【文章內(nèi)容簡介】 、 T1和 R4組成模擬開關(guān)電路， T1選取 9013，根據(jù)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(shè)計主要思路：根據(jù)國家有關(guān)標準規(guī)定：不論任何電話機，摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤ 300Ω，有“ R”鍵的電子電話機的摘機狀態(tài)直流電阻應(yīng)≤ 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?，完成接續(xù)。 根據(jù)有關(guān)技術(shù)指標，模擬摘掛機電路設(shè)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(guān)電路控制繼電器的開關(guān)，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(jīng)過一個反向器驅(qū)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(dǎo)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(yīng)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(jù)設(shè)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(yīng)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(guān)，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(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)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(jīng)高低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算 后，在其數(shù)據(jù)輸出端（ 11~14腳）輸出相對應(yīng)的 8421碼。 MT8870的數(shù)據(jù)輸出端 Q4~Q1連到 AT89C51的 P1口的 ~，單片機經(jīng) P1口識別 4位代碼。 MT8870芯片簡介和電話按鍵與相應(yīng)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(shù)據(jù)， MT8870的 CID有效端經(jīng)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(yīng)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(guān)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(shù)是一種利用聲音頻率的不同音調(diào)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(gòu)成的。設(shè) 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(guān)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(diào)，這些音調(diào)的選擇是依據(jù)它們之間的諧波不相關(guān)，它們的互調(diào)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(shù)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(yīng)關(guān)系，如表 3－ 5所示。 表 3－ 5 電話鍵盤按鍵與 DTMF信號的對應(yīng)關(guān)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(xiàn) DTMF解碼的芯片是 MT8870，它是 MITEL公司生產(chǎn)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(diào)節(jié)其內(nèi)部放大器增益； VREF為基準電壓輸出； IC 為內(nèi)部連接點 ,應(yīng)接至 VSS端； OSCI、 OSCO為振蕩器輸入、輸出可外接 晶振； EN為數(shù)據(jù)輸出控制端，當它為高電平時允許輸出數(shù)據(jù) Q1~Q4為數(shù)據(jù)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(yīng)關(guān)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(shè)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(yīng)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(guān)； 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(jù)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(xiàn)不同的功能。為盡量節(jié)省 I/O口線，采用了 M1和 M6相結(jié)合的方法實現(xiàn)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(xiàn)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(fù)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(xiàn)為止。由此可知準確檢索的關(guān)鍵在于正確檢測到每 一段的 EOM結(jié)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(jīng)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(jīng)過隔直電容 C1輸入到音頻放大集成電路 LM386N1的輸入端。經(jīng)過 LM386N1的放大，信號音經(jīng)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(shè)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(jīng)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(shè)計的功率放大器，內(nèi)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(guān)。二極管指示燈串聯(lián)在開關(guān)三極管基極作 為電器開關(guān)指示。這樣就可以完成單片機對多路電器的控制。設(shè)計采用控制帶有繼電器的電源插座來實現(xiàn)對家電的最終控制，諸如電飯煲、熱水器、空調(diào)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(xiàn)。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(nèi)有六個反向器）中的九個反向器； 繼電器開關(guān) 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(nèi)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(jié) 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(shè)計實現(xiàn)方法、硬件品質(zhì)選擇及參數(shù)要求等。硬件單元電路設(shè)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(shè)計的各部分電路結(jié)構(gòu)圖。 第 2 章 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數(shù)、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(shè)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(shè)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(nèi) RAM初始化子程序