Давным-давно было у нас устройство, в котором в качестве модема использовалась Техасовская TCM3105 - v23/bell202 модулятор/демодулятор.
После того, как с их приобретением стало совсем туго, в качестве временной замены был выбран AT90S3213. Вернее, сначала взяли AT89С2051, но тут только-только появился AVR, более быстродействующий, и переписали на него, благо он оказался pin-to-pin совместимым. Сигнал приходил на встроенный компаратор, который оказался весьма паршивым. По отношению С/Ш программный модем оказалса хуже ТСМки, но на >10км выделенке работал вполне удовлетворительно, а вскоре к нам начали поставлять CML и мы перешли на них.
Вот такая история. То есть если отвечать на вопрос в подзаголовке, то "Да, Физически реально". Реализовать какой-нибудь модем вполне возможно и с весьма ограниченными ресурсами. Всё зависит от параметров линии связи и объёма передаваемых данных, v23 для синхронизации вполне хватит. Алгоритм и схему обвязки можно посмотреть, например на сайте www.ubicom.com (ex-Scenix), там есть аппнота на тему v23. Но это информация к размышлению. У нас и обвязка, и алгоритм в части приёма были посложнее, правда за давностью лет, сменой n-ых компьютеров (это я писал ещё на 486-той машине

) и дальнейшей ненужностью всё кануло в лету.
Ещё можно посмотреть аппноту на техасовский MSP430: SLAA037 FSK Modulation and Demodulation With the MSP430 Microcontroller. Её могу прицепить.
Удачи.