【正文】 件實(shí)現(xiàn)振鈴音檢測(cè)、 DTMF 解碼等功能。 振鈴音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、密碼修改、密碼重置、語音提示等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路更容易實(shí)現(xiàn)。因此，本設(shè)計(jì)軟硬件皆用。對(duì)于學(xué)習(xí)過的微處理器，熟練運(yùn)用的有 AT系列的和 STC 系列的，而 STC 系列單片機(jī)是國(guó)產(chǎn)的，在性能、性價(jià)比、可靠性方面評(píng)價(jià)都是很高的，燒寫程序方便，最終選擇 STC89C52RC 作為本設(shè)計(jì)的核心處理器。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 7 圖 系統(tǒng)原理框圖 單元電路方案擬定 振鈴檢測(cè) 電路方案 當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線路由電話交換機(jī)提供大約 48V 的直流電壓。 15V。 方 案 1：基于穩(wěn)壓二極管和光耦隔離的電路設(shè)計(jì)方案 方案 1的電路形式大致如下圖 所示。 圖 基于高壓穩(wěn)壓二極管和 RC 充放電的電路設(shè)計(jì)方案 當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線的電壓為 48V 的直流電，經(jīng)過整流二極管 D1～ D4 整流后，電壓略低于 48V，選擇穩(wěn)壓管 D5的穩(wěn)壓值大于 48V 小于 90V， 穩(wěn)壓 值可取 80V，D5 就不會(huì)導(dǎo)通，脈沖信號(hào)輸出端電壓接近 0V；當(dāng)振鈴信號(hào)來到時(shí)，電話線的交流振鈴信號(hào)經(jīng)過二極管 D1～ D4 整流成為有效值 90177。 方案 3：基于 RC 充放電和光耦隔離的電路設(shè)計(jì)方案 方案 3的電路形式大致如下圖 所示。 缺點(diǎn)：用到光耦，價(jià)格稍稍高一點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)交換機(jī)檢測(cè)到回路電流變大為 30mA 左右時(shí)，就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)，交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)?10 伏左右的直流電 ，完成電話接通工作。 方案 1：基于繼電器的模擬摘掛機(jī)控制方案 通過單片機(jī)控制一個(gè)繼電器，繼電器接通，一個(gè)大約 200Ω的電阻接入電話線兩端，完成模擬摘機(jī)；繼電器斷電，電話線兩端斷開電阻，完成模擬掛機(jī)。電路形式如下圖 所示 (R 為接入電話線兩端的負(fù)載 )。然而，光耦又有它的特殊性，光耦發(fā)射端和接收端通過光電隔離，它和繼電器的用法基本一樣，只是接收端需串接電源。 方案選擇 通過上述 3種方案的對(duì)比，方案 3包括 了方案 1 和方案 2的優(yōu)點(diǎn)，而且穩(wěn)定性好，抗干擾強(qiáng)。在現(xiàn)階段， DTMF 解碼一般用專用的解碼芯片，當(dāng)然，不乏有追求低成本的，直接軟件解碼。另外，還要通過一系列方法進(jìn)行有效性的檢驗(yàn)，以防止誤判。讀取總線上的值，就能知道發(fā)送的編碼值。這些方法大體可以分為四種，震蕩產(chǎn)生，語音固話在芯片中，語音燒錄以及語音合成，下面就其 中的三種方案進(jìn)行對(duì)比。 方案 2：基于錄音芯片的提示音方案 錄音芯片，可以錄一段或多段語音，通過發(fā)送錄音指令，并說話錄音，語音就錄入，直到錄音溢出或者發(fā)送錄音停止指令。 優(yōu)點(diǎn)：真人發(fā)音，程序編寫簡(jiǎn)便，芯片較便宜 。 通過串口發(fā)送一串幀，其中文本通過 GB2312 編碼放在數(shù)據(jù)幀中，只要滿足幀格式，語音合成芯片就能讀出語音，操作方便。 方案 3 使用語音合成模塊，在設(shè)計(jì)的維護(hù)上十分方便，程序處理方面也很簡(jiǎn)便，但價(jià)格太昂貴，市場(chǎng)上賣的語音合成模塊價(jià)格高達(dá) 60元，不經(jīng)濟(jì)，所以方案 3 不適合。 繼電器作為常用的開關(guān)控制器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，使用廣泛。 方式 1：當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管 Q1 導(dǎo)通，繼電器 K1 得電，常開觸點(diǎn)閉合，反之常開觸點(diǎn)斷開。 缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)繼電器電流較大，功耗稍大。 缺點(diǎn)： 導(dǎo)通后的管壓降大 ， 半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流 ，由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大 ， 價(jià)格昂貴。 方案 1：數(shù)碼管顯示方案 數(shù)碼管一般是顯示數(shù)字，當(dāng)然對(duì)于特殊的字母也是可以顯示的，如“ C”。 方案 2： 1602 顯示方案 1602 是 液晶 中常見的一種。 12864 自帶常用的字符庫以及漢字庫，顯示中文簡(jiǎn)單，不需要取模，對(duì)高要求、需顯示漢字及多數(shù)據(jù)的場(chǎng)合很適合。 方案 2能顯示字符，剛好滿足要求，但考慮到以后會(huì)擴(kuò)展功能，如矩陣鍵盤修改密碼，來電顯示等等， 1602 顯示有點(diǎn)不夠，所以暫時(shí)選擇了資源多的 12864 了。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 17 方案 1：開關(guān)電源方案 開關(guān)型穩(wěn)壓源因?yàn)檎{(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)而得名。串聯(lián)型穩(wěn)壓源工作在放大狀態(tài)，調(diào)整管功耗較大。 整體方案擬定 根據(jù)單元電路方案擬定的結(jié)果，得到如下圖 所示的整體方案框圖。振鈴信號(hào)為 25177。 本電路檢測(cè)到振鈴信號(hào)時(shí)，對(duì)振鈴進(jìn)行計(jì)數(shù)，以六次鈴響為準(zhǔn)，即六次振鈴無人摘機(jī)，由單片機(jī)控制電路，完成自動(dòng)模擬摘機(jī)，振鈴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 C1 R20 和 PC817構(gòu)成放電電路，使光耦可以保持正向?qū)ā? 元器件選擇：對(duì)于整流橋，只要耐壓值比電話線上的電壓峰峰值大就行，常用的1N4007 耐壓值高達(dá) 1000V，足以勝任。 C16 電容值太小，對(duì)振鈴信號(hào)耦合效果不好， ,經(jīng)測(cè)試 以下的電容就會(huì)使電路工作不正常，而且振鈴信號(hào)為交流信號(hào)，最后選擇 1uF 無極性的瓷片電容。 經(jīng)過測(cè)試， C19 容值 10uF，來一次振鈴，輸出端的 LED 指示燈就會(huì)快速閃爍多次（表示輸出了多次脈沖），而 10uF～ 470uF 均是來一次振鈴，亮一次。 電信局的程控電話交換機(jī)對(duì)電話摘機(jī)的響應(yīng)是根據(jù)電話線回路電流變大。 原理說明：當(dāng) HOOK 端輸入高電平時(shí)， Q6 導(dǎo)通，光耦發(fā)射端正向 導(dǎo)通，光耦接收端也導(dǎo)通，此時(shí)其等效電阻很小，可以忽略，因此 R28 接入電話線兩端， R28 差不多200～ 300 歐就可以使線路中的電流達(dá)到 30mA，程控機(jī)就會(huì)認(rèn)為已經(jīng)摘機(jī)。光耦發(fā)射端接的 LED 燈，用于指示是摘機(jī)狀態(tài)還是掛機(jī)狀態(tài)，保證電流在 10mA左右，限流電阻 R26 很好選。下表 為電話機(jī)中使用的按鍵與雙音多頻信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系。 MT8870 通過對(duì) DTMF 分 離濾波和譯碼，輸出直接接單片機(jī)，簡(jiǎn)單可靠，所以本次設(shè)計(jì)選用了 MT8870。 表 MT8870 的輸出代碼與按鍵碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系 按鍵碼 Q4Q3Q2Q1 按鍵碼 Q4Q3Q2Q1 按鍵碼 Q4Q3Q2Q1 按鍵碼 Q4Q3Q2Q1 1 0 0 0 1 5 0 1 0 1 9 1 0 0 1 A 1 1 0 1 2 0 0 1 0 6 0 1 1 0 0 1 0 1 0 B 1 1 1 0 3 0 0 1 1 7 0 1 1 1 * 1 0 1 1 C 1 1 1 1 4 0 1 0 0 8 1 0 0 0 1 1 0 0 D 0 0 0 0 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 23 值得注意的是，對(duì)于“ 0”號(hào)鍵， MT8870 輸出的二進(jìn)制碼并非是“ 0000”，而是“ 1010”。只要數(shù)據(jù)解碼成功， STD 引腳有變化，單片機(jī)就能及時(shí)知道。在基極電阻選定后，計(jì)算出基極電流，假 設(shè)三極管工作在放大區(qū)，通過放大倍數(shù)算出集電極電流，選擇合適的集電極電阻，使其電壓大于給定的電壓，三極管就能工作在飽和區(qū)。 本設(shè)計(jì)用的語音芯片是美國(guó) ISD 公司生產(chǎn)的 ISD4002120P，它采用了直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，音質(zhì)較好，采樣信息直接存放在片內(nèi)的 FLASH RAM 中，防斷電丟失。當(dāng)錄音或放音到達(dá)最后一個(gè)地址后，溢出，就會(huì)自動(dòng)停止錄音或放音。同時(shí)，手冊(cè)還給出了ISD4002 與單片機(jī)連接的電路圖，和網(wǎng)上查找的電路基本一樣，只是語音錄入部分不同。 圖 語音提示電路 原理說明：在進(jìn)行錄音操作時(shí)，通過麥克將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過電容C20 耦合，并通過 三極管 Q5 放大，輸入到錄音芯片 16腳。 元器件選擇： ISD4002 芯片的基本電路和語音放大電路，在 ISD4002 英文手冊(cè)上有說明，參數(shù)完全按照手冊(cè)說明定的，這里不作說明。 無語音輸入時(shí)， R2 R2 Q5和 R30 構(gòu)成回路，如下圖 所示。 設(shè)計(jì)過程中，繼電器是串在集電極上的，這樣控制電路只有基極電阻和發(fā)射結(jié)，三極管更易飽和導(dǎo)通。 元器件選擇： 低電平控制要用的 PNP 型三極管，常見的 PNP 型三極管有 S8550和 S9012，選擇任意一種都行。另外需要顯示漢字，所以選擇了一款控制芯片為 ST7920 的液晶。 元器件選擇： 12864 液晶模塊外圍基本不需要接電路，就只有一個(gè)對(duì)比度調(diào)節(jié)，通過 調(diào)節(jié) R31，改變 VO端的電壓，從而改變對(duì)比度。 TL431 的 2腳之間為基準(zhǔn)電壓 ，輸出電壓為 (1+R5/R6)*=3V。 C3 和 C4為 ，用于濾掉高次諧波。 做錄音模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)麥克離開關(guān)電源較近時(shí)，開關(guān)電源部分產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)使麥克錄音過程中，錄入“哧哧哧”的干擾 聲，若麥克風(fēng)遠(yuǎn)離開關(guān)電源，就幾乎沒有干擾了。當(dāng)更改為專門的音頻耦合變壓器 600： 600 后，音質(zhì)效果很好，沒噪音了。再測(cè)試錄音及音頻放大是否正常。 整體電路工作過程 給電話遠(yuǎn)程控制器上電，初始化外圍電路，同時(shí)顯示開關(guān)狀態(tài)。用戶輸入密碼錯(cuò)誤 3 次，單片機(jī)控制 HOOK 端輸出低電平，完成模擬掛機(jī)，如果密碼輸入正確，單片機(jī)提示操縱者接下來的操作，操縱者可以根據(jù)提示音選擇查詢開關(guān)狀態(tài)、控制開關(guān)以及密碼修改。錄放音操作程序流程圖如圖 。讀碼程序流。中斷程序處理一些標(biāo)志位的改變，主程序根據(jù)相應(yīng)標(biāo)志位，進(jìn)入不同的程處理，下圖 為主程序流程圖。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 30 第 3 章 程序設(shè)計(jì) 電話遠(yuǎn)程控制器系統(tǒng)軟件分為兩大 部分：語音錄放程序和控制器系統(tǒng)程序，其中語音錄放程序完成對(duì)提示音的錄音和放音測(cè)試，控制器系統(tǒng)程序完成最終的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)振鈴計(jì)數(shù)達(dá)到 6 次而無人摘機(jī)，單片機(jī)控制 HOOK 端輸出高電平，完成模擬摘機(jī)。 通過手動(dòng)測(cè)試，各個(gè)模塊都能正常工作，說明總體設(shè)計(jì)基本上是沒有問題的，各個(gè)模塊沒有干擾的問題存在。首先拿掉單片機(jī)，給芯片座子各個(gè)管腳接 VCC 或 GND，測(cè)試能否 控制單片機(jī)外圍電路。 做音頻信號(hào)耦合到電話線的電路時(shí)，隨便用了一個(gè)電源變壓器耦合，發(fā)現(xiàn)音質(zhì)差，噪音大。 整體電路的調(diào)試 在各個(gè)模塊電路調(diào)試成功后，就按照原理圖焊接了電路。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 28 圖 電源電路 元器件選擇：整流橋二極管用的是 1N4007。得到 3V 電壓常用的方法有： 3V穩(wěn)壓芯片、基于基準(zhǔn)電壓的調(diào)壓等，這里是利用 TL431 調(diào)壓輸出 3V。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 27 圖 開關(guān)狀態(tài)顯示電路 原理說明： 12864 液晶顯示電路中，主要有四個(gè)控制腳，分別為 CS、 SID、 SCLK和 RST， CS 為串行片選， SID 為數(shù)據(jù)串行輸入端， SCLK 為串行時(shí)鐘， RST 為硬件復(fù)位。 R3 為限流電阻，一般在 500Ω ～ 1K 都可以。 圖 電器控制電 路 原理說明：當(dāng) Relay1（ Relay2 或 Relay3）端輸入低電平時(shí)， 5V 電源經(jīng) S9012和基極電阻使三極管飽和導(dǎo)通，繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合，同時(shí)指示燈亮；反之，三極管截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開，同時(shí)指示燈滅。 圖 語音錄音電路 另外， R30 為直流負(fù)反饋電阻，當(dāng)溫度升高， Ic， Ie 增大， R23 和 R30 上的電壓增大，流過 R25 的電流減小， Ib 減小， Ic、 Ie也會(huì)隨之減小，從而保證了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。其中 R17 和 C21 起到消除自激的作用，一般取 10Ω和 47nF。在進(jìn)行放音操作時(shí)，從 ISD4002 第 13腳輸出的聲