【正文】 機(jī)電路 16 DPMF解碼電路 17 DTMF介紹 17 雙音多頻譯碼器MT8870 17 本文的DTMF解碼電路 19 控制電器和控制接口 20 調(diào)試 20 本章小結(jié) 21第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 主控程序的設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 23 本章小結(jié) 24結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27附錄A 28附錄B 32附錄C 35附錄D 36第1章 緒論 課題背景二十一世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。進(jìn)十年來(lái)，中國(guó)的固定電話(huà)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長(zhǎng)。隨著通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電話(huà)機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)；隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用電話(huà)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的技術(shù)也日益用于生活中。遙控技術(shù)是通過(guò)一定的手段對(duì)被控物體實(shí)施一定距離的控制，常用的方式有無(wú)線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。無(wú)線電遙控不可避免的須占用一定的無(wú)線電頻率資源，造成電磁污染；常規(guī)的有線遙控需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的布線，增加了投入；而紅外線、超聲波遙控則受距離所限。載波方式即通過(guò)電力線傳遞信息，該方式只能局限于同一變電所、同一變壓器所轄范圍內(nèi)?；跓o(wú)線尋呼的遙控方式利用了現(xiàn)有的尋呼頻率資源，不需占用額外的頻譜。但該方式的受控方動(dòng)作滯后于控制方的操作，不具備實(shí)時(shí)性，而且不具備很高的可靠性。該系統(tǒng)用于具有單片機(jī)控制的家用電器的電話(huà)遙控，用戶(hù)可通過(guò)任意一部雙音多頻電話(huà)(包括手機(jī)，電話(huà)分機(jī))對(duì)自己家庭安裝的各種電器(如空調(diào)，微波爐，熱水器等)進(jìn)行開(kāi)機(jī)，停機(jī)等操作。故未對(duì)電話(huà)裝置的其他功能進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡量選擇高性?xún)r(jià)比的。譬如:使用語(yǔ)音芯片作為信號(hào)音反饋，提高本作品的實(shí)用性(此次為了保證整體電路的經(jīng)濟(jì)性，所以并未使用昂貴的語(yǔ)音芯片)。利用遙控方式可使主人很方便地在異地提取留言信息；在各路終端上接上傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境聲響的監(jiān)聽(tīng)；接上自動(dòng)撥碼電路可定時(shí)將預(yù)定信息轉(zhuǎn)至主人傳呼機(jī)或特定電話(huà)，從而達(dá)到定時(shí)提醒主人的目的。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外，自從第一幢智能建筑在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。許多計(jì)算機(jī)、通信、家電行業(yè)的巨人都認(rèn)識(shí)到智能信息家電的巨大市場(chǎng)潛力，紛紛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上家電生產(chǎn)和出口的大國(guó)，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)家電市場(chǎng)日趨飽和，對(duì)外出口家電也急需升級(jí)換代，中國(guó)主要的家電生產(chǎn)商在傳統(tǒng)家電降價(jià)“大比拼”的同時(shí)，開(kāi)始了數(shù)字化家電研究開(kāi)發(fā)的角逐。首先是價(jià)格問(wèn)題。其次是否實(shí)用。近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)日益騰飛，人們對(duì)生活水平的要求也越來(lái)越高，“智能家居”這個(gè)概念已經(jīng)逐漸被大眾接受。家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的重要組成和支持部分，代表家庭智能化的發(fā)展方向[3]。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下一些功能：1． 鈴流檢測(cè)2． 自動(dòng)摘機(jī)3． 密碼驗(yàn)證4． 語(yǔ)音提示5． 信號(hào)解碼6． 控制家電第2章 總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：1． 鈴音檢測(cè)、計(jì)數(shù)；2． 自動(dòng)摘掛機(jī)；3． 密碼校驗(yàn)；4． 語(yǔ)音提示；5． 雙音頻信號(hào)解碼；6． 控制電器開(kāi)關(guān)； 系統(tǒng)總體框圖當(dāng)需要遙控家用電器時(shí)，撥打相應(yīng)的電話(huà)號(hào)碼，振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)鈴流信號(hào)，如果有人接聽(tīng)電話(huà)或振鈴次數(shù)少于6次，對(duì)程控電話(huà)的使用不造成影響，當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到6次后(次數(shù)可以通過(guò)軟件任意設(shè)定)，單片機(jī)啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，詢(xún)問(wèn)是否進(jìn)入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機(jī)退出，按“1”鍵是，摘掛機(jī)電路自動(dòng)摘機(jī)進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機(jī)信號(hào)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)接收到摘機(jī)信號(hào)后，啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出。通道選擇后，按下“1”鍵表示開(kāi)啟該路電器，并有語(yǔ)音提示“該路電器已經(jīng)開(kāi)啟”，按下“0”鍵表示關(guān)斷該路電器，有提示音“該路電器已經(jīng)關(guān)閉”，按下“＊”鍵則可掛機(jī)退出。圖21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)用的核心控制單片機(jī)芯片的型號(hào)是AT89C51。管腳如圖22所示。GND：電源地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。除了P1口外P0、PP3口都還有其他的功能。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 硬件模塊本作品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(dá)到比較高的穩(wěn)定性，采用硬件電路實(shí)現(xiàn)部分功能，而且使用了大量的抗干擾元器件，例如：光耦合器，去耦電容等，提高系統(tǒng)的看干擾能力，從而是整個(gè)系統(tǒng)的性能更可靠。2． 振鈴檢測(cè)當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，即沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上的供電電壓為48V。3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90177。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷[4]。3． 雙音頻DTMF解碼此部分是整個(gè)電路的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了電路的可靠性。本解碼電路采用的是加拿大公司生產(chǎn)的一種集成度高、應(yīng)用普遍的通信類(lèi)集成電路芯片MT8870， 該芯片外圍電路簡(jiǎn)單、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)，在解碼方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。用8個(gè)發(fā)光二極管來(lái)代表家用電器指示電路工作，為了防止發(fā)光二極管被燒壞，在二極管與電源之間接了1k的電阻。 軟件模塊經(jīng)過(guò)比較，決定使用AT89S51作為控制的單片機(jī)芯片。1． 系統(tǒng)身份認(rèn)證：功能為了保證只有合法用戶(hù)才能操作系統(tǒng)，電話(huà)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線以后，用戶(hù)必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限。3． 軟件定時(shí)功能：系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位的軟件定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次上線工作的最大時(shí)間。1． 振鈴信號(hào)計(jì)數(shù)通過(guò)AT89S51的外部中斷實(shí)現(xiàn)此功能。3． 語(yǔ)音提示此部分通過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器控制其引腳電平的高低來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本章小結(jié)本章主要是對(duì)系統(tǒng)的總體可行性設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和核心控制芯片單片機(jī)AT89C51進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。經(jīng)過(guò)翻閱大量的技術(shù)資料，對(duì)具體要求實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行完整的系統(tǒng)分析，本設(shè)計(jì)電話(huà)遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本符合實(shí)際情況，可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)所要求實(shí)現(xiàn)的基本功能。它是由電源變壓器B、橋式整流電路VD1～VD電容CCCC4和一只固定式三端穩(wěn)壓器(LM7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。220V交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路VD1～VD4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。本穩(wěn)壓電源可作為T(mén)TL電路或單片機(jī)電路的電源。 I/O口I/O口：4個(gè)口，32根單片機(jī)51系列共有四個(gè)8位雙向并行I/O通道口，分別是P0、PPP3，各具有特殊的電路結(jié)構(gòu)，每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。1． P0口介紹P0口在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口既是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，又是從分時(shí)輸出8位地址口。在編程校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。3． P2口介紹P2口也是雙向口。如果沒(méi)有系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，也可以作為用戶(hù)的I/O口使用。外部的程序存儲(chǔ)器由PSEN信號(hào)選通，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則由WR和RD讀寫(xiě)信號(hào)選通，因?yàn)?=64k，所以89S51最大可外接64kB的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4． P3口介紹P3口是個(gè)雙功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作變異功能用，為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。如表31所示。表31 P3口的第二功能端口引腳功能特征串行輸入口(RXD)串行輸出口(TXD)外中斷0(INT0)外中斷1(INT1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通(WR)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(RD) 中斷系統(tǒng)1． 中斷：程序執(zhí)行過(guò)程中，允許外部或內(nèi)部事件通過(guò)硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚韮?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后，CPU繼續(xù)原來(lái)被打斷的程序，這樣的過(guò)程稱(chēng)為中斷過(guò)程。89S51有5個(gè)中斷源：(1) INT0：外部中斷0請(qǐng)求，低電平有效。(3) T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷請(qǐng)求。(5) TXD/RXD：串行口中斷請(qǐng)求。每一個(gè)中斷源都對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，它們?cè)O(shè)置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。389S51中斷系統(tǒng)有以下4個(gè)特殊功能寄存器：(1)定時(shí)器控制寄存器TCON(用6位)；(2)串行口控制寄存器SCON(用2位)；(3)中斷允許寄存器IE；(4)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP。通過(guò)對(duì)以上各特殊功能寄存器的各位進(jìn)行置位或復(fù)位等操作，可實(shí)現(xiàn)各種中斷控制功能。89C51的CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間順序采樣每個(gè)中斷源，CPU在下一個(gè)機(jī)器周期S6期間按優(yōu)先級(jí)順序查詢(xún)中斷標(biāo)志。中斷系統(tǒng)通過(guò)硬件自動(dòng)將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入PC，以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。由于89S51系列單片機(jī)的兩個(gè)相鄰的中斷源中斷服務(wù)程序入口地址相距只有八個(gè)單元，一般的中斷服務(wù)程序是容納不下的，通常是在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址中放一條常跳轉(zhuǎn)指令LJMP，這樣就可以轉(zhuǎn)到64KB任何可用區(qū)域了。RETI指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務(wù)程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來(lái)壓入堆棧保護(hù)斷點(diǎn)地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器PC，使程序返回到被中斷的程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。(2)在中斷服務(wù)程序中，用戶(hù)應(yīng)注意用軟件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。 AT89S51的優(yōu)勢(shì)1． 性能強(qiáng)大AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口、以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間。2． 易于學(xué)習(xí)AT89S51系列單片機(jī)編寫(xiě)程序的基本流程。其主要語(yǔ)句集中在例如：“ifelse”、“while”、“for”等循環(huán)與判斷語(yǔ)句上，相比計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言更簡(jiǎn)單。一般工作中使用Keil公司開(kāi)發(fā)的51單片機(jī)編程軟件進(jìn)行編程，它采用目前流行的開(kāi)發(fā)環(huán)境，集編輯，編譯和仿真于一體。3． 價(jià)格低廉AT89S51芯片價(jià)格便宜，適合對(duì)大批量的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行規(guī)?；脑?，其單片售價(jià)不超過(guò)5元。F的電解電容C4連接到電源Vcc，利用電容兩端的電壓不能突變的特性，加電后給第9腳施加一個(gè)短暫的高電平脈沖，該脈沖的寬度與電阻R12的阻值、C4的容量都有關(guān)，電阻R12越大，電容C4越大，加電后第9腳的高電平脈沖就越寬；相反的，如果R12越小，電容C4越小，加電后9腳的高電平脈沖寬度也就越窄[7]。單片機(jī)電路圖如圖32所示。單片機(jī)的第31腳和第40腳接電源Vcc，第20腳接地。 下載線電路 ISP簡(jiǎn)介所謂“在系統(tǒng)可編程”(InSystem Programmability. 縮寫(xiě)為ISP) ， 是指設(shè)計(jì)人員在自己設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)中或電路板上為重構(gòu)邏輯而對(duì)邏輯器件進(jìn)行編程或反復(fù)編程的能力。這與常規(guī)PLD 先編程后裝配至系統(tǒng)中的過(guò)程有很大區(qū)別。硬件的功能可以實(shí)時(shí)地加以修改， 或按規(guī)定程序改變組態(tài)。同時(shí)編短了系統(tǒng)調(diào)試的周期， 省掉了對(duì)器件單獨(dú)編程的環(huán)節(jié)和器件編程設(shè)備。ISP下載線可對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫(xiě)程序，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了方便。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制。 2． 數(shù)據(jù)鎖存 當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí)，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持； 這個(gè)概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。 在單片機(jī)按照RAM方式進(jìn)行并行數(shù)據(jù)的擴(kuò)展時(shí)，使用movx dptr， A這條指令時(shí)，這些時(shí)序是由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。s的情況下，完全可以實(shí)現(xiàn)。下載線電路圖如圖33所示。由于該系統(tǒng)并聯(lián)于電話(huà)機(jī)的兩端，并且不能影響電話(huà)的正常使用，所以要求系統(tǒng)在接到鈴流信號(hào)后不能馬上動(dòng)作，只有在達(dá)到設(shè)定鈴響次數(shù)以后，才默認(rèn)家里無(wú)人，允許電路摘機(jī)應(yīng)答。當(dāng)有振鈴信號(hào)時(shí)，電話(huà)線上的鈴流信號(hào)為(75177。其中直流電壓為48 V左右，交流電壓為(25177。鈴流信號(hào)進(jìn)入振鈴檢測(cè)電路后，首先用高壓電容C1進(jìn)行隔直，電阻R1起限流作用。當(dāng)沒(méi)有鈴流信號(hào)時(shí)，IC5內(nèi)部的光敏三極管不導(dǎo)通，A點(diǎn)電壓為高電平VCC。適當(dāng)選取R1和C1的值可以使光電耦合器一次側(cè)導(dǎo)通電流足夠大，則二次側(cè)受光較強(qiáng)能夠充分導(dǎo)通。綜上可知，A點(diǎn)的脈沖是隨著鈴流信號(hào)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，因此只要檢測(cè)到A點(diǎn)有低電平脈沖出現(xiàn)，就說(shuō)明線路