以MXS51为内核构造的单片集成系统

 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控制系统。在类似控制系统中，如何满足系统要求且与MCS51微处理器兼容和如何减少系统面积是设计中的两大关键问题。通过分析MCS51的指令和时序关系，设计出具有自主知识产权的与MCS51兼容的微处理器，完成它与外国电路集成和自测试电路的插入。该系统在FPGA和门阵列上分别进行了布局布线和后仿真，并通过了FPGA的原型样机测试。

    关键词：SFR 特殊功能寄存器 FSK 频移键控 DTMF 双音多频

引言

随着电信市场的日益开放、竞争、运营商面蜊更大的压力，须提高投资回收效率，提高固定电话的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，短信正以其特有的快捷和方便，影响着人们日常生活的许多方面。“固定电话信息化”和相关标准的出台，固定电话的厂商也推出类似的服务，从而实现传统电话的增值。

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，应该考虑如何将价格降到用户可以接受的范围。

本系统就是针对这样的市场需求而设计。它需要1个满足系统要求的微处理器、1个大的字库来支持。同时，该芯片必须控制在一定面积下，以降低成本。

本文将着重介绍与MCS51兼容的微控制器的设计和DTMF解码中的数据处理。
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1 与MCS51兼容的微控制器设计

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范围可达到64K.MCS51有5个中断源，其中2个为外部中断源，每个中断源的优先级是可编程的。为了满足固网短信系统功能需求。主要对MCS51进行如下三方面的扩展。SFR扩展、存储器扩展，外部中断扩展。

1.1 SFR扩展

为了与MCS51兼容。把FSK、DTMF中的控制寄存器和状态寄存器MCS51的SFR统一编址。这样8051管理、控制、监视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。因此，可以使用片内数据存储器相同的操作方法，不用增加指令来完成这些功能，这种结构的扩展可以看作是MCS51内部总线的扩张和把FSK、DTMF看成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

因为固网系统需要一个庞大的字库来支持，所以MCS51的64KB存储能力是不够的。通过添加一个MMU模块，将CPU该存能力扩展到2MB。当CPU访问外部存储器时，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起构成21位的物理地址，来完成对外部存储器的操作，数据通路如图2所示。

1.3 外部中断的扩张

为了让系统能旧电故障等异常事件中断请求信号，保留了MCS51原来的两个外部中断源，同时增加了7个外部中断和相应的3个寄存器，分别用于锁存中断、屏蔽中断和对中断的优先级进行控制。如图3所示。

中断的实现，CPU在每一个机器周期预序检查每一个中断源，如果发现有中断请求且没有在处理相同或更高的优先级中断，CPU就处理该中断。先得相应的优先级状态位置位，然后捃一个硬件子程序。该子程序把中断处理程序的入口地址送到程序计数据。各中断源程序的入口地址如表1.中断处理程序从该地址开始一直执行到RETI指令为止，然后将相应的优先级级位清0.

表1 中断服务程序的入口地址

中  断  名  称 中断入口 Fsk接收中断 002B Cas中断 003B Fsk发送中断 003B 极性反转中断 0043 摘机中断 004B 门控时钟中断 0053

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