畢業(yè)設(shè)計基于電話網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器的設(shè)計(硬件)

1、論文題目：基于電話網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器的設(shè)計(硬件)專 業(yè)： 自動化本 科 生： 李偉 （簽名）指導(dǎo)教師： 陳文燕 （簽名）摘 要本文主要介紹了一種以單片機at89s52和雙音多頻解碼集成電路mt8870為核心，通過電話線路遙控的遠程多路智能控制器。該控制器通過將電話線上的雙音頻信號解碼后變?yōu)槎M制信號送入at89s52單片機進行相應(yīng)處理來實現(xiàn)對家電的遠程控制。該遠程控制器硬件包括：振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、雙音頻解碼電路、語音提示電路及控制電路。使用匯編語言編寫系統(tǒng)程序。具有振鈴檢測、自動摘掛機、5位密碼驗證、語音提示、選擇家用電器等功能，最終實現(xiàn)對家電的控制。也可以對被遙控家電的狀態(tài)進行查

2、詢。該系統(tǒng)使用方便、經(jīng)濟實用、功能靈活，不僅可應(yīng)用于家用電器控制，還可以廣泛應(yīng)用于其它場所的各種設(shè)備控制。符合未來家電的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：電話遙控、雙音頻編解碼、單片機控制、家用電器控制論文類型：應(yīng)用54subject: design of remote controller base on pstn（hardware）specialty: automationname: liwei (signature) instructor:cheng wenyan (signature) abstract this article introduces a at89s52 to scm a

3、nd dtmf decoding ic mt8870 as the core, through the telephone lines of long-range multi-channel remoteintelligent controller. the controller through telephone lines and the dual-audio signal into a binary signal decoded into at89s52 scm accordingly to achieve handling of household electric appliance

4、s to the remote control. the remote controller hardware, including: ringing detection circuit, analog circuit extraction hang up, double-circuit audio codecs, voice prompt circuit and control circuits. the use of assembly language prepared by the system procedures. a ringing detection, automatic pic

5、k hang up, five password verification, voice prompts, select home appliances, and other functions, and eventually realize the control of household electric appliances. can also be remote control of state for home appliances. the system easy to use, economical and practical, functional flexibility, n

6、ot only can be used in home appliance control, but also widely used in other places of various types of equipment control. with the future of intelligent home appliances, network development direction.key words：telephone remote control, dtmf decoder, scm control, household appliances control thesis

7、type: application目 錄第1章 緒 論11.1 選題背景11.2 任務(wù)要求2第2章 總體設(shè)計3第3章 系統(tǒng)設(shè)計分析53.1總體設(shè)計分析53.2 硬件模塊63.2.1振鈴音的檢測63.2.2自動摘掛機63.2.3控制電器73.2.4雙音頻解碼73.2.5雙音頻發(fā)送73.2.6實時時鐘83.2.7語音提示93.3軟件模塊93.3.1信號音計數(shù)93.3.2密碼檢測93.3.3信號分析處理93.3.4軟件定時功能10第4章 硬件單元電路設(shè)計114.1振鈴檢測電路114.2模擬摘掛機電路134.3雙音頻解碼電路144.4語音提示電路164.5實時時鐘電路214.6設(shè)備控制電路21第5章

8、軟件簡介235.1密碼檢測部分255.2密碼修改部分255.3電器控制部分265.4振鈴計數(shù)部分26第6章 系統(tǒng)調(diào)試286.1整體調(diào)試286.1.1靜態(tài)調(diào)試286.1.2動態(tài)調(diào)試296.2硬件單元電路306.2.1 5v穩(wěn)壓電源306.2.2振鈴音檢測306.2.3模擬摘掛機316.2.4控制電器316.2.5雙音頻檢測326.2.6按鍵去抖問題326.2.7其它模塊346.3軟件程序調(diào)試346.3.1軟件系統(tǒng)設(shè)置346.3.2提示音信號356.3.3密碼檢測356.3.4聯(lián)機在線調(diào)試36第7章 系統(tǒng)使用說明38第8章 系統(tǒng)功能擴展39結(jié)束語41致 謝42參考文獻43附 錄44附錄一：系統(tǒng)模塊

9、圖44附錄二：系統(tǒng)電路圖48附錄三：實物圖49第1章 緒 論1.1 選題背景21世紀(jì)是信息時代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進步。自從1876年，alexander graham bell（貝爾）發(fā)明電話以來，世界各國的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速。進十年來，中國的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1997年8月局用電話交換機總?cè)萘客黄?億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，1999年7月固定電話用戶總數(shù)突破1億戶。  現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由交換機和電話傳輸線共同組成，它的性能已經(jīng)有了很大的進展，而且可靠性非常高。   遙控技術(shù)是通過一定的手段對被控物體實施一定距離的控制，常用的

10、方式有無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。無線電遙控既是利用無線電信號對被控物體實施遠距離控制。無線電遙控不可避免的須占用一定的無線電頻率資源，造成電磁污染；常規(guī)的有線遙控需進行專門的布線，增加了投入；而紅外線、超聲波遙控則受距離所限。現(xiàn)有的遙控方式中，還有載波通信控制手段和基于無線尋呼的遙控方式。載波方式即通過電力線傳遞信息，該方式只能局限于同一變電所、同一變壓器所轄范圍內(nèi)。因此也存在距離問題，應(yīng)用范圍有限?；跓o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。而且，隨著尋呼網(wǎng)的全國聯(lián)網(wǎng)，其遙控的距離基本不受限制。但該方式的受控方動作滯后于控制方的操作，不具備實時性，而

11、且不具備很高的可靠性。   電話遙控作為一較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。   電話屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用電話進行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關(guān)信息，從而進行進一步的操作。電話遙控這一課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實驗室階段，因而距離實際應(yīng)用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現(xiàn)出電話遙控方式的雙工通信特點。本作品正是

12、針對這一點進行了較大改進，采取單片機智能控制，利用不同的提示音達到對于不同操作的提示及對受控方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時了解受控方信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。而且本作品的調(diào)試都是在線調(diào)試，已經(jīng)在宿舍連接電話經(jīng)過真正的交換機實驗并且成功。作品為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達到非常高性價比。故未對電話裝置的其他功能進行進一步的擴展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡量選擇廉價的。在該作品的基礎(chǔ)上進行了功能擴展是很方便的。譬如:使用語音芯片作為信號音反饋，提高本作品的實用性（此次為了保證整體電路的廉價，所以并未使用專用的語音芯片）。利用遙控方式可使主人很方便地在異地提取留言

13、信息；在各路終端上接上傳感器即可實現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；接上自動撥碼電路可定時將預(yù)定信息轉(zhuǎn)至主人手機或特定電話，從而達到定時提醒主人的目的。本作品還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。1.2 任務(wù)要求此系統(tǒng)具體的設(shè)計要求如下：（1） 通過電話網(wǎng)對異地的電器實現(xiàn)控制（開/關(guān)）；（2） 控制器可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機；（3） 控制器設(shè)置密碼校驗；（4） 用戶在進行各種操作時均有語音提示；（5） 用戶可以在線更改密碼。第2章 總體設(shè)計電話智能遙控器由單片機構(gòu)成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機與電話外線的接口。其中包括振鈴檢測、

14、摘掛機控制、雙音頻dtmf 識別，及語音提示電路。雙音多頻信號（dtmf）是由一組低音頻信號和一組高音頻信號以一定方式的組合構(gòu)成，每組音頻信號各有4 個音頻信號，而每種組合有一個高音頻信號和一個低音頻信號，共16種組合。過去主要用于電話撥號信息傳輸，具有很強的抗干擾能力。目前市場上銷售的dtmf 專用芯片集編解碼于一體，mt8880 具有收發(fā)功能。本文通過89s52 單片機控制mt8880 實現(xiàn)計算機間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。dtmf 信號的產(chǎn)生原理：雙音頻信號是2 個正弦波信號的疊加，選定2 個頻率f1 和f2后可得到這種信號的數(shù)學(xué)表達式： (2.1)如果用合適的采樣頻率對這個信號進行ad 轉(zhuǎn)換，

15、則很容易計算出每一個采樣點的ad 值，而如果將這些采樣值形成一張表，在單片機里用同樣的采樣頻率將這張表中的數(shù)值用da 轉(zhuǎn)換器輸出，就是雙音頻信號。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)原理框圖當(dāng)有電話打入時,振鈴檢測電路檢測到電話振鈴信號,等待系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后,啟動自動摘機電路實現(xiàn)摘機,并送出提示音信號,用戶輸入預(yù)先設(shè)定的密碼,控制裝置通過雙音多頻解碼電路讀取輸入密碼,與預(yù)設(shè)在控制裝置中的密碼進行對比驗證,如果密碼錯誤,系統(tǒng)自動掛機;密碼正確,則進入遙控狀態(tài)。通過雙音多頻解碼電路獲得用戶發(fā)出的按鍵命令,并根據(jù)用戶的命令執(zhí)行開機、關(guān)機等操作。如果有人在默認(rèn)的振鈴次數(shù)之前接聽電話,則不進入電

16、話遙控狀態(tài), 因此不影響電話的正常通話使用。語音提示電路是該作品重要組成部分。為了降低本系統(tǒng)的造價，作品的提示音電路沒有使用專門的語音芯片，而是采用了基于lm386的語音放大電路。語音提示電路受單片機的控制產(chǎn)生相應(yīng)的提示音提示，并通過反饋電路反饋至電話外線。從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時了解有關(guān)的信息；控制部分即受控的終端，如前所述，可通過接駁不同的終端并對電話進行必要的改動從而達到功能的擴展。這一點，可使產(chǎn)品達到系列化。      本系統(tǒng)的每一個接口電路（振鈴檢測、模擬摘掛機、語音提示、雙音頻解碼等）都已經(jīng)經(jīng)過實際的交換機在線實驗，具有很

17、強的實用性。本系統(tǒng)使用最簡單的電路、最便宜的電路芯片實現(xiàn)了完善的功能。本系統(tǒng)還有許多可以添加的功能，具有很強的市場前景。      本裝置并聯(lián)于電話機的兩端，不會影響到電話機的正常使用。用戶通過異地的電話機撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發(fā)出振鈴信號。本裝置如果檢測到振鈴五次，即五次響鈴后無人接，自動摘機，進入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關(guān)進行遙控電器，完成后返回。第3章 系統(tǒng)設(shè)計分析3.1總體設(shè)計分析我設(shè)計此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：（1） 鈴音檢測、計數(shù)；（2） 自動摘掛機；（3） 密碼校驗（4） 在線修

18、改密碼；（5） 雙音頻信號解碼；（6） 雙音頻信號發(fā)送；（7） 輸入信息分析；（8） 控制電器開關(guān)；（8） 電器狀態(tài)查詢；（10）語音提示；根據(jù)電話機和交換機發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要求，我結(jié)合實際情況對具體的單元功能模塊作出硬件上的不同分工，具體如下。   理論上交換機所發(fā)出的各種信號音都可以通過軟件編程而識別，即通過單片機發(fā)出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)計算出其頻率，從而完成信號音識別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，我選擇了硬件來解決振鈴音檢測、忙音檢測、雙音頻信號解碼等功能模塊。自動摘掛機和電器的控制必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。

19、0;  振鈴音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實現(xiàn)也很容易。   綜上所述，我設(shè)計信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。  下面主要就硬件實現(xiàn)的單元電路進行具體分析。3.2 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，使整體電路達到比較高的穩(wěn)定性。3.2.1振鈴音的檢測  當(dāng)電話線路上沒有振

20、鈴信號時，電話線路由電話交換機提供大約48v的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15v。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點，有以下兩個方案： ·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)過光耦的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的正弦波，經(jīng)過rc 回路進行濾波輸出很標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的中斷計數(shù)器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。·在電話線的一端接入一個電容，目的是阻斷直流，當(dāng)有振鈴信號來的時候

21、，就可以用兩個電阻串聯(lián)進行分壓，分到一個5v 左右的電壓，用這個電壓去驅(qū)動光電耦合器。針對以上兩個方案，綜合比較，我采用了第二個方案，它具有硬件簡單，檢測方便等優(yōu)點，可以用計數(shù)方式對他進行判斷。3.2.2自動摘掛機  根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:不論任何電話機,摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)300 ,在掛機狀態(tài)下,其漏電流5a。當(dāng)用戶摘機時,電話機通過叉簧接上約300 的負(fù)載,使整個電話線回路流過約30 ma 的電流。所以程控電話交換機對電話摘機的響應(yīng)是電話線回路電流突然變大為約30ma的電流，交換機檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機已經(jīng)摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機控制一個繼電器的開關(guān)，繼電器的控

22、制端連接一個大約300的電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。當(dāng)單片機檢測到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)后,送出摘機信號:p3. 1 輸出高電平,驅(qū)動三極管t1 導(dǎo)通,繼電器動作使電阻接入電路,實現(xiàn)摘機。當(dāng)單片機檢測到正確的密碼,并按照用戶設(shè)定要求工作后,或者檢測到連續(xù)密碼錯誤次數(shù)達3 次,則單片機取消摘機信號( p3. 1 輸出低電平) ,三極管截止,系統(tǒng)掛機。3.2.3控制電器 此部分比較簡單，通過單片機控制多路繼電器的開關(guān)即可，常用的電路已經(jīng)很成熟，在此就不累述了。3.2.4雙音頻解碼此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，我發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編

23、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(zhuǎn)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(fù)論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成片mt8870來完成此功能模塊。3.2.5雙音頻發(fā)送當(dāng)mt8870 作為發(fā)送器時數(shù)據(jù)總線上d0d3 四位二進制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，發(fā)送的dtmf 信號頻率由358 mhz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準(zhǔn)頻率分離出8個不同頻率的正弦波，行列計數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個高頻信號和一個

24、低頻信號，經(jīng)開關(guān)電容做da 轉(zhuǎn)換，在加法器中合成dtmf 信號，并從tone 端輸出。mt8870簡介：mt8880是mitel公司生產(chǎn)的dtmf發(fā)送與接收器,它是一種功能較強的dtmf發(fā)送與接收器。它的內(nèi)部寄存器和控制接口、數(shù)據(jù)總線器,便于實現(xiàn)與微處理器的直接接口和對電路進行工作模式控制,獲得更多的功能和靈活性.通過微機接口可以由cp,rso,r/w,cs,d0d3等信號選擇與內(nèi)部寄存器,并控制電路的工作狀態(tài)或工作模式。l 提供完整的dtmf 發(fā)送或接收功能；l 具有接收信號音和帶通濾波的功能；l 能與微處理器直接連接。l osc1,osc0：時鐘或振蕩器輸入和輸出端。通常兩端外接3.58m

25、hz晶體；l in+,in-：運放的同相和反相輸入；l gs：增益選擇端；l vref：基準(zhǔn)電壓輸出端,由vdd,vss產(chǎn)生,通常為vdd/2：作為運放輸入偏置；l tone：發(fā)送tone信號的輸出；l r/w：讀、寫控制信號輸入,與ttl兼容；l cs：片選信號輸入，由地址譯碼器引出。若cs為ttl低電平,則此電路被選；l rso：寄存器選擇輸入,與ttl電平兼容；l cp：系統(tǒng)時鐘輸入；l d0d3：直接引自單片機控制dtmf信號發(fā)送和dtmf譯碼的4位數(shù)據(jù)輸入/輸出,與ttl兼容；l irq/cp：直接引向微處理器的計數(shù)器，對微處理器的中斷請求信號。若控制寄存器數(shù)據(jù)設(shè)定電路處于呼叫處理(

26、call)模式和中斷使能,則irq/cp端輸出代表運放輸入的方波信號音，該位信號頻率必須落在呼叫處理濾波器帶寬內(nèi)；l est：初始控制輸出。若檢測出有效的dtmf信號時,est為高電平;若信號丟失,則est返為低電平；l st/gt：控制輸入/時間監(jiān)測輸出。若ci電壓高于門限vtst時,電路寄存被檢測的dtmf單音對,并更新輸出鎖存器內(nèi)容；若ci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)置外部監(jiān)測時間常數(shù)。3.2.6實時時鐘 此部分雖然不是整個系統(tǒng)的重點，但是它可以給用戶提供時間信息，確保用戶的指示按時操作。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，我發(fā)現(xiàn)使用專用的時鐘芯片比較方便，同時可靠性

27、也比較高。經(jīng)過反復(fù)比較我決定使用ds12887。ds12887為 dallas公司生產(chǎn)的實時時鐘芯片，它除具有實時鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用ram，內(nèi)藏鋰電池。在本系統(tǒng)中，巧妙的應(yīng)用ds12887實現(xiàn)了以下功能：（1）多功能日歷、時鐘。（2）掉電保存各路家用電器開關(guān)狀態(tài)。（3）保存系統(tǒng)密碼，且密碼可在線更改。（4）結(jié)合軟件實現(xiàn)看門狗，增強了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。3.2.7語音提示 這個部分也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，因為系統(tǒng)自動摘機后將由它引導(dǎo)用戶進行下一步具體的操作，它的工作情況直接決定了用戶操作的正確性，決定用戶的操作能否正確執(zhí)行。經(jīng)過翻閱大量的資料并查看大量的有關(guān)語音的電路，我發(fā)現(xiàn)使用專

28、用的語音芯片比較方便，同時可靠性也比較高，用戶操作起來也容易，但是專用的語音芯片價格比較貴，軟件實現(xiàn)也比較繁瑣。最后經(jīng)過慎重考慮，我采用了基于lm386的語音放大電路。3.3軟件模塊經(jīng)過比較，我決定使用at89s52作為控制的單片機芯片，具體有關(guān)at89s52的介紹書籍很多很詳細(xì)，在這里不在累述。同時如何利用有限的16種dtmf信號實現(xiàn)多樣的系統(tǒng)控制功能，是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，借助于軟件編程，系統(tǒng)可以對16種dtmf信號的任意組合進行解釋，從而豐富了系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數(shù)、控制摘掛機、雙音頻信號分析處理、控制電器、信號音提示部分。3.3.1信號音計數(shù) 本單元

29、可以使用at89c51的兩個計數(shù)器的外部中斷方式來實現(xiàn)對不同信號音的計數(shù)。3.3.2密碼檢測 為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng)，電話遠程控制系統(tǒng)上線以后，用戶必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對系統(tǒng)操作的權(quán)限。本單元可以在系統(tǒng)初始化的時候，在單片機內(nèi)部的存儲器的內(nèi)部開辟一塊空間放置密碼。當(dāng)用戶輸入密碼的時候，單片機把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運算比較兩者是否相等。這樣就可以實現(xiàn)密碼檢測的功能。3.3.3信號分析處理 對收到的用戶信號，系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋，并決定對語音提示電路尋址，播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音，實現(xiàn)用戶和電話遠程控制系統(tǒng)間的交互操作，或者對外部受控設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動信

30、號。本單元可以利用查表方式，也可以用簡單的語句，稍微長一點的語句實現(xiàn)，例如case語句等。3.3.4軟件定時功能 系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動復(fù)位的軟件定時器，定時器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次工作的最大時間。若一次工作超時，系統(tǒng)自動離線，進入待機狀態(tài)。經(jīng)過翻閱大量的技術(shù)資料，對具體要求實現(xiàn)的功能進行完整的系統(tǒng)分析，我認(rèn)為我的電話遙控系統(tǒng)設(shè)計基本符合實際情況，可以完成設(shè)計任務(wù)所要求實現(xiàn)的基本功能。第4章 硬件單元電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的特點,選擇at89c51 作為整個控制系統(tǒng)的核心單元。at89c51 是一種低功耗、高性能、cmos 工藝的8 位微處理器,片內(nèi)有4 kb 的程序存儲器。其工作電壓(2. 76 v

31、) 和工作頻率(024 mhz) 范圍都很寬。4.1振鈴檢測電路 當(dāng)電話線路上沒有振鈴信號時，電話線路由電話交換機提供大約48v(老式交換機為60 v)的直流電壓，進濾波整流后不足以使穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，振鈴信號輸出端電壓接近0v；當(dāng)用戶被呼叫時,電話交換機發(fā)來振鈴信號，振鈴信號為25 ±3 v 的正弦波,電壓有效值為90 ±15 v。此信號經(jīng)隔直分壓后變換成為峰值為90v的脈動直流電，其峰值足以擊穿穩(wěn)壓二極管，振鈴輸出端電壓升高。因此，振鈴檢測電路輸出一定周期的脈沖信號，把該信號接在單片機的p3.4口（定時器0計數(shù)脈沖輸入端），如果單片機檢測到該口連續(xù)有5個脈沖輸入信號（振鈴

32、以5 s 為周期,即1 s 送,4 s 斷），即p3.4口計數(shù)值為5時，仍無人摘機，便由單片機控制模擬摘機。在本電路檢測鈴流信號時，以五次鈴響為準(zhǔn)，即五次振鈴后無人摘機，便由單片機控制自動模擬摘機。根據(jù)振鈴信號的特征, 設(shè)計振鈴檢測電路如圖4.1 所示。原理說明：電話振鈴信號通過電容c13隔直、z1穩(wěn)壓二極管、電阻r17和電阻r18分壓后，再經(jīng)過電阻r16輸入至光電耦合器4n35的輸入端1口，c13、z1、r17和r18共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會太大，對后面的光電耦合器起保護作用。光電耦合器4n35起的是隔離作用，光電耦合器是一種電信號的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和

33、光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號加于發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。在光耦另外一端引入單片機t1口進行計數(shù)，編程就按上面實際輸出的波形進行。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強的抑制能力，而且有很強的抑制電磁干擾能力。速度高、價格低、接口簡單。振鈴信號通過光耦4n35的4腳輸出振鈴方波，此方波再經(jīng)放大 、整形后送到單片機at89s52的t0/p3.4口，中斷方式采用外部中斷，計數(shù)5次產(chǎn)生t0中斷，控制繼電器模擬摘機，完成振鈴音檢測。圖4.1振鈴檢測電路圖 原器件選取：1

34、. c13是隔直電容，因為是過濾直流，濾出低頻信號，而且振鈴信號的電壓還比較高，因此選取0.01uf耐壓100v的瓷片電容；2. z1為穩(wěn)壓二極管，選取36v的穩(wěn)壓二極管；3. r17是4n35的限流電阻，取10k；4. u1選取光電耦合器4n35；5. r16、r17、r18共同組成分壓電路，分別取5.1k、10k、3.3k；6. r7和t2共同組成放大電路，對方波信號進行放大，r7取100k,t2選取8050；7. 反相器由74ls14中的兩組反相器組成，起整流作用；8. 根據(jù)分壓原理和74ls14的低電平有效值，r8取4.3k；4.2模擬摘掛機電路設(shè)計主要思路：根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:不論

35、任何電話機,摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)300 ,有“r”鍵的電子電話機的摘機狀態(tài)直流電阻應(yīng)350。在掛機狀態(tài)下,其漏電流5a。當(dāng)用戶摘機時,電話機通過叉簧接上約300 的負(fù)載,使整個電話線回路流過約30 ma 的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送,并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?完成接通。根據(jù)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，模擬摘掛機電路設(shè)計如圖4.2所示：模擬摘掛機電路主要由一個三極管開關(guān)電路控制繼電器的開關(guān)，繼電器控制接入電話線兩端的220電阻。摘掛機指令由單片機通過使p3.0口變?yōu)楦唠娖綄崿F(xiàn)。改變?nèi)龢O管t1的基極電壓，使t1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而開啟繼電器k2，k2使電阻r13接入電話線兩端。因為r13的電阻為

36、220，使回路電流變大，控制電路向交換機發(fā)出模擬摘機的信號，交換機響應(yīng)摘機信號，完成電話線路接通。整個電路完成自動模擬摘機過程。當(dāng)單片機檢測到正確的密碼，并按照用戶設(shè)定要求工作后，或者檢測到連續(xù)密碼錯誤次數(shù)達3次，則單片機取消摘機信號（p3.0輸出低電平），三極管截止，系統(tǒng)掛機。圖4.2模擬摘掛機電路根據(jù)設(shè)計原理，原器件選取如下:1. r12是三極管限流電阻，取10k；2. t1三極管是起模擬開關(guān)控制繼電器的作用，取9013；3. k2是繼電器控制開關(guān)，取jrc-4100f dc5v；4. r13是摘機電阻，取220；4.3雙音頻解碼電路1. dtmf 信號特性dtmf雙音多頻信號是目前在按鍵

37、電話(固定電話、移動電話) 、程控交換機及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一種信號。他是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號,電話鍵盤上的任何一個鍵都由兩個都互不為諧波關(guān)系的頻率組成,如表1 所示。mitel公司的mt8870信號接收器可把dtmf信號變?yōu)閱纹瑱C可以識別的二進制數(shù)字信號，來識別每一個按鍵。表1 dtmf信號按鍵、頻率關(guān)系表高頻組/ hz數(shù)字鍵盤1 633 1 209 1 336 1 477697 1 2 3 a低頻組/hz 770 4 5 6 852 7 8 9 c 941 3 0 # d2.原理簡介：雙音多頻dtmf信號解碼電路由mt8870主要承擔(dān)。mt8870的連線如圖4.

38、3所示， 2、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(nèi)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（1114腳）輸出相對應(yīng)的8421碼。圖4.3雙音解碼電路圖mt8870的數(shù)據(jù)輸出端q1 q4連到at89s52的p1口的p1.0 p1.3，cpu經(jīng)p1口識別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼（q1q4）輸出見表二。其中，a，b，c，d 4個按鍵常被當(dāng)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

39、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(shù)資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權(quán)威的手冊，所以我是在實驗中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù)后，才把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于程序當(dāng)中。為了使單片機at89c51獲取有效數(shù)據(jù)，mt8870的std有效端接cpu的/int0引腳。當(dāng)mt8870獲取有效雙音多頻信號后，std電平由高變低，再反相為高，在由高到低跳變是，引發(fā)中斷，單片機響應(yīng)中斷后，使mt8870的toe端產(chǎn)生一個高電平脈沖信號，該信號使mt8870的數(shù)據(jù)輸出端q1q4由原來的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當(dāng)前輸

40、入的雙音頻信號相對應(yīng)的二進制編碼，單片機通過p1口將二進制數(shù)讀入并識別出鍵值保存在ram中。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接收器的外圍電路如圖4.4所示。其中，接在電源處的電容對抗干擾有一定的作用。當(dāng)std有效（即中斷開放）時，p = 1則/int0中斷關(guān)閉；p = 0時則/int0中斷允許。本單元元器件選擇如下：1. c1是隔直電容，取0.1uf；2. r1和r2是輸入平衡電阻，取100k，c2是隔直電容，取0.1uf；3. u2是雙音頻解碼芯片，選取mt8870；4. r3是輸出平衡電阻，選取100k；5. xtal是晶

41、振，為mt8870提供時訊，選取3.579mhz；表2 dtmf信號與二進制碼的對應(yīng)關(guān)系鍵號低頻組高頻組d4d3d2d1169712090001269713360010369714770011477012090100577013360101677014770110785212090111885213361000985214771001*94114771100a69716331101b77016331110c85216331111d941163300004.4語音提示電路原理說明：為使用戶使用方便，本系統(tǒng)在進行各種操作時，均有語音提示。翻閱大量的資料以及查看大量的電路圖后，我發(fā)現(xiàn)以下兩個語音芯片

42、使用起來比較的方便，且由它們組成的電路也比較常見。一isd4004提示語音由以語音芯片isd4004為核心的語音電路產(chǎn)生，并通過變壓器耦合到電話線上。此外，isd4004可以存儲8到16分鐘語音，在存完提示語音后還有大量空間，因此可以用來存儲留言。isd4004有如下特點：isd4004系列工作電壓3v，單片錄放語音時間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話機及其它便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用cmos技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混清濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻放大器及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口（spi或micro wire）送入。芯片采用

43、多電平直接模擬量存貯技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)的閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音，音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路固置化和壓縮造成的量化噪聲和多屬聲。采樣頻率可為4.0,5.3,6.4,8.0khz,頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年（典型值）反復(fù)錄音10萬次。isd4004工作時必須有微控制器驅(qū)動，它與微控制器的接口為spi模式，其指令表如表三所示。spi協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的spi移位寄存器在sclk的下降沿動作，因此對te63480而言，在時鐘上升沿鎖存mosi引腳數(shù)據(jù)，在

44、下降沿將數(shù)據(jù)送至miso引腳。協(xié)議具體內(nèi)容如下：（1） 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于ss下降沿。（2） ss在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平。（3） 數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。（4） ss變低，輸入指令和地址后，ter行能開始錄放操作。（5） 指令格式是8位控制碼加16位控制碼。（6） ter的任何操作（含快進）如果遇到wom或ovf，則產(chǎn)生一個中斷，該中斷狀態(tài)在一下個spi周期開始時被清除。（7） 使用“讀”指令會使中斷狀態(tài)位移出ter的miso引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從mosi端移入。因此，要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進行的操作兼容，當(dāng)然，也允許在spi周期

45、里，同進執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作（即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前操作可以不兼容）（8） 所有操作在運行位（run）置1時開始，置0時結(jié)束。（9） 所有指令都在ss端上升沿開始執(zhí)行。（10） 信息快近（11） 用戶不必知道的確切地址，就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到eom后停止，然后內(nèi)部地址計數(shù)器加1，接向下條信息開始處。（12） 上電順序（13） 器件延時tpud（8khz）采樣時，約為25毫秒）后才能開始操作。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待taud，才能發(fā)出一條操作指令。例如：從00處放音，應(yīng)遵循如下時序：1、發(fā)power up命令；2、等待tpu

46、d（上電延時）；3、發(fā)地址值為00的setplay命令；4、發(fā)play命令。（14） 器件會從00地址開始放音，當(dāng)出現(xiàn)eom時，立即中斷，停止放音。（15） 如果從00處錄音，則按以下時序；1、發(fā)power up命令；2、等待tpud（上電延時）；3、發(fā)power up命令；4、等待2倍tpud；5、發(fā)地址值為00的setrec命令；6、發(fā)rec命令。器件便從00地址開始錄音，一直到出現(xiàn)ovf（存貯器末尾）時，錄音停止。表3 isd4004指令指令8位控制碼，16位地址碼操作摘要powerup00100xxx（xxxxxxxxxxxxxxxx）上電：等待tpud后器件可以工作set play1

47、1100xxx（a15a0）從指令地址開始放音，須后跟play指令，使放音繼續(xù)play 11110xxx（xxxxxxxxxxxxxxx）從當(dāng)前地址開始放音（直至eom或ovf）set rec10110xxx（a15a0）從指定地址開始錄音，須后跟rec指令，使錄音繼續(xù)rec110110（xxxxxxxxxxxxxxx）從當(dāng)前地址開始錄音（直至ovf或停止）set mc11101xxx（a15a0）從指定地址開始快進，須后跟mc指令，使快進繼續(xù)mc11111xxx（xxxxxxxxxxxxxxx）執(zhí)行快進，直到eom，若再無信息，則進入ovf狀態(tài)stop0x110xxx（xxxxxxxxxxx

48、xxxx）停止當(dāng)前操作stop pwrdn0x01xxxx（xxxxxxxxxxxxxxx）停止當(dāng)前的操作并掉電rint0x110xxx（xxxxxxxxxxxxxxxx）讀狀態(tài)；ovf和eom二isd2590提示語音由以語音芯片isd2590為核心的語音電路產(chǎn)生。此外該芯片還具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。有10個地址輸入端，尋址能力可達1024位；最多能分600段；設(shè)有ovf（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。isd2590的最高地址位a8(腳9)，a9(腳10)置為高電平時，芯片即進入操作模式狀態(tài)。操作模式根據(jù)引腳a1a8的高低電平不同組合總共分為6種不同的模式，實現(xiàn)不同的功能。為盡量節(jié)省

49、i/o口線，采用了m1和m6相結(jié)合的方法實現(xiàn)對isd2590操作，將所需的語音通過開始/暫停按鈕一段一段從話筒錄入芯片，只需記住各段的序號即可。isd2590的信息檢索模式的使用方法：首先將芯片的錄放控制p/r端置高，地址位a4，a0置高，現(xiàn)在芯片即處于信息檢索模式的信息讀取狀態(tài)。要播放第n段的語音，先給pd端一高電平脈沖，使地址指針復(fù)位為0。因為所有的序號都以存儲器起始處為基準(zhǔn)，除第一段外，只需要ce端發(fā)送n-1個不大于10us低脈沖，即可使地址指針到達第n段的開始處，然后拉高a0，在ce端加一個低脈沖即可播放第n段的語音信息，直到此段后的eom標(biāo)志出現(xiàn)為止。由此可知準(zhǔn)確檢索的關(guān)鍵在于正確檢

50、測到每一段的eom結(jié)束標(biāo)志。因為在快進狀態(tài)下，eom脈沖的寬度只有10us左右，對于速度不高的單片機不易檢測到，此時可用外部中斷來檢測eom標(biāo)志位。上面所談到的兩種語音提示電路均是事先在芯片中存儲若干段系統(tǒng)提示音，at89s52中央處理單元電路判斷用戶發(fā)送的dtmf信號后，對語音提示電路進行尋址，播放相應(yīng)的提示音，從而對用戶反饋信息，提示下一步該如何操作。雖然這兩種電路都比較簡單且提示音多樣、明了，用戶比較容易理解，但是它們的價格非常昂貴，而其所用的芯片都是進口的，很難買的到。為了降低本系統(tǒng)成本，使其得到廣泛的推廣，本人放棄以上兩種方案。在此系統(tǒng)中，我采用了基于lm386的語音提示電路，具體原

51、理如下。因為人耳的反應(yīng)頻率范圍為20hz-20khz，而ccitt規(guī)定的電話話音信號的頻率范圍是300-3400hz，本功能單元的發(fā)聲頻率選定為500hz和1000hz兩種。規(guī)定它們的含義如下：(1) 低音,表示裝置已經(jīng)摘機,請輸入密碼,其參數(shù):頻率f = 500 hz ,延時t = 0. 5 s/ 聲；(2) 兩聲低音,表示密碼已經(jīng)通過,請選擇電器,其參數(shù):頻率f = 500 hz ,延時t = 0. 5 s/ 聲；(3) 三聲低音,表示電器已選定,請控制(開/ 關(guān)) ,其參數(shù):頻率f = 500 hz ,延時t = 0. 5 s/ 聲；(4) 三聲高音,表示密碼輸入錯誤,其參數(shù):頻率f =

52、1 000 hz ,延時t = 0. 3 s/ 聲；(5) 一聲高音,表示控制已經(jīng)完成,其參數(shù):頻率f =1 000 hz ,延時t = 0. 3 s/ 聲。具體的電路圖入圖4.6所示。圖4.6 語音提示電路圖信號音從單片機at89s52的p3.1口輸出，先經(jīng)過一可變電阻進行分壓，然后輸入到音頻放大集成電路lm386n-1的輸入端。經(jīng)lm386n-1的放大，信號音耦合送入喇叭中，發(fā)出聲響。音頻放大集成電路lm386的連接比較簡單，本裝置的使用是lm386放大增益為50db的連接方式。元器件選取：1. 電容c5取0.05uf，c3、c4是電解電容，分別取250uf和10uf；2. 電阻r11和r

53、4分別取10k和1.2k；3. r5為可變電阻，取10k；4. u6為lm386；5. ls1為喇叭，選取8 0.5w；4.5實時時鐘電路此部分采用ds12887作為核心芯片。ds12887為dallas公司生產(chǎn)的實時時鐘芯片，除具有實時鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用ram，內(nèi)藏鋰電池。在本系統(tǒng)中，巧妙的應(yīng)用ds12887實現(xiàn)了以下功能：（1）多功能日歷、時鐘。（2）掉電保存各路家用電器開關(guān)狀態(tài)。（3）保存系統(tǒng)密碼，且密碼可在線更改。（4）結(jié)合軟件實現(xiàn)看門狗，增強了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。at89s52為intel系列總線，所以ds12887的mot腳接地，as，ds，rw分別與at89c5

54、1 ale，rd，wr管腳相連。為盡量節(jié)省i/o口線，對ds12887的讀寫不采用movx a，dptr 指令，而采用p3.5作為片選信號，對ds12887的讀寫全部采用movx a，r0來完成。這樣可充分利用cpu的p2口，避免讀寫時影響電器狀態(tài)。具體接線見圖4.7。圖4.7 實時時鐘電路圖4.6設(shè)備控制電路原理說明： 該系統(tǒng)的目的是通過電話遙控,控制不同電器的電源通斷。圖4.8所示為一路電器控制電路圖,在本裝置中一共有8 路電器可以控制,其他電器控制電路相同。圖4.8設(shè)備控制電路圖當(dāng)p0. 0 輸出高電平時,三極管t3 導(dǎo)通,繼電器k1得電,常開觸點閉合,220 v交流電壓加在電器兩端,電

55、器打開,反之電器被關(guān)斷。在p0的其它口接上相同的電路便可以控制其它別的電器了。第5章 軟件簡介設(shè)計一個系統(tǒng)首要考慮的是設(shè)計的可行性，其次要考慮它的抗干擾措施。隨著單片機在工業(yè)自動化、生產(chǎn)過程控制、智能儀表等系統(tǒng)的深入應(yīng)用, 在滿足了各項控制功能后,為了使系統(tǒng)投入實用, 必須提高其可靠性、安全性。但是, 由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣, 常會受到電磁設(shè)備啟動、停止、電源波形畸變等因素的影響, 干擾不可避免存在。在工業(yè)現(xiàn)場, 大多數(shù)情況下干擾不會造成單片機系統(tǒng)硬件的損壞, 主要是對軟件運行造成不良影響。其主要特征是: 指令碼或數(shù)字碼受干擾, 使程序的執(zhí)行出現(xiàn)錯誤。最典型的錯誤有:（1）. cpu 中的程序計數(shù)器pc 的值隨機改變, 完全可能造成cpu 離開正確的指令順序去執(zhí)行一些無定義地址中的內(nèi)容, 或進入數(shù)據(jù)區(qū), 把數(shù)據(jù)當(dāng)作操作碼來控制,使整個工作紊亂, 系統(tǒng)失控； （2）.輸出口被失控程序非法操作,使控制量發(fā)生波動或使系統(tǒng)出現(xiàn)“死機”；（3）. 數(shù)據(jù)區(qū)受干擾, 造成數(shù)據(jù)被沖毀, 使系統(tǒng)出現(xiàn)運行不正常,