. It is on the realization of pan-European digital cellular mobile communication standard 900MHz memorandum. With the mobile communications equipment research and development and the establishment of digital cellular communication
6、 network, GSM will gradually become a European digital mobile communication system synonymous. GSM Europe experts will be renamed " Global System For Mobile Communication", making it into a global mobile communications system for short.With the system model, the paper GSM module use of text
7、 messages and the basic concept of the serial port control the basic principle of SMS. Detailed introduction single-chip microcomputer control GSM module working software realization process, to how to use a single chip microcomputer control GSM module use of text messages are discussed, and the mai
8、n body of the program design thought to give a more detailed analysis.Key words: GSM SIM300C To send and receive text messages PCB 绪 论GSM 是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了漫游协定移动电话运营商之间自由漫游。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。 这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3
9、GPP开发的开放标准。基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建议上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。笔者开发设计的基于GSM网络的温度数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递。本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机负责将数据
10、从E2PROM中读出，并经GSM模块借助GSM网络将数据发送出去。单片机不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。在这里，E2PROM是温度数据临时存储和上传的中转站。终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。当终端处理模块需要向GSM模块发送控制命令时，GSM模块接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。 1 GSM系统介绍1.1 简述 GSM是Global System For Mobile Communications的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。GSM是全球移动通信系统(Global System
11、of Mobile communication) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。 GSM 是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了漫游协定移动电话运营商之间自由漫游。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。 这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。 从用户观点出发，GSM的主要优势在于用
12、户可以从更高的数字语音质量和低费用的SMS之间作出选择。网络运营商的优势是他们可以不同的客户定制他们的设备配置，因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。这样，标准就允许网络运营商提供漫游服务，用户就可以在全球使用他们的移动电话了。 GSM作为一个继续开发的标准，保持向後兼容原始的GSM电话，例如报文交换能力在Release 97版本的标准才被加入进来，也就是GPRS。高速数据交换也是在Release 99版标准才引入的，主要是EDGE和UMTS标准。1.2 移动通信技术 GSM属于第2代（2G）蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用
13、的宽带CDMA技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术，宽带CDMA技术被称为三代移动通信技术，即3G。1.3 GSM安全 GSM 被设计具有中等安全水平。系统设计使用共享密钥用户认证。用户与基站之间的通讯可以被加密。The development of UMTS introduces an optional USIM, that 使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。GSM只有网络到用户的验证(而且还不是 vica versa).虽然安全模块提供了保密和鉴别功能，但是鉴别能力有限而且可以伪造。 GSM为了安全使用多种加密算法。A5/1和A5/2两种串流密码用于保证在空中语音
14、的保密性。A5/1是在欧洲范围使用的强力算法，而A5/2则是在其他国家使用的弱强度算法。在两种算法中严重漏洞都已经被发现，例如一个单一密文攻击可能实时的中断掉A5/2. 但是系统支持多个不同算法，这样运营商就可以换一个安全等级更强的。 2 模块设计2.1 设计思路设计采用芯片如下：单片机主控芯片AT89C51，电平转化芯片MAX232,，移动通信芯片SIM300C，先通过电路图绘制，SCH图绘制，PCB板的设计，PCB板印刷，整个模块焊接，来完成通信模块，然后通过PC机实现软件测试与模拟，最后通过单片机实现对短信电话收发的控制。2.2 SCH原理图的绘制在protel软件的设计平台之上，画出了
15、SCH原理图，它分为显示模块，单片机最小系统模块。两个模块通过图形生成符号，再通过网络号映射的方法将其相连接。以下是SCH原理图：2.3 PCB板的设计在画好的SCH原理图的基础之上，通过菜单栏DESIGNCREAT NETLIST生成网络表文件，再在空白PCB中导入该网络表文件生成初始文件。然后先采用自动布线，再手动布线对部分线进行美观处理，调整好了之后，对PCB文件覆铜，最终生成的PCB板如下所示：2.4 PCB板的焊接绘制完原理图后，我们对规范的PCB板进行了焊接。焊接完成后，加深了对硬件电路的理解，为下一步的软件编程埋下了伏笔。由于焊接过程中，存在虚焊现象，造成短路、断路现象，经过初步
16、检验后，解决了部分问题。焊接是需要注意烙铁和电路板之间45度，焊接面光滑，焊点太大也不要太小，焊接时间不要太长，容易烧坏元器件和破坏板上的铜线。焊接顺序基本上是从内到外，先低后高。3工作控制电路设计3.1 电源电路1、模块正常电源工作电压范围：3.4V4.5V2、电源电路选择原则：当输出电压值与输入电压值比较接近时，可以采用LDO等串联型稳压电源；当输出电压值与输入电压值相差比较大时，建议采用开关型稳压电源，以提高电源的利用效率3、电路结构 *输入电路：实际的电源输入电路应具抗浪涌、静电、群脉冲等共模与差模干扰的能力， *电源管理芯片：芯片选择要考虑模块在发射期间的峰值功率（7W8W）及峰值电
17、流（2A）。*输出电路：加入滤波电路及去耦电路（0.001UF电容或0.1UF电容）；若采用LDO的串联稳压电源（如MIC29302）则需在输出端接一空载负载电阻，以保证空载时输出电压之稳定4、电池连接方式：若采用镍氢电池则建议将电池接至电源管理芯片前级；若采用锂电池则可直接接至电源开关处，通过电源开关将电池电压加于模块VBAT端（电池与电源管理芯片MIC29302BT间需接一单向二极管，以隔离电源管理芯片输出级电路对电池的影响）5、电源部分抗干扰和保护电路 电源部分电路的干扰从传输路径看分为传导型干扰和辐射型干扰，传导型干扰对模块产生影响的干扰主要为差模或单极性的干扰信号，而辐射型干扰在PC
18、B板上易产生共模型干扰信号（辐射型干扰可以采用屏蔽措施进行抑制），现介绍一些干扰抑制电路，以增强电路的抗干扰能力。 由于SIM300C模块在发送的时候电流约2A，会因线路阻抗产生压降使VBAT电压不稳，所以在设计电源电路的时候需要注意以下问题。1、对模块的供电应该有大于2A 的裕量。2、为了减小线路阻抗增强VBAT 稳定性，电源线应该尽量宽，走线应该尽量短。3.2开关机电路3.3模块工作状态指示电路3.4蜂鸣器指示电路3.5 SIM卡接口电路1、SIM卡电源电压由模块内部可控LDO提供，支持1.8V和3V的SIM卡2、SIM卡接口电路采用I2C二线式结构，通过串行时钟线和串行数据线完成串口数据
19、传输，其时钟线时钟频率为13MHZ / 4；串行数据线须用一10K电阻上拉到SIM卡电源上，以保证数据传输的正确性 3、抗干扰及保护电路：ESD器件能对静电进行抑制，SIMRST、SIMCLK、SIMDAT三线上串入的10K电阻有抗传导型干扰的作用3.6 MAX232串口电路3.67音频电路 模块音频电路分为主音频通道和辅助音频通道，主、辅音频通道间的切换通过AT命令进行切换（V4.0软件通过AT+CHFA命令进行切换，V10.0软件通过AT+CHF命令进行切换）；模块音频电路电源电压为2.5V。3.8 网络指示电路4 软件设计4.1 串口电路的设计功能说明：首先完成M401模块硬件电路设计，
20、其次通过AT命令的学习完成相关软件设计，设计结果是将M401模块插入柜机经过调试能实现语音通信和短信收发。 4.2串口电路的设计单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C52和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过I2C总线扩展了一个E2PROM存储器芯片AT24C64，它的主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必
21、须的。注意事项如下：1、串口3线通讯，当实验中只用3跟线（RXD、TXD、GND）时，可以正常通AT命令，打电话，以及下载模块升级程序；2、在应用MCU+模块的情况下，单片机应禁止在模块加电瞬间（10S左右）通过串口与模块进行数据交互；3、本模块串口电平为2.8V，与外围串口电平有较大差异，需使用串口电平转换芯片进行隔离。4.3设计程序#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit Mode_Con= P32;sbit clk_lock= P33;sbit oe1= P34;sbit oe2=
22、P35;sbit LE= P36;/*全局变量*/uinti=0; /接受数据位置控制字uchar Reg_Data; /待发送数据寄存变量uchar Rx_Data4; /接受数据存储数组uchar Tw_Data21=0xfd,0xf7,0xf0,0xe8,0xe0,0xd9,0xd1,0xc9,0xc1,0xba,0xb2,0xaa,0xa3,0x9b,0x93,0x8c,0x84,0x7c,0x75,0x6d,0x65;uchar Toff_Data21=0xfe,0xf7,0xf0,0xe8,0xe0,0xd9,0xd1,0xc9,0xc2,0xba,0xb2,0xab,0xa3,0
23、x9b,0x93,0x8c,0x84,0x7c,0x75,0x6d,0x65;uchar Ip_Data= 0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff;/*串口初始化*/void Init_Com(void) P1=0x00; SCON=0X50;/设置串口工作方式为1 PCON=0x00;/波特率不加倍 TMOD=0x20;/定时器T1工作方式2 TH1=0XFD; /定时器初值：9600波特率 TL1=0XFD; TR1=1; /启动定时器1 EA=1; /开中断 ES=1; /允许串口中断/*串口中断处理函数*/void serial_r() inte
24、rrupt 4 using 1uchar j,k;if(RI)RI=0;Rx_Datai=SBUF;SBUF=Rx_Datai;i+; if(TI)TI=0; if(i=4) i=0; k=0; EA=0; /关中断 if(Rx_Datak+=1) Mode_Con=1; else Mode_Con=0; j=Rx_Datak+;Reg_Data=Tw_Dataj; LE=1; P0=Reg_Data; j=Rx_Datak+; Reg_Data=Tw_Dataj; LE=1; P1=Reg_Data; j=(Rx_Datak+); P2=Ip_Dataj; EA=1; /* 主函数 */vo
25、id main() P2=0x00; Mode_Con=0; Init_Com();while(1)5 结 论经过接近一个月的时间的摸索，基于SIM300C的GSM收发模块已经基本完成。设计中所做的主要内容如下：1、围绕“GSM收发模块设计”这一课题，从网上和以前的一些教程中收集大量参考材料，了解GSM体统的发展、历史、现状等基本情况。并对设计中所用的各个芯片的功能与基本结构进行了重新的认知，也从中体会设计涉及的关键技术的重要性及应用，对AT命令的使用，原理图的绘制、程序的编译、各个电路的功能都有了全新的理解。2、在系统设计制作过程中重点在芯片与电路的结合上，通过多次的软件模拟调试，最后实现了
26、短信的接收。GSM的收发模块现如今在很多领域都有广泛的运用，在人们不断的摸索和进步中，它也会越来越符合人们的高要求。创新设计无疑是很锻炼我们自学能力和自主动手能力的，在这个过程中会遇到很多以前没有遇到的问题，只有自己不断的摸索思考并解决问题，才能从这次设计中收获更多。通过这次设计又重新体会了运用以前所学知识解决问题的重要，不仅锻炼动手能力，也锻炼了思维。参考文献1 李辉.基于GSM短消息的无线通讯系统D.南京:南京理工大学，2004.2 SIEMENS.AT Command Set Siemens Cellular EnginesZ.03.10.Siemens AG,2002.3 李鸿.用单片机控制手机收发短消息J.计算机与数字工程,2005
