【文章內(nèi)容簡介】 一次中斷，簡化程序。 優(yōu)點(diǎn)：電路原理簡單，振鈴計(jì)數(shù)程序處理簡單 缺點(diǎn)：用到高壓穩(wěn)壓二極管，平常幾乎用不到，元件不易得到。 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。 方案 3是在方案 1和方案 2 的基礎(chǔ)上改進(jìn)得來的。當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線的電壓為 48V 的直流電，而電容 C1“隔直通交”，所以整流橋輸出電壓接近 0V， PULSE_OUT端電壓接近 0V；當(dāng)振鈴信號(hào)來到時(shí)，振鈴信號(hào)通過電容 C耦合，經(jīng)過二極管 D1～ D4整流成為脈動(dòng)直流電壓，通過 R C2 充電，同時(shí) R R2 起到限流作用，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓變小時(shí)，又會(huì)通過 R C2放電，使光耦仍處于導(dǎo)通，直至振鈴信號(hào)斷，因此，每振鈴 1S,PULSE_OUT 端只有一個(gè)脈沖，程序計(jì)數(shù)會(huì)簡單很多。 圖 基于 RC 充放電和 光耦隔離的電路設(shè)計(jì)方案 優(yōu)點(diǎn)：電路原理簡單，振鈴計(jì)數(shù)程序處理簡單，抗干擾性強(qiáng)，可靠性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：用到光耦，價(jià)格稍稍高一點(diǎn)點(diǎn)。 方案選擇 通過上述 3種方案的對比，方案 3穩(wěn)定性好，抗干擾強(qiáng)，程序處理簡單，而且手上沒有穩(wěn)壓管，只有方案 3沒用到高壓穩(wěn)壓二極管。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 10 綜合考慮，方案 3更適合。 模擬摘掛機(jī)電路方案 電信局的程控電話交換機(jī)對電話摘機(jī)的響應(yīng)是根據(jù)電話線回路電流變大。當(dāng)交換機(jī)檢測到回路電流變大為 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。我們常用的電話機(jī)就是通過叉簧接上約 200Ω的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)目的；當(dāng)斷開約 200Ω的負(fù)載 ,也就掛機(jī)了。 自動(dòng)摘掛機(jī)電路就是要完成單片機(jī)控制接入和斷開約 200Ω的負(fù)載。常用的方法有繼電器控制、三極管控制、光耦控制等，以下是幾種方案的對比。 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 (R1 為接入電話線兩端的負(fù)載 ). 圖 基于繼電器的模擬摘掛機(jī)控制方案 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，控制容易，可靠性高。 缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)繼電器電流較大，功耗稍大，繼電器價(jià)格貴。 方案 2：基于三極管的模擬摘掛機(jī)控制方案 通過單片機(jī)控制三極管，三極管導(dǎo)通，三極管等效電阻很小，再串接一個(gè)合適的電阻接入電話線兩端，完成模擬摘機(jī)；三極管截止，三極管等效電阻很大，電話線兩 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 11 端可以看成負(fù)載是斷開的，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 )。 圖 基于三極管的模擬摘掛機(jī)控制方案 優(yōu)點(diǎn)：功耗小。 缺點(diǎn)：電路稍微復(fù)雜，元件參數(shù)不易確定， 控制易受干擾。 方案 3：基于光耦的模擬摘掛機(jī)控制方案 通過光耦控制負(fù)載的接入和斷開，和三極管的方式很像，光耦接收端導(dǎo)通，負(fù)載就接入電話線兩端；若截止，負(fù)載就斷開。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。電路形式如下圖 所示 (R 為接入電話線兩端的負(fù)載 )。 圖 基于光耦的模擬摘掛機(jī)控制方案 優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)擁有三極管控制的功耗小和繼電器控制的簡單，而且抗干擾強(qiáng)。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 12 缺點(diǎn)：光耦價(jià)格適中。 方案選擇 通過上述 3種方案的對比，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)。盡管三極管比光耦便宜，但方案 2控制電路中的其它元件較多，總體價(jià)格比方案 3 少不了多少。 綜合考慮，方案 3更適合。 DTMF 解碼電路方案 DTMF，雙音多頻，是將兩個(gè)單音頻信號(hào)組合，這兩個(gè)單音頻信號(hào)分別來源于 4個(gè)高頻信號(hào)和 4個(gè)低頻信號(hào)，最后能組合出 16種 DTMF 信號(hào)。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。下面是這兩種方案的對比。 方案 1：軟件解碼 采用軟件方式進(jìn)行 DTMF 解碼，首先把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)， 送給 CPU 處理。DTMF 解碼過程是通過計(jì)算接收到的 DTMF 信號(hào)在 8個(gè)固定頻率點(diǎn)的頻譜值 ,從而確定DTMF 信號(hào)的有效性及接收到的是什么號(hào)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。由此可見用軟件解碼用到了信號(hào)處理及算法的知識(shí)，處理起來十分復(fù)雜。 優(yōu)點(diǎn)：直接解碼，不需額外的硬件解碼電路 缺點(diǎn)：程序復(fù)雜，算法難，耗 CPU 資源 方案 2：專用硬件解碼 DTMF，雙音多頻，有對應(yīng)的硬件解碼芯片，如 MT8870、 MT8880、 HT9170 等等。只要電話線上有有效的 DTMF 信號(hào)，硬件解碼芯片就會(huì)解碼，并將解碼 值輸出到外部共享 Bus 上。讀取總線上的值，就能知道發(fā)送的編碼值。 優(yōu)點(diǎn)：不需要復(fù)雜的程序解碼，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，運(yùn)用簡單，電路可靠。 缺點(diǎn)：需要硬件解碼電路 方案選擇 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 13 比較兩個(gè)方案，方案 2更容易實(shí)現(xiàn)，免去程序的復(fù)雜；而且 STC 系列單片機(jī)的資源不是很豐富，而軟件解碼占用資源多，所以方案 2更合適。 語音提示電路方案 市場上語音提示的方法有多種多樣，如蜂鳴器，發(fā)出“嗡嗡嗡”的聲音，又如音樂芯片，觸發(fā)一下，就發(fā)出動(dòng)聽的音樂。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)行對比。 方案 1：單片機(jī)產(chǎn)生提示音方案 人耳的反應(yīng)頻率范圍為 20Hz～ 20kHz，而 CCITT 規(guī)定的電話話音信號(hào)的頻率范圍是 300～ 3400Hz，因此，我們可以在 300～ 3400Hz 頻率范圍內(nèi)選擇兩個(gè)頻率，產(chǎn)生高音和低音，經(jīng)音頻放大集成電路放大后輸出到電話線上。通過音色及聲音次數(shù)來進(jìn)行提示。 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，成本很低 缺點(diǎn)：語音提示不明確，需要操縱者記住不同音色及次數(shù)代表的意思，不人性化。 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。根據(jù)需要錄音的條數(shù)，將錄音地址分段，發(fā)送錄音指令時(shí)，將錄音起始地址發(fā)送給錄音芯片，芯片就會(huì)從錄音起始地址開始錄音，當(dāng)要放該條語音時(shí)，發(fā)送放音指令，同時(shí)將這條語音的起始地址發(fā)送給錄音芯片，它就會(huì)放出這條語音，放完后，再發(fā)送停止指令關(guān)閉發(fā)音。 你可以錄真人發(fā)音，也可以錄語音合成的語音，語音可以帶有豐富的感情，不會(huì)生硬。如果你要重新錄音，只要在原來的分段上錄音，覆蓋原先的語音，唯一不足的一點(diǎn)就是，每要更改語音，就需要重新錄音，較麻煩。 優(yōu)點(diǎn)：真人發(fā)音，程序編寫簡便，芯片較便宜 。 缺點(diǎn)：更改語音時(shí)要重新錄音，語音總長度有限，電路復(fù)雜。 方案 3：基于語音合成的提示音方案 合成芯片 可合成任意的中文文本， 同時(shí) 支持英文字母的合成 。它內(nèi)部集成 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 14 了語音庫， 智能的文本分析處理算法，可正確識(shí)別 數(shù)字、 時(shí)間 、 日期及常用的度量衡符號(hào) ； 具備很強(qiáng)的多音字處理和中文姓氏處理能力 。 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。 優(yōu)點(diǎn)：控制簡單，語音可以隨意更改，不需錄入。 缺點(diǎn)：編程稍微復(fù)雜，語音生硬，電路復(fù)雜，價(jià)格昂貴。 方案選擇 用單片機(jī) 產(chǎn)生提示音，雖說價(jià)格低廉，但 語音提示很不明確，需要操縱者記住不同音色及次數(shù)代表的意思，不人性化，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，已經(jīng)滿足不了追求高性能、易操作的人們，所以方案 1不適合。 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便，但價(jià)格太昂貴，市場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。 方案 2 雖說沒用方案 3 維護(hù)方便，但在人性化、語音情感流露方面，要比語音合成的稍好一些，另外芯片價(jià)格也不是很貴，大約 20元一片，相對便宜很多。最后，從經(jīng)濟(jì)、性能、性價(jià)比及人性化等方面考慮，認(rèn)為方案 2更加合適。 電器控制電路方案 家用電器作為獨(dú)立的部分，控制器只能通過開關(guān)控制電器電源的通斷。 繼電器作為常用的開關(guān)控制器件，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，使用廣泛。常用的繼電器分為電磁繼電器和固態(tài)繼電器，以下是兩種繼電器方案的對比。 方案 1：電磁繼電器控制方案 繼電器有兩種控制方式：低電平控制和高電平控制。如下圖 所示。 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。 方式 2：與方式 1 正好相反。由于單片機(jī)初始化時(shí)，各個(gè) IO 輸出高電平，且單片機(jī)輸出電流不會(huì) 很大，采用方式 1 電流會(huì)稍大些，驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，所以 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 15 常用方式 1。 圖 電磁繼電器控制方案 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，控制容易，價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)繼電器電流較大，功耗稍大。 方案 2：固態(tài)繼電器控制方案 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點(diǎn)電子開關(guān)，在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸部件。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相 SSR為四端有源器件，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。 優(yōu)點(diǎn)： 高 壽命，高可靠 ， 靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好 ， 快速轉(zhuǎn)換 ，電磁干擾小 。 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。 方案選擇 基于安全以及控制多個(gè)家用電器的考慮，最好選擇用固態(tài)繼電器。但考慮到設(shè)計(jì)的是畢業(yè)作品，不是真正的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，而且固態(tài)繼電器價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)又有限，所以最終還是選擇用電磁繼電器。 開關(guān)狀態(tài)顯示電路方案 對于顯示控制電器的繼電器工作狀態(tài)是如何的，通常用 LED 燈就可以了，但是考 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 16 慮到功能的擴(kuò)展，可以用數(shù) 碼管、液晶等作為顯示。 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)然對于特殊的字母也是可以顯示的，如“ C”。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部是將多個(gè) led 按照共陰或共陽連接在一起，使用簡單。 優(yōu)點(diǎn)：顯示直觀，顯示亮度高，適合顯示多個(gè)數(shù)字，程序簡單。 缺點(diǎn)：僅僅能顯示數(shù)字或少許的字符，不適合顯示量稍微大的數(shù)據(jù)。 方案 2： 1602 顯示方案 1602 是 液晶 中常見的一種。 1602 內(nèi)部字符發(fā)生存儲(chǔ)器自帶 160個(gè)點(diǎn)陣字符圖形，還有供用戶自編 8 個(gè)的圖形字符。 優(yōu)點(diǎn)：顯示字符多， 缺點(diǎn)：顯示亮度不高，一般不能顯示漢字，程序稍稍復(fù) 雜。 方案 3： 12864 顯示方案 12864 也是 液晶 中常見的一種。 12864 自帶常用的字符庫以及漢字庫，顯示中文簡單，不需要取模，對高要求、需顯示漢字及多數(shù)據(jù)的場合很適合。 優(yōu)點(diǎn)：顯示字符多，能顯示漢字。 缺點(diǎn)：顯示亮度不高，程序復(fù)雜。 方案選擇 方案 1只能顯示數(shù)字，而本設(shè)計(jì)需要現(xiàn)實(shí)多位數(shù)字和字母或漢字，顯然方案 1不滿足要求。 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。 電源電路方案 由于本 設(shè)計(jì)控制的是家用電器，必然用到 220V 交流電， 220V 轉(zhuǎn) 5V 給 CPU 及周邊電路供電，而用 4 節(jié) 電池供電顯然不經(jīng)濟(jì)、不方便。最終選用市電轉(zhuǎn) 5V 直流的方法。 市電轉(zhuǎn) 5V 直流的方法有多種多樣，比如：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，開關(guān)型穩(wěn)壓電路。 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。開關(guān)型穩(wěn)壓電路將輸入的直流電轉(zhuǎn)換