用MCS－51单片机实现基于GPRS
的INTERNET接入
Realizing the wireless access of
Internet by GPRS using MCS-51
microchip
上海大学通信与信息工程学院毛洋林陈沨潘志浩
Mao,Yanglin and Chen,Feng Pan,Zhihao
摘要：本文介绍了一套运用51单片机及西门子公司的GPRSmodem（MC35）来实现INTERNET接入的系统设计方案，并提供了相应的硬件原理图和程序流程图。
关键词:GPRS  GPRSmodem  INTERNET  TCP  PPP
tcpip协议pdf
Abstract:This article introduces a system design method, which is to realize the wireless access of Internet by 51 microchip and GPRSmodem of Siemens, and also provides corresponding hardware the
ory scheme and software program scheme. Keywords: GPRS  GPRSmodem  INTERNET  TCP  PPP
1．引言
无线已不再是梦想，2.5代GPRS使无线移动互联成为了人们追求的新热点[1]。GPRSmodem作为GPRS在INTERNET的PC接入终端已得到广泛应用的同时，相应的，在8位单片机上运用GPRSmodem实现INTERNET接入也已开始为人们所重视与研究。目前我国电信提供的GPRS服务采用的是CS－2编码，上行开通一个时隙通道，下行开通三个时隙通道，使得上下行理论传输速率分别降为13.4kbps和40.2kbps[2]，而实际所能达到的GPRS全双工通信速率则又更低。显然传输宽带视频等多媒体数据对GPRS而言要求过高；但在实时要求较低的低速控制信息的无线传输上，GPRS则可以发挥永远在线、快速登录、按流量计费等优势[3]。如果无线传输的仅仅只是低速数据，用成本较高PC来控制似乎显得有些大材小用了。本文提供了一套运用MCS-51单片机及西门子公司的GPRSmodem（MC35）来实现INTERNET接入的系统设计方案。
2．设计原理
2．1 GPRS结构与通信原理简介
通用分组无线业务（GPRS ）是在现有GSM 网络基础上发展起来的分组交换系统，并与互联网（
INTERNET ）相联
[4]。如图
1所示GPRS 网络主要由在GSM 中新增加的GPRS 业务节点组成，并通过GPRS 网关节点实现与INTERNET 的互联。在本系统设计中，要与INTERNET 所交互信息的数据端先通过GPRSmodem 与当地的GSM 中的GPRS 业务节点进行无线通信，并进入GPRS 网络，然后通过GPRS 网关与INTERNET 进行数据交互。
2．2 系统的分层考虑
如图1所示，本系统主要由数据端和GPRSmodem 组成，完成远程接入INTERNET 并与INTERNET 进行数据交互的功能。
2.1所讲述的只是简单数据流向的过程，而在实际通信中，数据处理是非常复杂的。系统设计是需要向传统网络通信那样进行分层考虑。进入GPRSmodem 的数据必须包含各层网络协议，系统对数据的加工、协议的加载都应由数据端完成。
借鉴数据端为PC 的网络通信OSI 的七层标准，针对本系统数据端为单片机控制的实际情况，系统完成的只需是下四层网络协议：物理层、数据链路层、网络层和传输层。
图2简单示意了本系统的分层结构，
为了避开与本系统无关的GPRS 内部复杂的协议转换和数据操作流程，该图把GPRS 服务节点和网关节点等GPRS 内部节点简化抽象为GPRS
网络，把GPRS 内部协议及INTERNET 网关协议等协议简化抽象为GPRS 网关协议。
物理层：该系统与GPRS 网络之间的物理层通道就是GPRS 连接。具体的GPRS 协议都已被做在GPRSmodem 中，通过数据端对GPRSmodem 正确的AT 指令设置后，就可以进行AT 拨号指令进行拨号连接。当收到GPRSmodem 的拨号反馈应答后，一条物理通道即GPRS 信道就在本系统中GPRSmodem 和GPRS 网络之间建立了起来。
数据链路层：在物理层之上，PPP 协议作为GPRSmodem 在物理层之上的唯一指定的数据链路协议，通过CRC 校验、确认等手段将原始的GPRS 物理层连接改造成无差错的数据链路[5]。PPP 协议又分三个子协议：链路控制子协议LCP 用于设定、测试并建立数据链路；PAP 子协议保证用户的用户名和密码被位于GPRS 网关内RADIUS 认证（我国电信GPRS 数据通信允许用户名和密码匿名）；网络控制子协议NCP 设为IP 控制协议IPCP ，因为上层网络层协议为IP 。PPP 协常成功后，系统将成功远程登入INTERNET ，并得到GPRS 网关分配给自己的A 类IP 。
网络层：IP 协议作为网络层协议当然不让，IP 位于PPP 协议之上，是目前运用最为广泛的网络层协议，是TCP/IP 协议族中最为核心的协议，所有上层协议包括TCP 、UDP 等数据都以IP 数据报传输。IP 提供最好的传输服务，但它不能保证IP 数据报能成功到达目的地，是不可靠的连接。网间协议IP 将联入INTERNET 的具有不同IP 的终端都联系起来。经过IP 路由选择，可以实现本系统与连在INTERNET 上任一IP 终端进行数据交互。
传输层：选择TCP 作为网络层之上的传输层协议，是为了弥补IP 连接不可靠的不足，为上层数据传输提供面向连接的、可靠的服务[6]。
除了物理层GPRS 协议已被GPRSmodem 所包涵外，其他三层协议都需要单片机实现。在OSI 规范中的会话层、表示层、应用层都是和PC 内不同进程有关的协议，所以在单片机通信设计中，将不需考虑这三种协议的设计。
3． 硬件设计
整个系统的硬件框架如图3所示。
理器选用CYGNAL 公司的C8051F023。3.3V 供电，其最单片机：作为数据端的控制核心，处高工作频率可达25MHz ，且很多指令都可以在1～2个MIPS 内完成，速度很快；有两个UART1口；片载4KRAM 和64KFLASH ，为编写和运行简单的TCP/IP/PPP 协议程序提
DATA
供了必要的空间；还有充足的I/O 口。
GPRSmodem ：选用SIEMENS 公司的MC35。该模块提供了9针的标准RS232接口，身运算或处理． 程序流程
通过MAX3232电平转换芯片和C8051F023的UART0口相连，可进行全双工的数据通信。MC35需12V 供电，在上电后还需要DTR 的低电平向高电平跳变触发启动。实际设计中，指定了C8051F023的P2.0口经MAX3232电平转换后作为MC35的DTR 。
在设计中，数据端的数据来源可以有两种方式：一种是由C8051F023自产生，另一种是由其它终端数据设备通过UART0口向C8051F023发送的数据，即把本系统应用成为通用的GPRS 数据收发模块。
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图4  C8051F023程序流程图

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