【文章內容簡介】 對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制?！? 2．雙向傳輸?shù)慕涌谔匦浴鹘y(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機。　　總線上主和從(即發(fā)送和接收)的關系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。SDA和SCL均為雙向I/O線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s?！　?．I2C總線上的時鐘信號　在I2C總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在SCL時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使SCL線一直保持低電平，使SCL線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài)。　　當所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結束，SCL線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。這樣就在SCL線上產(chǎn)生一個同步時鐘?？梢姡瑫r鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短的器件確定?！　?．數(shù)據(jù)的傳送　在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結束。在I2C總線技術規(guī)范中，開始和結束信號（也稱啟動和停止信號）的定義。當時鐘線SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號；當SCL線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y束”信號。開始和結束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號以后的一段時間內，總線被認為是空閑的。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。　　在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位，而且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個認可位（第9位），也叫應答位（ACK）。送過程如每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響應，即釋放SCL線返回高電平，準備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時，（例如正在處理一個內部中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時主器件產(chǎn)生1個結束信號，使傳送異常結束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當從器件處理完畢時將釋放SCL線，主器件繼續(xù)傳送?！　‘斨髌骷l(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應于SCL線上的一個時鐘（ACK）認可位，在此時鐘內主器件釋放SDA線，一個字節(jié)傳送結束，而從器件的響應信號將SDA線拉成低電平，使SDA在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。從器件的響應信號結束后，SDA線返回高電平，進入下一個傳送周期。　　I2C總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數(shù)據(jù)，則可以忽略該地址不作響應。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數(shù)據(jù)，則應對地址作出響應，其表現(xiàn)為一個接收器。　　5．總線競爭的仲裁　總線上可能掛接有多個器件，有時會發(fā)生兩個或多個主器件同時想占用總線的情況。例如，多單片機系統(tǒng)中，可能在某一時刻有兩個單片機要同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競爭。I2C總線具有多主控能力，可以對發(fā)生在SDA線上的總線競爭進行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當多個主器件同時想占用總線時，如果某個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時SDA總線電平不符的那個器件將自動關閉其輸出級?？偩€競爭的仲裁是在兩個層次上進行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則進入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進行仲裁，因此不會造成信息的丟失。6. I2C總線接口器件　目前在視頻處理、移動通信等領域采用I2C總線接口器件已經(jīng)比較普遍。另外，通用的I2C總線接口器件，如帶I2C總線的單片機、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅動器等器件，也越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)。第四章 系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電路的可靠性、穩(wěn)定性，使整體電路達到比較高的穩(wěn)定性。此電路主要包括電話線路摘機檢測和線路振鈴信號的檢測電路，語音提示電路，單片機控制和密碼存儲電路,DTMF檢測電路及電器驅動電路。 振鈴檢測和模擬摘機振鈴檢測的功能是檢測有無鈴流，當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴為25177。3HZ的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90177。15V。振鈴信號以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。振鈴檢測電路如圖41所示。 圖41 振鈴檢測與模擬摘機電路，根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過RC回路進行濾波，輸入給光電耦合器的波形，經(jīng)過光電耦合器的隔離轉換輸出很標準的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的端口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。模擬摘機電路的功能是當電話振鈴到一定時間后接通電話，其電路如圖41所示。如果電話線路上出現(xiàn)了振鈴信號，90VPP的振鈴電壓使得光電耦合器U2輸出端按振鈴頻率導通和截止，單片機在每次振鈴信號結束后進行振鈴次數(shù)計數(shù)，并將單片機振鈴次數(shù)計數(shù)器中的數(shù)據(jù)與已經(jīng)設定的振鈴摘機數(shù)據(jù)比較，光電耦合器U1導通，則Q1和Q2也導通，從而實現(xiàn)模擬摘機。監(jiān)測電路是為了監(jiān)測電話機是否模擬摘機，電路如圖41所示。電路中的DWRR1CQ3組成電話線路摘機檢測，平時電話線路電壓使得DW1擊穿，使Q3的基極電位為高，三極管導通。當該系統(tǒng)接收到振鈴信號，且達到規(guī)定的振鈴次數(shù)后模擬摘機，電話線路上電壓均由原來的48V下降到78V，此時DW1截止。，開啟外部中斷0，單片機隨時接收MT8870發(fā)出的選通信號，單片機根據(jù)選通信號的到來及時接收MT8870數(shù)據(jù)端1114腳上的雙音多頻信號數(shù)據(jù)。 聲音監(jiān)聽和語音提示電路語音提示電路是此系統(tǒng)的重要組成部分，能提供給用戶直觀的的反饋信息，為了使系統(tǒng)更加人性化，語音提示直接采用了語音芯片，將一些操作規(guī)則事先存于芯片中，根據(jù)不同的DTMF信號產(chǎn)生不同的提示信息，從而來完成控制整個系統(tǒng)的目的，由于需要存儲的信息容量比較大，電路采用了ISD2560，此芯片可錄一分鐘的語音信息，對本系統(tǒng)以足夠使用，電路如圖42所示。 圖42 語音提示電路，聲音信號是由MIC話筒產(chǎn)生的，而語音信號是由ISD2560語音芯片輸出的。，三極管Q6截止，因此對聲音信號和語音信號沒有放大功能；，三極管Q6導通，對信號有放大作用，此時可以監(jiān)聽聲音或者自動語音提示。語音提示電路包括語音芯片及外圍電路，語音放大反饋回路，反饋信息由單片機控制，2500系列最多可分為600段，只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址A0~A9賦值，錄音及放音功能均從設定的起始地址開始，錄音結束由停止鍵操作決定，芯片內部自動在該段的結束位置插入結束標志（EOM）；而放音時芯片遇到EOM標志即自動停止放音。使用操作模式時需要注意兩點：所有操作模式下的操作都是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而從相應的地址開始工作。當電路中錄音轉放音或進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位為0。操作模式位不加鎖定，可以在MSB（AA9）地址位為高電平時，CE電平變低的任何時間執(zhí)行操作模式操作。如果下一片選周期MSB（AA9）地址位中有一個(或兩個)變?yōu)榈碗娖?，則執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，原來設定的操作模式狀態(tài)丟失。 單片機控制和密碼存儲電路本電路單片機采用了AT89C51作為控制芯片，并采用EEPROM作為密碼的存儲。為了減小電路的體積及單片機I/O口，存儲器采用了24C02，有2K的存儲空間，當系統(tǒng)掉電后密碼也不會丟失。密碼存儲電路如圖43所示。圖43密碼存儲電路AT24C02的3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在與AT89C51連接時它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時鐘輸入線。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個10K的電阻上拉。可以通過軟件編程對密碼進行修改和存儲。 DTMF檢測電路此部分是整個系統(tǒng)的關鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。DTMF編、解碼方式在電話撥號系統(tǒng)中應用非常廣泛，其突出的優(yōu)點是抗干擾能力很強。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進行輸入雙音頻信號的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號轉換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取。一般常用的電話雙音頻編解碼集成電路有8870、8880、8888等，經(jīng)過反復論證比較，決定使用雙音頻解碼集成片MT8870來完成此功能模塊。DTMF檢測電路如圖44所示。 圖44 DTMF檢測電路，當MT8870接收來自電話線的雙音多頻信號并準備好輸出時，產(chǎn)生中斷信號。MT8870的3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）輸出相對應的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q1 ~ ~ ，CPU經(jīng)P1口識別4位代碼。電話按鍵與相應譯碼（Q4~Q1）輸出見表41。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”。有些技術資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權威的手冊，所以在實驗中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù)后，才把這些數(shù)據(jù)應用于程序當中。為了使單片機AT89C51獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的/INT0引腳。當MT8870獲取有效雙音多頻信號后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU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STD端變化的。DTMF數(shù)據(jù)輸出如表41所示。表41DTMF數(shù)據(jù)輸出表低通（HZ)高通（HZ)數(shù)字OED4D3D2D169712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365HLHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLANYLZZZZ 繼電器控制電路電器控制可采用繼電器，可控硅等來控制強電的通與斷，為了達到電話機能控制家用電器的開關作用，此設計采用了繼電器，一共設定了兩路繼電器開關，電器控制電路如圖45所示。 圖45 電器控制電路繼電器的開關由單片機控制，并可設定延時開延時關的功能。在系統(tǒng)中還設置了三個當?shù)匕存I，其中兩個控制兩路繼電器的開和關，另一個用于復位初始密碼的，當用戶忘記自己設定的密碼時，可以用此按鍵進行密碼的復位，初始密碼為123456。第五章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計基本思路軟件設計過程中采用模塊化設計方法，便于程序的閱讀、調試和改進。 開始 結束5次正常振鈴密碼正確否操作完成否振鈴檢測模擬摘機信號音提示 掛機 N Y N功能操作 Y N Y 圖51 系統(tǒng)軟件流程圖為提高控制系統(tǒng)的可靠性、可維護性和編程的效率性，控制系統(tǒng)的軟件采用模塊化結構，用C語言編寫，簡