【文章內容簡介】 、 T1和 R4組成模擬開關電路， T1選取 9013，根據分壓原理和 74LS04的低電平有效值，R4取 kΩ； 反向器由 74LS04中的二組反向器組成，起整流作用； 模擬摘掛機電路 設計主要思路：根據國家有關標準規(guī)定：不論任何電話機，摘機狀態(tài)的直流電阻應≤ 300Ω，有“ R”鍵的電子電話機的摘機狀態(tài)直流電阻應≤ 350Ω。在掛機狀態(tài)下，其漏電流≤ 5μ A。 當用戶摘機時，電話機通過叉簧接上約 200Ω 的負載，使整個電話線回路流過約 30mA的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(xù)。 根據有關技術指標，模擬摘掛機電路設計如圖 3－ 3所示，模擬摘掛機電路主要由一個光電耦合器開關電路控制繼電器的開關，繼電器控制接入電話線兩端的 200Ω電阻。摘掛機信指令由單片機通過使 TXD/。經過一個反向器驅動發(fā)光二極管 D1指示摘機，同時改變光敏三極管 T1的基極電壓，使 T1處于導通狀態(tài)，從而開啟繼電器 J1， J1使電阻 R3接入電話線兩端。因為 R3的電阻為 200Ω，使回 路電流變大，控制電路向交換機發(fā)出模擬摘機的信號，交換機響應摘機信號，完成電話線路接通。整個電路完成自動模擬摘機過程。 圖 3－ 3 模擬摘掛機電路 根據設計原理，原器件選取如下： IC1是光控三極管，其中 T1三極管是起對單片機控制信號的放大作用， D1是摘機指示燈，取 5mm綠色發(fā)光二極管； R1是摘機指示燈限流保護電阻，取 220Ω； L1是變壓器感應變壓輸出； C1起對電話線電壓積累作用； R2是三極管限流電阻，取 2kΩ； D2二極管是起繼電器反向保護的作用，取 4001； J1是繼電器控制開關，取 JRC 4001F(DC5V)； R3是摘機電阻，取 200Ω； 雙音頻解碼電路 原理簡介：雙音多頻 DTMF信號解碼電路采用 MT8870芯片。 MT8870的連線如圖 3－ 4所示，它的 IN+、 IN腳接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號，該雙音多頻信號先經其內部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號按高，低音頻信號分開，再經高低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經過數字運算 后，在其數據輸出端（ 11~14腳）輸出相對應的 8421碼。 MT8870的數據輸出端 Q4~Q1連到 AT89C51的 P1口的 ~，單片機經 P1口識別 4位代碼。 MT8870芯片簡介和電話按鍵與相應譯碼（ Q4~Q1）輸出見附錄 C。其中， A， B， C， D 4個按鍵常被當作 R/P， REDIAL， HOLD， HANDSFREE等功能使用。注意，需要特別指出的是，對于“ 0”號碼， MT8870輸出的 8421碼并非是“ 0000”，而是“ 1010”；另外，“ *”，“ ”字號碼， MT8870輸出的 8421碼分別為“ 1011”和“ 1100”。為了使單片機 AT89C51獲取有效數據， MT8870的 CID有效端經施密特反相器后接 AT89C51的 INT0引腳。當 MT8870獲取有效雙音多頻信號后， CID電平由低變高，再反相為低，單片機檢測后，指示 P1口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號（電話線路雜音、人們的語音信號等）是不會引起 MT8870的 CID端變化的。 DTMF接收器的外圍電路如圖 。其中，接在電源處的電容對抗干擾有一定的作用。在實際應用中，存在這樣一個問題： MT8870的使能控制端不允許中斷時，將使 MT8870的 CID端中斷關閉。其解決辦法是，將 CID端接與非門的一端輸入，與非門的另一輸入端接一不定電平端 P。對 CID的有效控制（即中斷開放）為， EN=1則 ； EN=0時則 。 本單元元器件列表： R R C1和 C2共同組成整流電路，其中 R R2 均取 17KΩ ,C C2隔直電容，均取 F； R R R5是輸入平衡電阻，取 100KΩ , 芯片外部晶振 Y1 選擇 ； IC1是雙音頻解碼芯片，選取 MT8870； C3選取 F； R6是輸出平衡電阻，選取 470KΩ； 反向器選取 74LS04的一組反向器； 圖 3－ 4 DTMF解碼電路 DTMF技術是一種利用聲音頻率的不同音調來傳送撥號信號以取代直接撥號脈沖的方法。DTMF是由低頻組（ 697Hz～ 941Hz）和高頻組（ 1209Hz～ 1633Hz）兩組頻率信號疊加構成的。設 v(t)為 DTMF信號， vl(t)和 vh(t)分別代表選自低頻組和高頻組的兩個信號，它們之間滿足關系 v(t) = vl(t) + vh(t) = Asinω lt + Bsinω ht。 低頻組和高頻組中均僅有 4個獨立的音調，這些音調的選擇是依據它們之間的諧波不相關，它們的互調制信號對主信令的影響最小。 DTMF信號共有 16（ 24）種組合，其中 10種組合分別代表數字 0到 9，其余 6種組合（ 、 *、 A、 B、 C、 D）用做特別的信令。 CCITT和我國國家標準都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與 DTMF信號的對應關系，如表 3－ 5所示。 表 3－ 5 電話鍵盤按鍵與 DTMF信號的對應關系 電話鍵 盤按鍵 高頻組 (Hz) 1209 1336 1477 1633 低頻組 (Hz) 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 D MT8870 芯片介紹：實現 DTMF解碼的芯片是 MT8870，它是 MITEL公司生產的 ,為 CMOS電路 ,DIP封裝。它具有 DTMF信號分離濾波和譯碼功能，可直接與 MCS51系列單片機接口。圖 3－ 6為 MT8870引腳分配圖。其引腳說明如下： IN+、 IN為運放的同、反相輸 OSCI入 ,DTMF信號輸入端； FB為運放輸出端，通過外部接入的反饋電阻可調節(jié)其內部放大器增益； VREF為基準電壓輸出； IC 為內部連接點 ,應接至 VSS端； OSCI、 OSCO為振蕩器輸入、輸出可外接 晶振； EN為數據輸出控制端，當它為高電平時允許輸出數據 Q1~Q4為數據輸出端； CID為延遲控制輸出端 。CI/GTO為控制輸入端 /時間監(jiān)測輸出端 。ECO為初始控制輸出端； VDD、 VSS為正負電源。 圖 3－ 6 MT8870引腳 MT8870的輸出代碼（ Q8Q4Q2Q1）與電話鍵盤上按鍵的對應關系如表 3－ 7所示： 按鍵 輸出代碼 按 鍵 輸出代碼 按 鍵 輸出代碼 按 鍵 輸出代碼 Q8Q4Q2Q1 Q8Q4Q2Q1 Q8Q4Q2Q1 Q8Q4Q2Q1 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 信號音提示電路 原理說明：為了方便本系統(tǒng)的使用，設計了信號音提示音電路如圖 3－ 8，首先規(guī)定了信號音的規(guī)范以及其對應含義： 響 1聲，頻率為 500Hz：請輸入 密碼； 響 2聲，頻率為 500Hz：請輸入需要控制的電器號； 響 3聲，頻率為 500Hz：請輸入控制開 /關； 響 1聲，頻率為 1000Hz：完成操作； 響 3聲，頻率為 1000Hz：密碼錯誤； 語音提示芯片 ISD2590的最高地址位 PLAYL(腳 9)， PLAYE(腳 10)置為高電平時，芯片即進入操作模式狀態(tài)。操作模式根據引腳 A0～ A7的高低電平不同組合總共分為 256種不同的模式，實現不同的功能。為盡量節(jié)省 I/O口線，采用了 M1和 M6相結合的方法實現對 ISD2590操作，將所需的語音通過開始 /暫停按鈕 一段一段從話筒錄入芯片，只需記住各段的序號即可。 ISD2590的信息檢索模式的使用方法：首先將芯片的錄放控制 P/R端置高，地址位 A0— A7置高，現在芯片即處于信息檢索模式的信息讀取狀態(tài)。要播放第 N段的語音，先給 PD端一高電平脈沖，使地址指針復位為 0。因為所有的序號都以存儲器起始處為基準，除第一段外，只需要 CE端收到 10us低脈沖，即可使地址指針按 A0A7尋址第 N段的開始處，然后拉高SP+，在 CE端加一個低脈沖即可播放第 N段的語音信息，直到此段后的 EOM標志出現為止。由此可知準確檢索的關鍵在于正確檢測到每 一段的 EOM結束標志。因為在快進狀態(tài)下， EOM脈沖的寬度只有 10us左右，對于速度不高的單片機不易檢測到，此時可用外部中斷來檢測EOM標志位。信號音從 ISD2590的 SP+口輸出，先經過一組反向器進行整流、隔離，從反向器輸出的是頻率一定，時通時斷的方波，提示信號經過隔直電容 C1輸入到音頻放大集成電路 LM386N1的輸入端。經過 LM386N1的放大，信號音經耦合電容 C4至變壓器 T1，它是音頻輸出專用的耦合變壓器，正好符合阻抗匹配的要求。 (本電路重點在于耦合變壓器 T1(參看模擬摘掛機電路 )的選取。因為電話線 中直流電壓比較高，而且還有各種信號音，這些都會影響到語音信號加載到電話線上，因此本裝置使用一個耦合變壓器作為隔離器件。這個耦合變壓器的阻抗匹配問題是設計的難點，這種耦合變壓器分兩種，一種是輸入，一種是輸出，經過實驗表明輸入用的耦合變壓器反饋語音性能比較好，其體積大約是 10mm 10mm 8mm。 ) 音頻放大集成電路 LM386的連接比較簡單，本裝置的使用是 LM386放大增益為 50dB的連接方式。利用 LM386低壓音頻功率放大器， LM386是為低壓用戶設計的功率放大器，內部增益為 20倍，在 1腳和 8腳接電阻和電容 時，可使增益增加到 200倍，用途廣泛，使用方便，外接元件數目較少，本系統(tǒng)的音頻放大電路如圖 3－ 9所示。 圖 3－ 8信號音提示音電路 原器件選?。? 反向器選取 74LS04中的一組反向器； C1的是對音頻信號起隔直耦合的作用，所以取 100μ F的電解電容，耐壓性能無特殊要求； IC R R R R C C3和 C4 共同組成音頻放大電路， IC1選取 LM386N1， R1取 1kΩ， R2取 1kΩ， R3取 20KΩ， R4取 10Ω K,C2取 10μ F的電解電容， C3取 10μ F的電解電容， C4取 100μ F的電解電容； T1是音頻輸出專用變壓器 (參看模擬摘掛機電路 )； 圖 3－ 9音頻放大電路 電器控制電路 原理說明：本單元電路主要是由反向電路、 D觸發(fā)器和繼電器等控制電路組成。電路圖如圖3－ 10所示。 首先，單片機 AT89C51從 P0口的八位都用作輸出控制信號。這八位數據連接八個反向器進行整流隔離，然后連接 D觸發(fā)器進行數據鎖存。每個 D觸發(fā)器的輸出端都控制一路繼電器，而每一路繼電器也控制一路電器的開關。二極管指示燈串聯在開關三極管基極作 為電器開關指示。這樣就可以完成單片機對多路電器的控制。設計采用控制帶有繼電器的電源插座來實現對家電的最終控制，諸如電飯煲、熱水器、空調之類的電器只需插上插頭，主控單片機即可通過控制插座中各繼電器來控制電器電源的通斷。該方式簡單且易于實現。圖 為一路電器控制電路圖，在本裝置中一共有八路電器可以控制，其它電器控制相同。 元器件選?。? 反向器選取兩片 74LS04（每一片內有六個反向器）中的九個反向器； 繼電器開關 K18選取八個 JRC4100F DC5V繼電器； D觸發(fā)器 IC1_8選取四片 4013（每一片內有兩個 D觸發(fā)器）； 三極管 T1_8選取八個 9013； 二極管 D1_8起保護作用，選取八個 4001； 指示燈 LCD1_8選取八個紅色 5mm發(fā)光二極管； 指示燈限流電阻 R11_R18選取八個 1kΩ的電阻； 三極管的限流電阻 R21_R28選取八個 2kΩ的電阻； 本章小結 本章主要是對系統(tǒng)所涉及到的六部分硬件模塊進行了詳細的功能介紹、工作原理、設計實現方法、硬件品質選擇及參數要求等。硬件單元電路設計包括的六部分是：振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、雙音頻解碼、信號音提示電路、音頻放大電路、電器控制電路。此外還給出了用 Protel 99 SE設計的各部分電路結構圖。 第 2 章 軟件設計 本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數、控制摘掛機、雙音頻信號分析處理、語音提示、密碼處理、控制電器等部分組成。每個功能模塊對于整體設計都 是非常重要的，單片機 AT89C51通過軟件程序才能很好的對外部的信息進行采集、分析、決策和執(zhí)行。下面就整體設計以及每個單元功能模塊分別進行說明。整體流程圖如 4－ 1圖所示： 圖 4－ 1 整體流程圖 單片機初始化 單片機的存儲系統(tǒng)的分配利用在其工作過程中起非常大的作用，所以就必須對其進行必要的初始化。 程序代碼： （ 1）片內 RAM初始化子程序