【正文】 ....... 24 振鈴檢測(cè)與模擬摘掛機(jī)部分的調(diào)試 ................................ 24 語(yǔ)音提示模塊的調(diào)試 ............................................ 25 DTMF 解碼部分的調(diào)試 ............................................ 25 用戶接口電路的調(diào)試 ............................................ 26 交換網(wǎng)絡(luò)模塊的調(diào)試 ............................................ 27 軟件調(diào)試 ........................................................ 28 結(jié)論 ................................................................. 29 致謝 ................................................................. 30 參考文獻(xiàn) ............................................................. 31 附錄 1 系統(tǒng)原理圖 ..................................................... 32 附錄 2 PCB 圖 ......................................................... 33 附錄 3 系統(tǒng)總程序 ..................................................... 34 附錄 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物圖 ................................................. 42 1 緒 論 話音信息的交換仍然是當(dāng)今社會(huì)信息交換的重要內(nèi)容之一 ， 方便、快捷的公共交換電話網(wǎng) (PSTN)線路遍布世界各地，已經(jīng)成為生活中不可缺少的部份 ， 它具有成本低 ， 范圍廣，重復(fù)建設(shè)少等優(yōu)點(diǎn) 。 交換技術(shù)從早期的人工交換、機(jī)電交換發(fā)展到電子交換，從模擬交換發(fā)展到數(shù)字交換，從布控發(fā)展到程控 [13]。 電話通信的最基本原理就是每個(gè)用戶使用一部電話機(jī) ， 用導(dǎo)線將話機(jī)連接起來(lái) ，通過(guò)聲能與電能的轉(zhuǎn)換 ， 使兩地的用戶可以互相通話。如果細(xì)分可以分為模擬程控交換機(jī)和數(shù)字程控交換機(jī)，本設(shè)計(jì)屬于模擬程控交換機(jī) ,與數(shù)字程控交換機(jī)的主要區(qū)別是語(yǔ)音信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò) PCM 編碼。這臺(tái)小型程控交換機(jī)模擬了程控交換網(wǎng)中的電路交換的全過(guò)程，既可以形象 地 作為教學(xué)的實(shí)物例子 ,也可以當(dāng)做產(chǎn)品用于 日常通話。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)本課題，我們還可以復(fù)習(xí)提高 51 單片機(jī)硬軟件的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也能掌握與設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件的使用方法，為以后做項(xiàng)目積累寶貴的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。 2 1 設(shè)計(jì)方案概述 系統(tǒng)的基本組成 本系統(tǒng)的基本組成模塊包括：用戶接口電路模塊 、交換網(wǎng)絡(luò)模塊、語(yǔ)音提示模塊、中繼線鈴流檢測(cè)與模擬摘掛機(jī)模塊、系統(tǒng)電源模塊和系統(tǒng)控制模塊。其中，控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，對(duì)摘機(jī)檢測(cè)信號(hào)和 DTMF 譯碼信號(hào)，做出相應(yīng)的處理，并對(duì)模擬摘掛機(jī)電路、交換網(wǎng)絡(luò)電路和語(yǔ)音提示電路做相應(yīng)的控制。交換網(wǎng)絡(luò)用來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)話路的空分交換。中繼線鈴流檢測(cè)電路提供鈴流信號(hào)供單片機(jī)查詢。 各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)方法 控制系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C52，用戶接口電路用模擬電路實(shí)現(xiàn)，包括產(chǎn)生摘機(jī)信號(hào)和提供振鈴。語(yǔ)音提示部分采用ISD1420 語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)，語(yǔ)音總長(zhǎng)度不超過(guò) 20 秒，對(duì)于存放電話提示音是足夠的。系統(tǒng)電源模塊由變壓器抽頭輸出的 24V 和 10V 交流電，經(jīng)過(guò)整流橋得到直流電給系統(tǒng) 供電。系統(tǒng)根據(jù)接收到的號(hào)碼向?qū)?yīng)的內(nèi)線用戶發(fā)送鈴流信號(hào)，并檢測(cè)被叫用戶的摘機(jī)信號(hào)，一旦被叫摘機(jī)，則將主叫與被叫的通話線路接通。若是內(nèi)線呼叫，則首先實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，再將內(nèi)線與外線接通，利用外線提供信號(hào)音，若內(nèi)線撥打的第一個(gè)號(hào)碼不是“ *”，則表示 用戶需要外線服務(wù)，系統(tǒng)不再干預(yù)通話，只查詢掛機(jī)信號(hào)，做掛機(jī)處理。在久呼不答、無(wú)法接通時(shí)，語(yǔ)音芯片會(huì)給出提示 [8]。單片機(jī) 89C52引腳圖如圖 21所示 [1,3]： 功能特性概述： AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash閃速存儲(chǔ)器， 256字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個(gè) I/O口線 ， 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。空閑方式停止CPU的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 矩陣開(kāi)關(guān) CD22100 CD22100 是一個(gè) 4乘 4 的開(kāi)關(guān)陣列，它有一個(gè) 4 線 16 線編碼器和 16 個(gè)鎖存電路。當(dāng)“ STROBE”為高電平時(shí)，可以通過(guò)控制“ DATA IN”的電平的高低，使被選擇的開(kāi)關(guān)的立即打開(kāi)或關(guān)閉。所以，應(yīng)該使圖 21 單片機(jī) 89C52引腳圖 5 “ STROBE”為高電平，“ DATA IN”為低電平，然后向地址線送所有開(kāi)關(guān)的地址，使所有的開(kāi)關(guān)都關(guān)閉。 X 線路的端口可以通過(guò)連接到同一個(gè) Y 線路使兩條 X線路接通，達(dá)到空分交換的目的。 CD22100 的接觸電阻是150 歐姆，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)后的電阻就是 300 歐姆，對(duì)語(yǔ)音通路基本無(wú)影響。 雙音多頻撥號(hào)方式中的雙音是指用特定的兩個(gè)單音信號(hào)的 組合疊加來(lái)代表數(shù)字或符號(hào)（功能）。按照組合的原理，它必須有 8 種不同的單音頻信號(hào)。又因從 8種頻率中任意抽出兩種進(jìn)行組合，又稱其為 8中取 2 的雙音編碼方法。 把這 8 種頻率分為兩個(gè)群，即低頻群和高頻群。代表 16種不同的數(shù)字或功能。在實(shí)際中我們選用的雙音多頻信號(hào)接收芯片的型號(hào)是 MT8870。它可用于有線通信網(wǎng)和無(wú)線移動(dòng)通 信網(wǎng)的終端設(shè)備。 芯片引腳圖如下所示： 圖 24 MT8870 芯片引腳圖 fL/Hz fH/Hz 數(shù)字 二進(jìn)制 D C B A 697 1209 1 0 0 0 1 697 1336 2 0 0 1 0 697 1477 3 0 0 1 1 770 1209 4 0 1 0 0 770 1336 5 0 1 0 1 770 1477 6 0 1 1 0 852 1209 7 0 1 1 1 852 1336 8 1 0 0 0 852 1477 9 1 0 0 1 941 1336 0 1 0 1 0 941 1209 * 1 0 1 1 941 1477 1 1 0 0 697 1633 A 1 1 0 1 770 1633 B 1 1 1 0 852 1633 C 1 1 1 1 941 1633 D 0 0 0 0 7 語(yǔ)音芯片 ISD1420 ISD1420為美國(guó) ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。錄音內(nèi)容 存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方法是借助于美國(guó) ISD公司的專利 —— 直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)（ DAST TM）實(shí)現(xiàn)的。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)。如果 A6， A7有一個(gè)是低電平 ,A0～ A7輸入全解釋為地址位，作為起始地址用。根據(jù) PLAYL、 PLAYE或 REC的下降沿信號(hào)，地址輸入被鎖定。 使用操作模式需要注意的問(wèn)題 : (1) 所有初始操作都是從 0地址開(kāi)始， 0地址是 1420存儲(chǔ)空間的起始端，以后的操作可根據(jù)模式的不同，而從不同的地址開(kāi)始工作。 (2) 當(dāng) PLAYE,PLAYL或 REC為低電平，同時(shí) A6， A7為高電平時(shí)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作模式。 操作模式可以與微控制器一起使用，也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。這種模式僅用于放音 ,通常與 A4操作同時(shí)應(yīng)用。當(dāng)這個(gè)操作模式完成時(shí) ,錄入的所有信息就作為一個(gè)連續(xù)的信息放出。一條信息可以完全占滿存儲(chǔ)空間 ,那么循環(huán)就可以從頭至尾進(jìn)行工作 ,并由始至終反復(fù)重放。 A A5 未用。 1 0 0 0 0 0 0 0 以八位二進(jìn)制表示地址，每個(gè)地址代表 125 毫秒。 * * * * * * * 0 只要 A A7 有一位是 0，就處于地址模式。 操作模式 0 0 0 0 1 0 1 1 按順序連續(xù)分段錄放音，每段語(yǔ)音長(zhǎng)度不限。 1 0 0 0 1 0 1 1 按 PE 鍵可快速選段放音 系統(tǒng)硬件電路功能 用戶接口電路模塊 用戶電路的作用是實(shí)現(xiàn)各用戶線與交換 機(jī) 之間的連接，通常又稱為用戶線接口電路 (SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。 模擬用戶線電路是適應(yīng)模擬用戶環(huán)境而配置的接口，其基本功能有 ： (1) 饋電 (Battery feed)：交換機(jī)通過(guò)用戶線 給 電話機(jī) 提供 直流饋電 。 (3) 振鈴 (Ringing)：向被叫用戶話機(jī)饋送鈴流。 (5) 編解碼 (CODOC)：利用編碼器和解碼器 (CODEC)，濾波器，完成話音信號(hào)的模數(shù)與數(shù)模交換，以與數(shù)字交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)接口 適配 。 (7) 測(cè)試 (Test)：提供測(cè)試端口，進(jìn)行用戶電路的測(cè)試。對(duì)于模擬程控交換機(jī)，不需要編解碼功能；而在數(shù)字程控交換機(jī)中，除某些特定應(yīng)用的小型交換機(jī)利用增量調(diào)制方式外，其它大部分均采用 PCM 編解碼方式 [4]。 如 26圖所示。電話機(jī)的工作電壓是 8V 到 12V，增加電阻后，將饋電提高到 24V，電話接通后電話機(jī)的壓降在 10V 左右。此時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)不會(huì)串到電源里去，而是進(jìn)入到對(duì)方話機(jī)中。這部分工作是由單片機(jī)控制交換網(wǎng)絡(luò)完成的。繼電器受單片機(jī)控制，給電話機(jī)提供振鈴。這就是用戶接口電路的三個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)方式。 在該系統(tǒng)里，采用HARRIS 公司生產(chǎn)的 CD22100芯片， 用該芯片做交換網(wǎng)絡(luò)，需要完成 4條電話線（一條中繼線，三條本地用戶線），語(yǔ)音提示線（接 ISD1420 語(yǔ)音輸出端）和 DTMF 解碼線（接 MT8870 的 DTMF 信號(hào)輸入端）之間的交叉連接，各個(gè)接點(diǎn)的連接均受單片機(jī)控制。通過(guò)輸入需要的地址信息，使對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，連接 X 線與 Y線。 Y4 接 ISD1420語(yǔ)音輸出，為中繼線和本地電話提供語(yǔ)音提示信息。在實(shí)際工作中，任何一路用戶如要撥號(hào)碼，首先是要將該條 X 線路與 Y3 連接， 12 讓用戶撥出的 DTMF信號(hào)能夠進(jìn)入到 MT8870進(jìn)行解碼 [5,11,14]。 DTMF解碼電路 DTMF 解碼芯片的使用：用戶音頻電話機(jī)發(fā)出的雙音多頻（ DTMF） 信號(hào)通過(guò)電容（ F）及電阻（ 100kΩ）耦合到芯片的 2腳，它是芯片內(nèi)部運(yùn)算放大器的反向 輸入端， 3腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸出端，輸入 /輸出之間接一個(gè) 100 kΩ的比例放大電阻。他們與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，通過(guò)此系統(tǒng)可把電話號(hào)碼讀入系統(tǒng) RAM 單元中。 9 腳接地， 4腳相連， 8 腳之間接 晶振，分頻產(chǎn)生片內(nèi)所需要的 DTMF 信號(hào)雙音對(duì)中的各單音比較信號(hào)， 15 腳是 DTMF信號(hào)檢測(cè)的輸出端，當(dāng)芯片接收到 DTMF 信號(hào)時(shí)該腳為高電平。平時(shí) 10 腳保持低電平， 11— 14 腳位高阻態(tài)。用戶撥出的 DTMF 信號(hào)通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)連接到 DTMF 信號(hào)的輸入端。 語(yǔ)音提示模塊 語(yǔ)音電路的作用是提示用戶進(jìn)行操作，即當(dāng)用戶通過(guò)固定電話網(wǎng)或移動(dòng)電話網(wǎng)接通控制系統(tǒng)時(shí)，語(yǔ)音電路將提示用戶輸入分機(jī)號(hào)碼。根據(jù)這些功能要求，本系統(tǒng)選用美國(guó)ISD 公司的 ISD1420 作為語(yǔ)音電路的核心芯片。語(yǔ)音提示部分的主要 功能就是在需要提示信息的時(shí)候由單片機(jī)控制，通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)的連接，給指定的用戶線送提示音，提示用戶進(jìn)行操作?！?，“對(duì)不起，您撥打的電話正在通話中，請(qǐng)稍后再撥。”，“操作錯(cuò)誤，謝謝使用，請(qǐng)掛機(jī)?！? 和“正在為您呼叫對(duì)方，請(qǐng)稍等。存入的語(yǔ)音信息有六段，每段都有自己的地址。”地址為 00H ?！钡刂窞?10H ?！钡刂窞?30H?！钡刂窞?52H?！钡刂窞?68H?！钡刂窞?76H。采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有鈴流來(lái)時(shí)，隔直電容就電話線上的直流成分濾除，讓交流信號(hào)進(jìn)入整流橋，整流橋?qū)⒔涣餍盘?hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)分壓電阻后加在光電耦合管的發(fā)光管上，使得光耦管導(dǎo)通，其 4 號(hào)腳為低電平，不導(dǎo)通時(shí)為高電平，單片機(jī)可以通過(guò)查詢?cè)擖c(diǎn)的電平變化，判斷是否有鈴流信號(hào)到來(lái)，進(jìn)而進(jìn)行下一步處理。從這一點(diǎn)出發(fā)，我只需要設(shè)計(jì)出一個(gè)可由單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)，能夠控制電話線上直流信號(hào)的通斷即可實(shí)現(xiàn)模擬摘掛機(jī)。經(jīng)過(guò)計(jì)算 與調(diào)試，電阻 R30相當(dāng)于電話機(jī)，其阻值可在 350 歐姆到 400歐姆之間，此時(shí)模擬摘機(jī)后的電壓在 8— 10V之間，可被交換機(jī)識(shí)別為摘機(jī)狀態(tài)。 圖 210 鈴流檢測(cè)電路圖 H O O KR 3 03