基于電話網(wǎng)自動報警系統(tǒng)定稿

1、成 績： 江西科技師范學院畢業(yè)論文（設(shè)計）題目（中文）： 基于電話網(wǎng)的家庭安全告警系統(tǒng) (外文) : Safe and Alarming System of homeBase on Telephone System 系（院）： 通信與電子學院 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名： 黃高亮 指導教師： 曾旺輝 2007年 5 月 20日目 錄1. 引 言31.1課題的開發(fā)背景41.2課題設(shè)計的意義22. 系統(tǒng)硬件設(shè)計42.1單片機最小系統(tǒng)42.2紅外信號檢測電路112.3鍵盤輸入電路142.4語音電路162.5 DTMF編碼發(fā)送電路192.6模擬摘機待機電路及鈴流檢測電路212.7忙音檢測電路25

2、2.8供電電路283. 系統(tǒng)軟件調(diào)試及相應程序293.1中斷原理概述293.2 系統(tǒng)整體軟件流程圖31 3.3紅外信號檢測的軟調(diào)試323.4鍵盤接口電路的軟調(diào)試333.5編碼發(fā)送中斷調(diào)試35總結(jié)37致謝38參考文獻38基于電話網(wǎng)的家庭安全告警系統(tǒng)摘 要：近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。本系統(tǒng)是以單片機的基本語言匯編語言來進行軟件設(shè)計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。

3、為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。本文講述基于電話網(wǎng)的家庭安全告警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。首先在緒論中介紹了此系統(tǒng)的開發(fā)背景、意義、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計方法。本文在第二章論述系統(tǒng)硬件設(shè)計過程，確定了機型及器件的選擇，論述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖并對所使用各種芯片的功能與特性進行了詳細介紹；在第三章中重點剖析了軟件設(shè)計開發(fā)的過程，尤其是紅外檢測程序、編碼發(fā)送程序的工作流程。同時具體論述了鍵盤接口電路的軟、硬件調(diào)試。關(guān)鍵詞 單片機；紅外探測器；門磁感應器；報警；1.引言1.1課題研究背景與意義當人們外出時，往往希望實施

4、自動監(jiān)測報警以使家庭財產(chǎn)免受損失。針對這一需求，研制一種自動報警系統(tǒng)，適合多種檢測電路，如門磁式、觸摸式和紅外線監(jiān)測等。并可同時監(jiān)視多個重要點（如門、窗等），發(fā)現(xiàn)盜情及時撥叫號碼，并能利用普通電話線進行告警信號呼叫，其性能穩(wěn)定可靠，實用性、適應性強，且具有較高的靈活性。還可以根據(jù)需要擴充，如遠程家電控制等。在已普及的公共電話網(wǎng)基礎(chǔ)上研制一種新型家用自動報警系統(tǒng)，這對于保障居民的生命財產(chǎn)安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門的快速反應能力，有著十分重要的意義。為此，設(shè)計這個多功能遠程自動報警系統(tǒng)裝置，它可以監(jiān)測火災、盜賊入室行竊和老年人發(fā)出的呼救信號。整個系統(tǒng)以單片機AT89C51為核心。1.2

5、系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理遠程智能防盜報警裝置的組成如圖1-2-1所示。圖1-2-1 家庭安全告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 現(xiàn)在簡單介紹系統(tǒng)各部分的功能：89C51為系統(tǒng)的中心，各部分的信息在此進行交換，是整個系統(tǒng)的核心部分；鍵盤輸入電路用來對89C51進行編碼，決定芯片的工作方式；復位電路的作用是把89C51初始化；電源用來對89C51供電；語音電路讀取并發(fā)出語音信息；振鈴檢測電路用來進行自動話識別被呼叫電話的狀態(tài)，并采取相應的運行方式；自動摘機掛機電路用來模擬普通電話的摘機掛機功能；DTMF編碼電路對單片機輸出信息進行編碼，以適合信道傳輸；忙音檢測用來檢測呼叫線路是否忙音；信號檢測電路用來檢測進入戶內(nèi)的移動

6、人/物。當信號檢測電路檢測到有人闖入時，即發(fā)出觸發(fā)信號作為報警信號，經(jīng)放大送入單片機。單片機延時1020S（可以預設(shè)），若是主人進入，則可在這1020S內(nèi)利用復位電路使單片機初始化，否則準備報警。單片機首先檢察鈴流檢測電路的輸出情況，若輸出為一高電平，則說明用戶電話機振鈴，不能摘機撥號，接著進行延時處理，只有當輸出電平為低電平時，單片機指示模擬摘機電路摘機，發(fā)送DTMF電話號碼，呼叫預設(shè)的受話方。這時就會有兩種情況出現(xiàn)：受話方占線和受話方振鈴。若出現(xiàn)第一種情況，系統(tǒng)進行模擬掛機、延時后再摘機撥號；如果受話方振鈴、摘機，即開始發(fā)送錄制在語音電路中的信號音或語音信號，最后掛機。本系統(tǒng)是以AT89C

7、51片機作為控制核心的一種新型家用智能電話控制電器和自動報警系統(tǒng)。2.系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1單片機最小系統(tǒng)2.1.1 單片機簡介、選型單片微型計算機簡稱單片機，它將微處理器、一定容量的存儲器（RAM和ROM）及輸入/輸出接口電路等集成在一塊芯片上的微型計算機。目前，由單片機構(gòu)成的各種類型的應用系統(tǒng)以深入到各個領(lǐng)域，如智能化家用電器，電子玩具，航天導航系統(tǒng)等等，特別在工業(yè)方面，各種測控系統(tǒng)更是日益廣泛?，F(xiàn)對常用單片機作介紹和比較，并從中選用合適的芯片。8031/8051/8751是Intel公司早期的產(chǎn)品。8031不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器

8、多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。8051片內(nèi)有4k ROM，無須外接外存儲器和373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是用戶編的程序無法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代用戶燒寫，并是一次性的，今后用戶和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容。8751與8051基本一樣，但8751片內(nèi)有4k的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C的EPROM中進行現(xiàn)場實驗與應用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時間擦除后再燒寫。由于上述類型的單片機應用的早，影響很大

9、，已成為事實上的工業(yè)標準。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機。概括地說，與8051內(nèi)核相同的單片機稱為“51系列單片機”。在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用，因它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護了用戶的勞動成果。同時可以低成本解密。再者，AT89C51目前的

10、售價比8031還低，市場供應也很充足。本設(shè)計是單片機在家庭報警中的應用，考慮性價比等各方面因素，因而我選用ATMEL公司生產(chǎn)的單片機AT89C51。2.1.2 89C51的結(jié)構(gòu)特點AT89C51單片機是ATMEL公司推出的高檔8位機，是目前單片機開發(fā)和應用的主流機型。以下我簡稱它89C51。89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-1-1所示.圖2-1-1 89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各功能部件說明(1)微型處理器：為一個8位的CPU，且內(nèi)含一個1位的CUP(位處理器)，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進行變量的處理。(2)4 KB的片內(nèi)程序存儲器(ROM),片外最多可外擴64 K字節(jié)。(3)128字節(jié)的

11、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM),片外最多可擴至64 K字節(jié)；21個128字節(jié)的特殊功能寄存器(SFR)，用于對片內(nèi)各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視。(4)2個16位的定時器/計數(shù)器，具有4種工作方式。(5)4個8位并行I/O 端口：P0P3。(6)中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先權(quán),允許兩級中斷嵌套。(7)1個全雙工串行口，具有4種工作方式。(8)1個片內(nèi)振蕩器和時鐘發(fā)生電路。2.1.3 89C51的引腳及其功能圖2-1-2 89C51的引腳及其功能主電源引腳（1）Vcc 。芯片工作電源端，接 +5V。（2）Vss 。電源接地端。 時鐘振蕩電路引腳（1）XTAL 1。內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸入

12、端。使用內(nèi)部振蕩電路時，接外部石英晶體和微調(diào)電容的一端；使用外部時鐘時，該引腳接地。（2）XTAL 2。內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸出端。使用內(nèi)部振蕩電路時，接外部石英晶體和微調(diào)電容的一端；使用外部時鐘時，該引腳言語輸入時鐘脈沖。控制信號引腳（1）RST/Vpd。RST為復位信號輸入端，在該引腳上保持兩個機器周期（24個時鐘周期）以上的高電平時，可使單片機內(nèi)部完成復位操作。Vpd為該引腳的第二功能，是內(nèi)部RAM備用電源的輸出端。當主電源Vcc一旦發(fā)生掉電或電壓降低到一定值時，可通過Vpd腳為單片機內(nèi)部RAM提供電源，以保護片內(nèi)RAAM中的信息不丟失，使主電源恢復后能繼續(xù)正常運行。 （2）ALE/

13、。ALE為地址鎖存允許信號，在訪問外部存儲器時，ALE用于鎖存P0口送出的低8位地址信號，在不訪問外部存儲器時，ALE以時鐘振蕩頻率的1/6的固定頻率輸出，因而它又可用作外部定時及其他需要，用示波器觀察ALE引腳上的脈沖信號是判斷單片機芯片是否正常工作的一種簡便方法。為該引腳的第二功能，用作89C51內(nèi)部EPROM編程時的編程脈沖輸入端。（3） 。外部程序存儲器ROM的選通信號。當訪問外部ROM時，將產(chǎn)生負脈沖作為外部ROM的讀選通信號；在訪問RAM或片內(nèi)ROM時不會產(chǎn)生有效的信號?？沈?qū)動8個LSTTL門輸出端。（4）/Vpp。為訪問程序存儲器的控制信號。當接高電平時，CPU訪問程序存儲器分兩

14、種情況：1、當要訪問的地址在0000H0FFFH范圍時，CPU選擇片內(nèi)的程序存儲器；2、當訪問的地址超過0FFFH時，則選擇外部程序存儲器。當接低電平時，CPU只訪問外部程序存儲器。Vpp為該引腳的第二功能，用作8751內(nèi)部EPROM的21V編程電源的輸入端。 并行I/O端口（1）P0口（P0.0P0.7）。第一功能是作內(nèi)部8位漏極開路型的雙向I/O口線；第二功能是在訪問外部存儲器時，作高8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線使用。（2）P1口（P1.0P1.7）。作內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口線。P1口每位能驅(qū)動4個LSTTL負載。（3）P1口（P2.0P2.7）。第一功能是作內(nèi)部帶上拉電阻的8位

15、準雙向I/O口線；第二功能在訪問外部存儲器時，作高8位地址總線。（4）P3口（P3.0P3.7）第一功能是作內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口線；對于第二功能來說，8根引腳各有不同的功能，詳見表2-1-1。P3口每位能驅(qū)動4個LSTTL負載。表2-1-1 P3各位的第二功能P3 口引腳第二功能P3.0RXD(串行口輸入)P3.1TXD(串行口輸出)P3.2INT0(外部中斷0輸入)P3.3INT1(外部中斷1輸入)P3.4T0(定時器0外部脈沖輸入)P3.5T1(定時器1外部脈沖輸入)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出)2.1.4 復位電路51單片機

16、的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關(guān)復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。上電復位電路如下圖A中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如下圖2-1-3中右圖所示。 a.上電復位 b.上電或開關(guān)復位電路圖2-1-3 單片機復位電路上電或開關(guān)復位要求電源接通后，單片機自動復位，單片機運行期間，

17、用開關(guān)操作也能使單片機復位。常用的上電或開關(guān)復位電路如上圖(B)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復位的操作。根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，我給出這兩種復位電路的電容、電阻值。上圖(a)中：Cl10-30uF，R11kO上圖(b)中：C：1uF，RllkO，R210kO單片機復位后的狀態(tài)：單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內(nèi)RA

18、M區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，如下表2-1-2。表2-1-2 特殊功能寄存器復位后狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*B說明：表中符號*為隨機狀態(tài)；A00H，表明累加器已被清零；PSW00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組；SP07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到0

19、8H單元中；Po-P3FFH，表明已向各端口線寫入1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出；IP00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；IE000000B，表明各個中斷均被關(guān)斷；系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，內(nèi)部RAM內(nèi)部

20、的數(shù)據(jù)不變。2.2 紅外信號檢測電路雙色紅外探測是一種高抗干擾的熱源探測。由于熱源溫度高低、傳播距離遠近以及傳播媒介等的不同，紅外性能亦不同，所以紅外傳感器輸出信號較弱且變化范圍大 (0.1A1mA)。因此，要求信號檢測電路具有低噪聲、低零漂、高抗噪及大范圍增益可調(diào)等性能。這類電路一般由電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、可編程增益放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成。若將各部分用不同芯片來設(shè)計，電路不僅功耗大、體積大，而且參數(shù)調(diào)整和性能補償都較復雜。選用CS5521 A/D轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計紅外信號檢測電路，可克服上述缺點。2.2.1 CS5521簡介CS5521芯片為腳PDIP或SSOP封裝。結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示，由

21、多路復用器、20倍斬波穩(wěn)定測量放大器，可編程增益放大器(PGA)、帶有數(shù)字濾波器的16位 A/D轉(zhuǎn)換器及片上校驗電路(Calibration)和寄存器構(gòu)成。 圖2-2-1 CS5521總體結(jié)構(gòu)框圖2.2.2 主要性能16位A/D轉(zhuǎn)換精度。（1）串行接口。（2）兩個差分輸入物理通道。每個通道可自校驗和系統(tǒng)校驗?？稍O(shè)定四個邏輯通道，可多通道自動循環(huán)轉(zhuǎn)換。（3）6種緩沖單雙極輸入范圍：25mV、55mV、100mV、1V、2.5V、5V。（4）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FIFO(先入先出)，最高輸出頻率為303Hz（此時接100kHz晶振）。（5）單電源5V模擬供電，5V或3V數(shù)字供電。（6）可按如圖2(a)設(shè)計成自

22、身提供負電源，在NBV端產(chǎn)生1.8V2.5V的電壓，從而使片上測量放大器能夠測量100mV 的以地為參考的雙極性信號。（7）功耗：5.5mW (a)負電源 (b)偏置校驗 (c)增益校驗圖2 -2-2 CS5521負電源及校驗電路片內(nèi)寄存器：（1）8位只寫指令(Command)寄存器用于存放供片內(nèi)微處理器使用的指令。指令最高位為0時，為讀寫其它寄存器指令；最高位為1時，為啟動A/D轉(zhuǎn)換指令或校驗指令。（2）24位可讀寫配置(Configure)寄存器用于設(shè)置斬波頻率、邏輯通道數(shù)、多通道循環(huán)轉(zhuǎn)換、負電源及軟件復位。（3）24位2可讀寫通道設(shè)置(Channel Setup)寄存器，用于設(shè)置各邏輯通

23、道的輸入范圍、循環(huán)轉(zhuǎn)換時的輸出率及與其對應的物理通道號設(shè)置時用到配置寄存器中的邏輯通道數(shù)，所以此寄存器應在配置寄存器設(shè)置之后設(shè)置。（4）只讀先入先出數(shù)據(jù)輸出(fifo Data Output)寄存器組讀數(shù)時先送8個脈沖用于清除SDO，后送24N(循環(huán)邏輯通道數(shù))個脈沖用于讀數(shù)。24位數(shù)據(jù)的前16位是轉(zhuǎn)換結(jié)果，后8位包含物理通道、振蕩探測及輸入界限檢驗等信息。（5）24位可讀寫增益(Gain)寄存器，每個物理通道各一個。用于存放校驗所得的增益值。（7）24位可讀寫偏置(Offset)寄存器，每個物理通道各一個，用于存放校驗所得的偏置值。2.2.3 CS5521在紅外信號檢測中應用原理紅外檢測系統(tǒng)

24、原理如圖2-2-3所示，被測物體發(fā)出的紅外波，經(jīng)光學元件匯聚到紅外探測器，紅外探測器將紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由檢測電路處理得到目標的紅外信息。圖2-2-3 紅外信號檢測原理在與89C51構(gòu)建系統(tǒng)功能電路時，把CS5521的 SCIX腳接89C51的1.0、SDI腳接1.1、SDO腳接1.2。通過此連接，紅外檢測電路把檢測到的目標信號發(fā)送給89C51。2.3鍵盤輸入電路在這里我用的是SK5278單片機芯片來構(gòu)建。SK5278是一種可管理16個按鍵的鍵盤控制器，該器件內(nèi)部具有去抖動處理電路，可直接輸出按鍵的鍵值編碼，并采用串行方式與單片機或微處理器進行接口，使用該器件可簡化單片機系統(tǒng)軟硬件的鍵

25、盤接口。2.3.1 SK5278特點及引腳功能SK5278采用PIC內(nèi)核的鍵盤控制器。該芯片采用4線串行接口，可與任何種類的單片機接口；它具有按鍵有效指示輸出，可用中斷方式管理鍵盤；其行線X0X3與列線Y0Y3可構(gòu)成44鍵盤矩陣；SK5278的16鍵鍵盤控制器內(nèi)含去抖動處理電路，因而可直接輸出鍵值；此外，該器件的工作電源電壓范圍寬達46V；SK5278采用18腳雙列直插DIP封裝形式。其管腳排列如圖2-3-1所示，管腳說明如表2-3-1所列。圖2-3-1 SK5278管腳排列圖表2.3.1 SK5278管腳說明管腳號管腳名稱管腳類型功 能1DIO0數(shù)據(jù)輸出端，讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此腳在CLK上升沿

26、輸出數(shù)據(jù)2KEY0按鍵有效輸出端，平時為低電平，當檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)楦唠娖?。讀取鍵盤后，此引腳重新變?yōu)榈碗娖? ，14VDD正電源4RST復位端5VSS電源地69X0X31矩陣鍵盤行線輸入端1013Y0Y30矩陣鍵盤列線輸出端15OSCO0振蕩輸出腳，輸出頻率為RC振蕩頻率四分之一16RC外接振蕩器連接端，R=3.3k,C=20pF時，振蕩頻率為4MHz17CS1片選端，該腳為低時，可芯片讀取鍵盤數(shù)據(jù)18CLK1時鐘輸入端，讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效2.3.2 工作原理SK5278可用行線X0X3和列線Y0Y3構(gòu)成44矩陣鍵盤。同時在芯片內(nèi)部可自動完成掃描、譯碼、去抖

27、動處理等任務(wù)。當SK5278檢測到有效的按鍵時，按鍵有效指示“KEY”引腳將從低電平變?yōu)楦唠娖?，并一直保持到按鍵代碼被讀取為止。在“KEY”為高電平期間，如果SK5278接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”命令，（即“CS”管腳變低），則輸出當前按鍵的鍵盤代碼，SK5278鍵盤代碼的范圍為00H-0FH。如果在接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”時沒有按鍵按下，SK5278將輸出FFH。在一次讀鍵盤過程完成后，按鍵有效指示“KEY”將變?yōu)榈碗娖健＠冒存I有效指示“KEY”與單片機的外部中斷端相連，可完成具有中斷的鍵盤監(jiān)控功能，從而提高CPU的工作效率，減少按鍵響應時間。SK5278工作時需要外接RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，RC

28、元件的典型值為R=3.3k,C=20pF，此時的振蕩頻率約為4MHz，SK5278的RESET復位端在一般應用情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠性的情況下，可以連接外部RC復位電路，在上電或接收到RESET端的復位信號后，SK5278大約需要經(jīng)過25ms的復位時間才會進入到正常工作狀態(tài)。2.3.3 串行接口及時序SK5278采用串行方式與單片機或微處理器接口，串行數(shù)據(jù)從“DIO”引腳輸出，并由“CLK”端發(fā)出同步時鐘脈沖。當SK5278檢測到有鍵按下時，按鍵有效指示“KEY”變高，單片機檢測到“KEY”信號變高后，便將片選端“CS”拉低，從而使得SK5278將取得的鍵盤數(shù)據(jù)在“CLK

29、”引腳的上升沿從“DIO”腳依次送出。在單片機發(fā)出8個時鐘脈沖后，即可從“DIO”端讀取8位鍵值編碼，該編碼值的D7為最高位，D0為最低位，然后單片機再使片選“CS”變高，并使“KEY”端重新輸出低電平，至此，讀鍵值過程結(jié)束。SK5278的串行接口時序如圖2-3-2所示。圖中，T1表示從“CS”下降沿至第一個CLK上升沿的延時，典型值為15s;T2為CLK脈沖寬度，典型值為10s；T3為CLK脈沖時間間隔，典型值為10s。圖2-3-2 SK5278串行接口時序2.3.4 SK5278的應用在構(gòu)建鍵盤電路時，把SK5278的17腳、18腳、1腳分別接89C51的1.2、1.3、1.4腳，即可實現(xiàn)

30、鍵盤電路與中心處理器的連接，并完成其功能。應用SK5278鍵盤控制器可使單片機系統(tǒng)的人機交互鍵盤接口電路及監(jiān)控程序變得簡單容易，同時減少了對單片機軟硬件資源的占用，因而該器件是構(gòu)成少數(shù)單片機鍵盤接口電路的一種較好的選擇方案。2.4語音電路2.4.1語音電路構(gòu)成語音電路組成框圖如圖2-4-1所示。由PLC發(fā)布RS232電平信號，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，為單片機AT89C51所接收。圖2-4-1 語音電路組成框圖語音部分電路設(shè)計見圖2-4-2?！疤崾疽簟迸c“呼叫聲”由語音存儲/再生芯片ISD1420分段存儲，ISD1420輸出的音頻信號經(jīng)電容耦合到兩片集成功率放大器TDA2003構(gòu)成的BTL功放電路，最后由

31、揚聲器輸出。MAX232將PLC送過來的RS232電平信號轉(zhuǎn)換成TTL電平并送到單片機AT89C51，AT89C51根據(jù)PLC的指令，通過P3.6控制ISD1420的放音，P3.2P3.5用來調(diào)整放音地址。MAX813L則作為看門狗為單片機AT89C51提供上電復位和運行監(jiān)控，由P3.7提供喂狗信號。 圖2-4-2 語音電路部分簡圖2.4.2語音電路特性選用語音存儲/再生芯片ISD1420。該電路采用EEPROM存儲方法將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入半導體存儲單元中，具有音質(zhì)自然、可反復錄放、抗干擾、低功耗等許多優(yōu)點。ISD1420放音時間為20秒；最多可分為160段，每段段長最少125ms；輸入采樣

32、6.4kHz；100000次錄音周期；5V單電源供電，放音電流15mA，維持電流0.5A。完全滿足設(shè)計需要。使用28引腳的DIP封裝芯片。地址引腳(A0A7)有兩個作用，取決于A7、A6的狀態(tài)。當A7或A6有一個為“0”時，A0A7解釋為地址位，作為當前錄放操作的起始地址。我們設(shè)計的電路使用了A0A7的地址位功能。ISD1420的地址空間分配見表2-4-1。表2-4-1 ISD1420的地址空間分配十進制值二進制值A(chǔ)7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0放音地址距起始地址的時間差（秒）00 0 0 0 0 0 0 010 0 0 0 0 0 0 10.12580 0 0 0 1 0 0

33、01.0100 0 0 0 1 0 1 01.25130 0 0 0 1 1 0 11.625640 1 0 0 0 0 0 08.01000 1 1 0 0 1 0 012.51591 0 0 1 1 1 1 119.875160-1911 0 1 0 0 0 0 0未使用1 0 1 1 1 1 1 1192-2551 1 0 0 0 0 0 0用于選擇操作模式1 1 1 1 1 1 1 12.4.3 BTL功放電路裝置電源設(shè)定為12V。要求發(fā)出的聲音具有一定的響度，即要求語音電路有較大功率輸出。ISD1420內(nèi)部輸出級帶有放大器，其直接的揚聲器驅(qū)動功率為12.2mW(16負載)，距離我們的

34、實際需要相差很大，因此后級功放必須保證能在低電壓下輸出大功率信號，以推動揚聲器發(fā)聲。要在單電源低電壓條件下輸出大功率信號，功放電路選擇橋接式無變壓器輸出電路(即BTL電路)，其基本工作原理由圖3所示的分立元件BTL電路簡圖說明。圖中有四個輸出管VT1VT4，揚聲器接在兩個輸出端之間。在輸入信號u的正半周，VT1、VT4導通，VT2、VT3截止，輸出電流如圖中I1所示。在輸入信號u的負半周，VT2、VT3導通，VT1、VT4截止，輸出電流如圖中I2所示。正、負半周，揚聲器上的電位差方向相反，大小相等，都接近電源電壓，所以對電源的利用率很高。理論上BTL電路效率可達78.5%。實際使用的電路簡圖如

35、圖2-4-3所示，兩片10W集成功率放大器TDA2003接成BTL電路形式，通過電容與揚聲器直接耦合，利用同時“推”“挽”的原理，揚聲器上正弦波峰峰值電壓近似為電源電壓的兩倍。輸出基本能滿足要求。 圖2-4-3 BTL 電路簡圖2.5 DTMF編碼發(fā)送電路 在此介紹了雙音多頻(DTMF)發(fā)送接收器件MT8888的主要功能、基本組成和工作原理。2.5.1基本功能 MT8888是一種具有Intel微處理器接口的功能較強的雙音多頻(DTMF)發(fā)送和接收器件?？捎糜趯ず粝到y(tǒng)、交換機系統(tǒng)和移動通信、轉(zhuǎn)帳卡系統(tǒng)、互接撥號器、數(shù)字通信和計算機等領(lǐng)域。其主要功能有：(1)完整的DTMF發(fā)送和接收功能；(2)高

36、速Intel微處理器接口；(3)可工作于自動音頻突發(fā)模式；(4)可調(diào)整保護時間；(5)呼叫音檢測到-30dBm。MT8888引腳排列如圖2-5-1所示。各引腳功能如下：圖2-5-1 MT8888引腳圖IN+、IN-(1，2)運放的同相和反相輸入端；GS(3)增益選擇端。在該引腳與IN-引腳間接反饋電阻可調(diào)節(jié)運放增益；Vref(4)基準電壓輸出端。通常為VDD/2，作為運放的偏置電壓；VSS(5)芯片電源負端，接地；OSC1、OSC2(6、7)時鐘或振蕩器的輸入、輸出端。兩引腳間接3.579545MHz晶體與內(nèi)部電路構(gòu)成芯片振蕩器；若由外部電路提供時鐘，則OSC2引腳開路；TONE(8)DTMF

37、信號輸出端，也可通過編程設(shè)置為單音輸出；(9)微處理器寫輸入端，低電平有效，與TTL電平兼容；(10)片選信號輸入端，低電平有效。該引腳可由微處理器的地址鎖存信號(ALE)直接提供；RS0(11)寄存器選擇控制輸入端；(12)微處理器讀輸入端，低電平有效，與TTL電平兼容；/CP(13)中斷請求信號，為開漏輸出。在中斷模式下，當一個有效DTMF信號突發(fā)發(fā)送或接收時，輸出低電平信號。若控制寄存器設(shè)定電路工作于呼叫處理(CALL)模式和中斷使能，則該端輸出代表運放輸入的方波信號音，但該信號頻率必須落在呼叫處理濾波器的帶寬內(nèi)；D0D3(14-17)數(shù)據(jù)總線，與TTL電平兼容。輸入需發(fā)送的DTMF編碼

38、或輸出譯碼的DTMF信號數(shù)據(jù)。當CS=1時呈高阻狀態(tài)；Est(18)初始控制輸出。若電路檢測到一種有效的單音對時，Est為高電平；若信號丟失，則Est返回低電平；St/GT(19)控制輸入/時間監(jiān)測輸出。若St電壓大于門限VTSt，電路寄存被檢測的DTMF單音對，并更新輸出鎖存器內(nèi)容。若St電壓低于VTSt，則電路不接收一新單音對，GT輸出的作用是設(shè)置外部時間監(jiān)測常數(shù)；VDD(20)芯片電源正端，典型值為+5V。2.5.2 MT8888的控制時序MT8888提供了與微處理器相連的接口（包括51系列單片機），以對其發(fā)送、接收和工作模式進行控制。MT8888可與Intel微處理器直接接口，即使使用

39、16MHz的單片機80C51，也無需插入等待周期。與其它微處理器接口時，則必須通過轉(zhuǎn)換構(gòu)造MT8888所需的時序。圖2-5-2為MT8888的控制時序圖。(a)MT8888讀時序 (b)MT8888寫時序圖2-5-2 MT8888控制時序2.6 模擬摘機待機電路及鈴流檢測電路在這部分電路設(shè)計中我采用的是Am79R70為板塊核心處理器。它是Legerity公司生產(chǎn)的一種功能較強的用戶線接口芯片。除了具有國際電信聯(lián)盟組織CCITT為數(shù)字程控交換機模擬用戶接口所規(guī)定的7項功能中的6項功能之外，還具有電流限制掛機傳輸極性反轉(zhuǎn)TIP開路和環(huán)路檢測等功能，此外Am79R70 還具有片內(nèi)鈴流放大功能。Am7

40、9R70芯片說明Am79R70的管腳排列如圖2-6-1所示：各引腳的功能說明如下，RYOUT2：繼電器開關(guān)驅(qū)動2：RYE：RYOUT1和 RYOUT2的發(fā)射極輸出.RYOUT1：繼電器開關(guān)驅(qū)動；D1：內(nèi)部繼電器使能端低電平有效；E1：該腳輸入低電平時.可輸出摘機檢測信號。圖2-6-1 Am79R70管腳示意圖C3、C2、C1：控制字輸入端.通過此端可選擇芯片的工作方式，具體選擇如表2-6-1所列。表2-6-1 AM89R70的八種工作方式狀態(tài)C3 C2 C1兩線狀態(tài)（DET）輸出E1=1E1=00000開路振鈴回路振鈴回路1001振鈴振鈴回路振鈴回路2010通話狀態(tài)環(huán)路檢測接地鍵3011掛機傳

41、輸環(huán)路檢測接地鍵4100Tip開路環(huán)路檢測接地鍵5101侯機（備用）環(huán)路檢測接地鍵6110接通極性反轉(zhuǎn)環(huán)路檢測接地鍵7111掛機極性反轉(zhuǎn)環(huán)路檢測接地鍵DET：摘掛機檢測輸出，此端在摘機時輸出低電平。掛機時輸出高電平D2：內(nèi)部繼電器2使能端，低電平有效.RSGH：使用VBAT1饋電時，該端應接下拉電阻以調(diào)整開路電壓。RSGL：使用VBAT2饋電時。該端應接下拉電阻以調(diào)整開路電壓.RDC直流饋電電阻。AGND/BGND：數(shù)字地/模擬地；RSN：模擬話音信號輸入端。VNEG：內(nèi)部負電壓穩(wěn)壓器的返回值。VTX：模擬話音信號輸出端。RDCR：振鈴時的反饋連接點。RINGIN：鈴流輸入端。HPA：A（TI

42、P）端高通濾波電容。HPB：B（RING）端高通濾波電容。RTRIP2：振鈴電壓偏置端。RTRIPI：振鈴電壓門限設(shè)置和濾波管腳。RD：摘機檢測的門限調(diào)整和濾波。A（TIP）：接用戶線的A（TIP）端。B（RING）：接用戶線的B（RING）端。Am79R70芯片的內(nèi)部功能如圖2-6-2所示。圖2-6-2 Am79R70 芯片的內(nèi)部功能Am79R70需要VCC、VEE、VBAT2、VBAT1四種電源電壓，其中VCC為+5V，VEE為-5V。此電壓可由Am79R70內(nèi)部的負電壓調(diào)整器得到VBAT2的電壓幅度范圍為-19-48V，VBAT1電壓幅度范圍為-40-67V 。標準值為-48V。VBAT

43、1與VBAT2的選擇由饋電電源選擇管腳B2EN決定。當該腳輸入低電平時，使用VBAT1饋電；該腳輸入高電平，.使用VBAT1饋電，由于振鈴時回路所需的饋電電壓較高。所以振鈴時采用VBAT1饋電.而平時采用VBAT2饋電在實際應用電路中。只需要外接VCC、VBAT1兩種電壓。因為VBAT1與VBAT2可以連接在一起Am79R70在ALU的應用ALU模擬用戶接口單元.，是連接普通模擬話機和數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接口電路CCITT為程控數(shù)字交換機的模擬用戶接口。規(guī)定了7項功能。這七項功能分述如下：（1）饋電在目前的交換機中。普遍都對外部模擬話機提供集中供電方式。即話機中送話器所需的直流工作電流由交換機提供.

44、饋電電壓一般為-48V。（2）過壓保護O交換機接口應保護交換機的內(nèi)部電路不受外界雷電，工業(yè)高壓和人為破壞的損害。（3）振鈴控制接口應能向話機輸送鈴流，并能在話機摘機后切斷鈴流（截鈴）。（4）監(jiān)測S接口應能監(jiān)測用戶環(huán)路直流電流的變化，并向控制系統(tǒng)輸出相應的摘掛機信號和撥號脈沖信息。（5）編解碼C用于完成模擬話音信號及帶內(nèi)信令的編碼和解碼。（6）混合電路H用于完成環(huán)路。線傳輸與交換網(wǎng)絡(luò)。線傳輸之間的變換。（7）測試TAm79R70芯片內(nèi)部含有鈴流放大電路。它能將外部的1.5V鈴流接口通常還應提供測試環(huán)路系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)工作狀態(tài)的輔助功能。Am79R70在ALU中主要完成B（饋電）、O（過壓保護）、R（

45、振鈴控制）、S（監(jiān)測）、H（混合）、T（測試）功能。而編解碼通常由編解碼芯片來完成。下面就R（振鈴控制）和S（監(jiān)測）功能進行分析說明。在控制振鈴和截鈴時，首先由單片機的兩級運放產(chǎn)生交流鈴流驅(qū)動信號，并在輸出端加+5V的偏置電壓信號放大成使用戶電話機振鈴的信號。這樣就節(jié)省了外加鈴流放大模塊的費用和印制板的面積。鈴流驅(qū)動信號（RV）的產(chǎn)生電路如圖所示，振鈴和截鈴的控制方式是由Am79R70的控制輸入管腳C3、C2、C1來確定的。 系統(tǒng)功能圖如圖2-6-3所示。 圖2-6-3 Am79R70 芯片組建系統(tǒng)功能圖當C3、C2、C1輸入為001時Am79R70處于振鈴模式。以使與其相連的話機振鈴。當C3

46、C2C1輸入不是001時。Am79R70進入其它工作模式，同時使與其相連的話機的振鈴停止，即（實現(xiàn)截鈴）Am79R70的DET腳的輸出可指示用戶的摘掛機狀態(tài)。當用戶摘機Am79R70的DET腳輸出低電平，掛機時輸出高電平。下面對兩個用戶進行通話時的模擬用戶接口電路的具體工作過程進行分析說明。當用戶U1摘機時，與它相連的Am79R70的DET腳輸出低電平，以向中央控制處理單元指示用戶U1已經(jīng)摘機。此時中央控制處理單元向用戶U1的Am79R70控制端C3、C2、C1輸出010以使Am79R70處于通話連接狀態(tài)。同時中央控制處理單元開始對用戶U1的摘機信息進行處理。如用戶合法性檢查，向用戶U1送撥號

47、音處理等。在通話連接狀態(tài)下，用戶的信息經(jīng)過Am79R70的兩線接口及信號傳輸模塊可直接輸出到編解碼芯片和DTMF收發(fā)器。中央控制處理單元根據(jù)U1所撥出的號碼定位到用戶U2并向與用戶U2相連的Am79R70的控制端C3C2C1輸出001以使得對應的Am79R70處于振鈴狀態(tài)。在振鈴狀態(tài)下，Am79R70將鈴流電路產(chǎn)生的RV通過RINGIN腳輸入到Am79R70內(nèi)，并由其內(nèi)部的饋電控制模塊將輸入的鈴流放大。同時通過兩線接口模塊輸出到用戶線，使U2的電話機振鈴。當用戶U2摘機后，與它相連的Am79R70的DET腳輸出低電平，以向中央控制處理單元指示用戶U2已經(jīng)摘機。此后中央控制處理單元向U2的Am7

48、9R70控制端C3C2C1輸出010使Am79R70處于通話狀態(tài)U2的電話機停止振鈴。這樣U1與U2就可以通過Am79R70進行正常通話了。2.7 忙音檢測電路2.7.1 HA16830F特點HA16830F是日立公司生產(chǎn)的一種用鎖相環(huán)對400Hz忙音（BT）進行檢測并用整流波對話音進行檢測的專用集成電路。它能提供應答電話機終端檢測功能，其典型工作電源電壓為5V，電源電壓適用范圍在4.56.6V之間，工作溫度在2070。該集成電路具有以下特點：a.集成了全部終端檢測功能；b.提供有可由外部附加器件調(diào)整的寬捕捉范圍；c.話音控制的傳輸檢測電平可由外部附加電阻進行調(diào)節(jié)；d.帶有兩級濾波放大器便于調(diào)節(jié)頻率特性；e.音控傳輸檢測電路由具有滯后功能的比較器、濾波放大器、音控傳輸放大器組成，可對0334kHz范圍內(nèi)的話音進行檢測；f.忙音檢測電路由濾波放大器、相位檢測器1、相位檢測器2、壓控振蕩器和比較器組成，可對400Hz回鈴音、忙音、空號音等信號音進行檢測。 2.7.2管腳功能及功能HA16830F采用FP20N封裝，管腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7-1所示，其管腳名稱和功能如表2-7-1所列。表2-7-1 HA16830管腳名稱和功能引腳編號名稱直流偏壓（伏）典型輸入/輸出阻抗（歐）管腳說明1