家用電器遠(yuǎn)程控制

1、摘要本文介紹了一種以單片機AT89C51為主控制器和雙音多頻解碼電路芯片F(xiàn)M9270為核心，通過電話線路實現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程、多路智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實用、功能靈活多樣，可以對被遙控對象的狀態(tài)進行查詢以及控制，可以廣泛地應(yīng)用于家用電器或者其他場所的各種控制設(shè)備。系統(tǒng)主要由主控制器、振鈴檢測與模擬摘機電路、DTMF解碼電路、語音提示電路、集中控制器等構(gòu)成。 隨著生活水平的不斷提高，人們希望有一種自動化、智能化程度高的控制系統(tǒng)對所有的家用電器能實施遠(yuǎn)程控制。本文介紹了一種基于PSTN(Public Switched Telephone Network，公眾電話網(wǎng))實現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程控制，通過電話

2、可以隨時隨地控制多種家用電器的開關(guān)和各種設(shè)定，諸如將空調(diào)提前升降溫、電熱水器提前預(yù)熱等，應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛?；赑STN實現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程控制與常規(guī)的遙控方式，如無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等相比，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。關(guān)鍵詞：AT89C51；ISD1420 ；FM9270；PSTN；遠(yuǎn)程控制.AbstractThe text introduce a sort of control system that use AT89C51 sing

3、le chip act as main controller and use both sound-many frequency decode circuit CMOS chip FM9270 act as core, through telephone line carry out family equipments long-distance many -way intelligent control. This system is so practical and the function is so agility and multiplicity, that can demand a

4、nd control the state of the controlled object, can widely appliance in family equipment or other spatial all kinds of control equipment. The system mostly make up of main controller, check shake bell and simulate circuit, DTMF decode circuit, sound clew circuit, concentrate controller.Along with the

5、 improvement of the standard of living, people want to have a high automatic and intelligent control system that can control all the family equipment through long-distance. The text introduce a sort of control system that based on PSTN and can control all the family equipment through long-distance,

6、through telephone can control the switch and set up of all the family equipment at any moment and everywhere, such as rise or drop the temperature of the air-condition ahead of schedule, warm-up the electronic water heater ahead of schedule, and so on. Its appliance foreground of the system quite ab

7、road.Based on PSTN carry out long-distance control family equipment show definitely advantage compare with wireless telephone control have-wire telephone control, infrared ray and ultrasonic telephone control and so on. It dont need put up special line, dont engross wireless frequency resource and a

8、void electromagnetism pollution. At the same time, thanks to the line in everywhere joined the net, it can make the best of the existing telephone network, so that the distance of wireless control can span province and city and can span country indeed.Key words:AT89C51；ISD1420 ；FM9270；PSTN；Long-dist

9、ance control目 錄引言11 PSTN介紹 21.1公用電話網(wǎng)絡(luò)的基本電話信號21.2電話信鈴的檢測與識別32 總體設(shè)計42.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖42.2系統(tǒng)整體方案論證5兩種方案分析 5最終選擇方案53 硬件設(shè)計63.1 AT89C51單片機63.2 語音提示電路 103.3 振鈴檢測與模擬摘機電路133.4 DTMF解碼電路143.5 8路電器控制163.6 狀態(tài)顯示模塊 174 軟件設(shè)計174.1 可采用模塊化設(shè)計方法174.2 程序流程圖 184.3 錄音模塊軟件設(shè)計195 系統(tǒng)調(diào)試205.1 模塊調(diào)試 205.2 系統(tǒng)統(tǒng)調(diào) 216 操作說明227 結(jié)論 22謝辭24參考文獻.

10、25附錄26引言遙控技術(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(yuǎn)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?，F(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

11、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，而且不具備很高的可靠性。 隨著我國信息事業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展,通信基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善,固定電話、移動電話用戶總數(shù)接近兩億。利用現(xiàn)有的通信終端,實現(xiàn)基于PLMN(陸基移動通信網(wǎng))和PSTN(公用電話交換網(wǎng))的電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),既可以節(jié)約投資,又便于推廣。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(ITRCS),以CCITT及我國標(biāo)準(zhǔn)共同規(guī)定的部分標(biāo)準(zhǔn)程控交換信令(DTMF雙音多頻信號,振鈴信號,回鈴音信號等)作為系統(tǒng)控制命令,以PLMN與PSTN通信網(wǎng)作為傳輸介質(zhì),使用戶可以在遠(yuǎn)端利用固定電話或移動電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號,實現(xiàn)對近端電器設(shè)備的遠(yuǎn)程

12、控制。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距離，并不能完全體現(xiàn)出電話遙控方式的雙工通信特點。本系統(tǒng)正是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。系統(tǒng)為了突出高性價比，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

13、。同時在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行功能擴展是很方便的。譬如:加上留言功能，主人不在家時客人可以留言，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)至主人傳呼機或特定電話，從而達到定時提醒主人的目的。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由單片機構(gòu)成主控模塊，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；另外還包括振鈴檢測模塊、模擬摘掛機控制、雙音頻DTMF譯碼模塊、及電器驅(qū)動模塊等。1PSTN介紹在通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)中，為保證設(shè)備間或用戶間的互通和正常的維護管理

14、，除了需要傳送話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送專用的附加控制信號。對于程控交換系統(tǒng)，通常需要發(fā)送各種稱之為“信鈴”或“信號”（signal）的控制信號，來完成交換協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)用戶呼叫的處理、接續(xù)、控制與維護管理等功能。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信設(shè)備迅速增長，通信網(wǎng)絡(luò)已遍布世界各地 。如何有效地利用這個豐富的資源，設(shè)計出更好更有競爭力的產(chǎn)品，為多數(shù)設(shè)計人員所關(guān)注。要設(shè)計出與之有關(guān)的產(chǎn)品，就必須知道存在于通信網(wǎng)絡(luò)里一些基本信號和不同情況下的檢測方法。本章將介紹公用電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)幾種基本電信信號。1.1 公用電話網(wǎng)絡(luò)的基本電話信號1876年貝爾發(fā)明的電話只是原始的電磁式電話,是一對單向單工方式,

15、并沒有信號音之分。直到本世紀(jì)60年代電話機的電子化，1963年出現(xiàn)了第一臺按鍵電話，60年代末CCITT提出了一種新的發(fā)號方式：“雙音多頻”(DTMF)發(fā)號方式音頻撥號。70年代末的大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和程控交換網(wǎng)的擴大，對電話狀態(tài)的提示要求產(chǎn)生了撥號、忙音、回鈴音等多種信號音?，F(xiàn)代傳真機的誕生，又增加了話網(wǎng)上的調(diào)制問答信號音。 公用電話網(wǎng)基本電信信號包括：振鈴、撥號音、回鈴音、忙音、阻塞音和無效號碼音。同一信號的組成成分卻因不同國家和不同地區(qū)而不完全一樣,甚至差別很大。當(dāng)電話聽筒從它的托架上拿起來，或者離開掛鉤時，就開始請求振鈴功能，這時有直流信號流過環(huán)路，中央局的交換設(shè)備檢測到直流信號，就

16、認(rèn)為是請求服務(wù)的信號。只要電話在使用，就有直流信號流過，所以，交換機可以通過檢測直流信號判斷電話線是否還在使用。當(dāng)直流信號中斷時，交換機得知談話已經(jīng)結(jié)束了。因此，在本地環(huán)路中，直流信號用來振鈴和管理。在用戶本地環(huán)路上傳送地址信息有兩種方法：第一種就是，電話撥號脈沖中斷直流信號，交換機對撥號脈沖計數(shù)，撥號脈沖以10脈沖/秒的速度產(chǎn)生；第二種方法就是以兩個音頻信號組合形成的信號在用戶環(huán)路網(wǎng)上傳輸，叫做雙音多頻信號，雙音多頻撥號一般由四個高頻信號（稱高頻群組）和四個低頻信號（稱低頻群組）組合代表一個數(shù)字，每個數(shù)字信號由高、低頻群組中取一個頻率組成，八中取二，共有十六種組合方式，可代表16種信息，組合

17、情況如見下表1所示。在使用電話過程中大致有以下幾種情況出現(xiàn)：（1）撥號前，摘機后出現(xiàn)的撥號音或阻塞音（機線阻塞）；（2）撥號后可能出現(xiàn)無效號碼音；忙音（如對方正在使用電話）；回鈴音+語音（對方聽到鈴響后回話）；回鈴，音+忙音（對方無人接聽）；語音+忙音（如所撥號碼是移動電話，但對方未開電話，電信局送來提示語音后再送來忙音）；幾秒后語音提示（所撥號碼為傳呼機號碼，傳呼臺送來提示撥號語音）；幾秒后忙音（所撥號碼為傳呼臺號碼，傳呼臺送來忙音）；幾秒后高頻音（所撥號碼為傳呼機號碼，傳呼臺發(fā)送來的2KHz的應(yīng)答信號）（3）振鈴。表1 電話撥號數(shù)字對應(yīng)的高低頻率組1.2 電話信鈴的檢測與識別從上一節(jié)我們可

18、以知道電話局向用戶傳送的多種信號，這一節(jié)我們來看一下如何檢測和識別這些信號。首先，來看一下這些信號的各自含義。振鈴：鈴流用來呼叫被叫用戶。撥號音：用來通知主叫用戶可以撥號。回鈴音：表示被叫用戶處于被振鈴狀態(tài)。忙音：表示本次接續(xù)遇到機線忙或被叫用戶忙。阻塞音：呼叫必須的電話暫時無法使用，機線擁塞。電話網(wǎng)信號識別的原理是利用CPU的中斷和定時功能,檢測輸入信號的周期和一定時間內(nèi)采集到的信號數(shù)量。由檢測到的周期可計算出信號的頻率,由定時窗口內(nèi)采集到的信號脈沖數(shù)量可以算出信號的占空比。有了頻率和占空比兩個參數(shù),就可以推斷出信號的類型。對于撥號音、阻塞音和振鈴的情況,只需檢測出信號的頻率和占空比,就可以

19、推算出它是振鈴信號、撥號信號還是阻塞信號。對于撥號后的情況，要識別的信號有四種，其中三種為基本信號(回鈴音、忙音和無效號碼音)，一種為傳呼臺2KHz應(yīng)答信號。這些信號出現(xiàn)的時刻和持續(xù)時間都有很大差別。尤其是出現(xiàn)在信號前的語音信號,使得識別工作變得復(fù)雜、困難。撥號后的前五種是與打電話相關(guān)的情況，后三種是與撥傳呼機有關(guān)的情況。以打電話為例，撥號后如果是忙音，則掛機延時后再撥，如果是回鈴信號，則進一步檢測對方是否摘機應(yīng)答，何時摘機?根據(jù)撥號后出現(xiàn)的情況所述，給出打電話時的波形圖，如圖1.1所示。圖1.1電話信鈴波形圖2 總體設(shè)計設(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

20、機；(3)密碼校驗；(4)雙音頻信號解碼；(5)控制電器開關(guān)；2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖ERPROM振鈴檢測與模擬摘/掛機電路電話線AT89C51單片機集中控制器DTMF解碼電路語音錄放電路語音控制電路圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖當(dāng)需要遙控家用電器時，撥打相應(yīng)的電話號碼，振鈴檢測電路檢測鈴流信號，如果有人接聽電話或振鈴次數(shù)少于6次，對程控電話的使用不造成影響，當(dāng)振鈴次數(shù)達到6次后(次數(shù)可以通過軟件任意設(shè)定)，單片機啟動語音提示電路發(fā)出提示音，詢問是否進入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動摘機進入控制狀態(tài)并將摘機信號輸入到單片機中，單片機接收到摘機信號后，啟動語音提示電

21、路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出。輸入的密碼經(jīng)DTMF接收，轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)并與事先存儲在單片機中的密碼比較，如果不相符，則語音提示密碼錯誤，可再次重新輸入，若三次密碼錯誤則發(fā)提示音并自動掛機；如果密碼相符則語音提示選擇控制通道(按鍵18分別表示18號通道，分別控制8路電器)。通道選擇后，按下“1”鍵表示開啟該路電器，并有語音提示“該路電器已經(jīng)開啟”，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“”鍵則可掛機退出。若超時則自動掛機(時間可由軟件設(shè)定)。2.2系統(tǒng)整體方案論證由于該系統(tǒng)其它模塊都是固定的，不需要做大的變動，而唯一可以有所不同的就在于語音控制電路部分。語音

22、控制部分設(shè)計的不同就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)設(shè)計方案的不同。所以主要分析語音控制電路，可以使用錄音芯片作為信號音反饋，提高本系統(tǒng)的實用性，也可以不使用錄音芯片，提示音使用程序產(chǎn)生，保證整體電路的廉價。下面給出兩種不同的方案，并對其進行分析，最終選擇其中一個方案。兩種方案分析方案一：使用錄音芯片來完成語音控制電路功能本文使用的錄音芯片是ISD1420，使用錄音芯片可以使操作者能及時了解到受控家用電器的信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。具有多種手動控制方式、分段管理方便、多段控制時電路簡單、采樣速度及錄放音時間可調(diào)、每個單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點當(dāng)利用ISD1420進行錄音時，外部音頻信號通過話筒輸入

23、和線路輸入方式進入，通過芯片內(nèi)話筒放大器中自帶的自動增益調(diào)節(jié)，如果信號幅度在100mV左右即可直接進入線路輸入端，音頻信號經(jīng)內(nèi)部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專用快閃存儲器中。放音時芯片內(nèi)讀邏輯電路從閃存中取出信號，經(jīng)過一個低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動外部的喇叭放音。方案二：提示音使用程序產(chǎn)生該方案可以減少該系統(tǒng)成本費用，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。但是該方案在程序中實現(xiàn)會非常麻煩，增加了編程的難度和軟件調(diào)試的難度。最終選擇方案根據(jù)以上分析，決定采用方案一來完成語音

24、控制并形成如下總體設(shè)計方案：（1）DTMF解碼電路采用FM 9270芯片接收從TEL0、TEL1輸入的雙音多頻信號并將其轉(zhuǎn)換成二進制編碼，然后輸至單片機進行數(shù)據(jù)處理，進而實現(xiàn)控制功能。（2）語音提示電路采用ISD1420芯片，可以使操作者能及時了解到受控家用電器的信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。（3）主控制器采用AT89C51，它是一款與MCS51完全兼容且內(nèi)部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元的芯片，因此可以不需另外擴展EEPROM及靜態(tài)RAM就可以實現(xiàn)所需功能。3 硬件設(shè)計主要器件：AT89C51單片機、ISD1420、 FM92703.1 AT89C51單片機AT89

25、C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1.主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通

26、道低功耗的閑置和掉電模式本設(shè)計中選用AT89C51作為中央的處理模塊，下面對AT89C51作簡要介紹：AT89C51是Intel公司于20世紀(jì)80年代推出MCS-51系列單片機的一種型號。下面是AT89C51單片機的基本結(jié)構(gòu)和有關(guān)引腳功能:中央處理器CPU為單片機的核心;內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM,用以存放各類數(shù)據(jù)；內(nèi)部程序存儲器ROM，用以存放程序指令或某些常數(shù)表格；每個8位的并行I/接口（P0，P1，P2和P3）均可用做輸入或者輸出；兩個定時器/計數(shù)器，用做外部事件計數(shù)或定時；內(nèi)部中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，其中兩個外部中斷源；1個串行接口電路，可用于全雙工異步收發(fā)；內(nèi)部時鐘電路只需外接晶振和微調(diào)電

27、容，最高工作頻率達到12MHz。AT89C51單片機采用40引腳雙列直插（DIP）封裝。串行通訊計算機的CPU與其外部設(shè)備之間常常要進行信息的交換，一臺計算機與其他的計算機之間也往往要交換信息，所有這樣的信息交換均稱之為“通訊”。通訊的方式可分為：并行通訊和串行通訊。串行通訊是指數(shù)據(jù)的各位是一位一位地按順序傳送通訊方式。它的突出優(yōu)點是只需要一根傳輸線，甚至可以利用電話線作為傳輸線，這樣就可以大大的降低了傳輸成本，特別適用于遠(yuǎn)程通訊。其缺點是傳送速度較低。假設(shè)并行傳送N位數(shù)據(jù)所需的時間為T，那么串行傳送的時間至少為NT，而實際上總是大于NT。串行通訊的兩種基本方式圍繞著當(dāng)兩個設(shè)備進行串行通訊時，

28、如何才能保證接收機接收到正確的餓字符這個問題，通常采用通訊雙方都認(rèn)可的兩種傳送方式（即通訊方式）。a異步傳送方式在異步傳送中，字符是按格式進行傳送的。每幀格式如圖所示。在幀格式中，先是一個起始為“0”，然后是5-8位數(shù)據(jù)，且規(guī)定低位在前，高位在后；接下來是奇偶校驗位（可略），最后一位是停止位“1”。這種傳送方式利用每一貝貞的起、止信號來建立發(fā)送與接收之間的同步。其特點是：沒一幀內(nèi)部各位均采用固定的時間間隔，但貝貞與貝貞之間的時間間隔是隨機的。接收機完全靠每一貝貞的起始位與停止位來識別字符傳送是正在進行還是已經(jīng)結(jié)束，或是一個新的字符。這也是“異步”的涵義所在。b同步傳送方式同步傳送方式是一種連續(xù)

29、傳送的方式，它不必想異步傳送方式那樣要在每個字符都要加上起、止位，而是在要傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符SYN，而且數(shù)據(jù)沒有間隙，使用同步傳送方式，可以實現(xiàn)高速度、大容量的數(shù)據(jù)傳送。在用同步 傳送方式時，為了保證接收正確無誤，發(fā)送方除了傳送數(shù)據(jù)外，還要將時鐘信號同時傳送。波特率在串行通訊中，有一個重要的指標(biāo)叫波特率。它定義為每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)（亦稱比特數(shù)），以位/秒作為單位。波特率反映了串行通訊的速率，也反映了對傳輸通道的要求：波特率越高，要求傳輸通道的頻帶就越寬。在異步通訊中，波特率為每秒鐘傳送的字符數(shù)和每個字符位數(shù)的乘積。注意：波特率與時鐘頻率不是一回事。時鐘頻率波特率高得多，一般有兩

30、種選取的方法：即高16倍或高64倍。須知，由于異步通訊雙方各自使用自己的時鐘源，若時鐘頻率等于波特率，則只要頻率稍微有偏差就會導(dǎo)致接受錯誤。如果使用較高頻率的時鐘，例如在一位數(shù)據(jù)內(nèi)就有16或64個時鐘，則捕捉正確的信號就可以得到保證。就串行通訊中數(shù)據(jù)的傳送方向而言，有所謂單工、半雙工和全雙工之分。a單工方式在這種方式中只允許在意個方向傳輸數(shù)據(jù)。一個只作為數(shù)據(jù)發(fā)送器，一個只作為數(shù)據(jù)接收器，而不能進行相反方向的數(shù)據(jù)傳輸。b半雙工方式在這種方式中只有一條傳輸線。盡管傳輸可以雙向進行，但任何時候只能是一個站發(fā)送，另一個站接收，為了控制線路的換向，必須對收、發(fā)雙方進行協(xié)調(diào)。這種協(xié)調(diào)既可以靠增加借口的附加

31、控制線路來實現(xiàn)，也可以用軟件約定來實現(xiàn)。c.全雙工方式在這種方式中有兩條傳輸線，因此，無論是對于傳輸?shù)哪膫€站來說，都允許發(fā)送和接收同時進行，顯然，在這種方式下，兩個傳輸方向的資源必須完全獨立，各個站都有獨立的接受器和發(fā)送器。數(shù)字顯示與鍵盤（1）數(shù)字顯示部分?jǐn)?shù)字顯示電路采用數(shù)碼顯示管（共陽）動態(tài)顯示方式，其使用方便，結(jié)構(gòu)簡單,不用外加專門的驅(qū)動芯片。四位數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及顯示原理四位數(shù)碼管是由發(fā)光二極管顯示字段組成的，由于制造的材料不同，可相應(yīng)發(fā)出紅、黃、蘭、紫等各種單色光。發(fā)光二極管可以有多種組成形式，其中七段顯示器應(yīng)用最多，其次是“米”字顯示器。根據(jù)顯示塊內(nèi)部發(fā)光二極管的連接方式不同，又有共陰極

32、和共陽極兩種形式，如圖所示。本系統(tǒng)采用的是四位共陽極的七段顯示器。由于發(fā)光二極管通常需要十幾毫安到幾十毫安的驅(qū)動電流才能正常發(fā)光，因此，由微型機發(fā)出的顯示控制信號必須經(jīng)過驅(qū)動才能使顯示器正常工作，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出集成電路驅(qū)動器，以及帶有譯碼功能的多功能芯片，采用這類的芯片，可同時完成BCD碼七段數(shù)碼管顯示模型的轉(zhuǎn)換和電流驅(qū)動工作，使用起來很方便。另外，為了使用方便，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出把4位或5位LED數(shù)碼管集成在一起的多位小型LED數(shù)碼管，有些還帶有放大鏡，采用雙列直插式封裝，因而體積小，功耗低，可靠，壽命長，使用方便。四位數(shù)碼管的顯示方法在微型機控制系統(tǒng)中，常用的顯示方法有兩種，一種為動態(tài)顯示，一

33、種為靜態(tài)顯示。a動態(tài)顯示動態(tài)顯示，就是微型機定時地對顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。但由于人視覺的暫時現(xiàn)象，所以，仍感覺所有的器件都在顯示。如許多單片機的開發(fā)系統(tǒng)及仿真器上的六位顯示器即采用這類顯示方法。此種顯示的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，但它占用機時長，只要微型機部執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。由此可見，這種顯示將使計算機的開銷太大，所以，在以工業(yè)控制為主的微型機控制系統(tǒng)種應(yīng)鍵盤接口a分類和功能本系統(tǒng)的鍵盤是由8個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是一種廉價的輸出設(shè)備。一個鍵盤，通常包括數(shù)字鍵（09），字母鍵（AZ）以及一些功能鍵。操作人員可以通過鍵盤向計算機輸

34、入數(shù)據(jù)、地址、指令或其它的控制命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。用于計算機系統(tǒng)的鍵盤有兩類：類是編碼鏈盤、即鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現(xiàn)的。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上鍵入及閉合鍵的識別由軟件來究成。鍵盤接口應(yīng)具有如下功能：* 鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下。* 鍵識別功能，確定被按下鍵所在的行列的位置。* 產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼（鍵值）。* 消除按鍵彈跳及對付多鍵串鍵（復(fù)按）。b鍵盤的工作原理2*4的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，圖中列線通過電阻接十5V。當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，列線Y0Y3都呈高電平。當(dāng)硬盤上接一個鍵閉合時，則該鍵所對應(yīng)的列線與行線短路。例如4號鍵按下閉合時，行線Xl

35、和列線Y0短路，此時Y0的電平由X1行線的電位所決定。如果把列線接到微機的輸入口，行線接到微機的輸出口，則在微機的控制下，使行線X0為低電平(0)，Xl都為高電平，讀列線狀態(tài)。如果Y0、Y1、Y2、Y3都為高電平，則X0這一行上沒有閉合鍵，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的列線與X0相交處的鍵處于閉合狀態(tài)；如果X0這一行上沒有閉合鍵， 以此類推，最后使列線X2為低電平，其余的行線為高電平，檢查X2這一行上是否有鍵閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。CPU對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU空閑時掃描鍵盤。也可以來取定時控制方式，每隔一定時間，CPU對鍵

36、盤掃描次。也可以采用中斷方式，每當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤輸入中斷，對鍵盤掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應(yīng)處理，CPU對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。P2.7P2.4口為輸出口控制鍵掃描作為鍵掃描口，同時由是4位顯示器的掃描輸出口，P2.3、P2.2讀入鍵盤數(shù)，稱為鍵輸入口。鍵輸入程序的功能有以下四個方面：(1)判別鍵盤上有無鍵閉合，其方法為掃描口P2.7P2.4輸出全“0”，讀P2.3、P2.2口的狀態(tài)，若P2.3、P2.2為全“1”（鍵盤上行線全為高電平）則鍵盤上沒有閉合鍵，若P2

37、.3、P2.2不全為“1”則有鍵處于閉合狀態(tài)。（2） 去除鍵的機械抖動，其方法為判別到鍵盤上有鍵閉合，后延遲一段時間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動；（3） 判別閉合鍵的鍵號，方法為對鍵盤的列線進行掃描，掃描口P2.7P2.4依次輸出 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 1 1 1 01 1 0 11 0 1 10 1 1 1并相應(yīng)的順次讀P2.3、P2.2口的狀態(tài)，若P2.3、P2.2為全“1”，則列線為0的這一列上沒有鍵閉合，否則這一列上有鍵閉合，閉合鍵的鍵號等于為低電平的列號加上為低電平的行的首鍵號。例如：P2.7P2.4口的輸

38、出為1101，讀出P2.3、P2.2為10，則為3號鍵閉合。定時/計數(shù)器ROMRAMCPU中斷系統(tǒng)串行接口并行接口 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 圖3.1 89c51結(jié)構(gòu)圖3.2 語音提示電路現(xiàn)代電子、電器產(chǎn)品及設(shè)備的智能化水平不斷提高，在人機界面設(shè)計上不但有了文字標(biāo)識、發(fā)光管指示、顯像屏顯示等視覺表達，而且還有各種聽覺表達，如最簡單的“滴滴、嘟嘟”訊響聲、稍豐富些的音樂聲，甚至用人的語言直接對用戶“說話”等。用簡單的數(shù)碼語音集成電路可以實現(xiàn)一句或多句語言的播放，如掩模芯片中的“歡迎光臨”、“有電危險、請勿靠近”等，還有如ISD系列、APR9600（IVS1560

39、）等芯片可由開發(fā)人員或用戶任意錄制、播放需要的一段或幾段語音等。在聽覺表達中最復(fù)雜的就是語音的組合，它是將用戶預(yù)存的多段語音選擇順序連續(xù)播放，將字或詞素組合成一句話、甚至一段話播放出來，從而實現(xiàn)最準(zhǔn)確、定量的語義表達，例如“嘟，現(xiàn)在溫度37.5度，溫度偏高”、“現(xiàn)在時間五點二十五分三十三秒”等。傳統(tǒng)語音組合電路的設(shè)計十分復(fù)雜，開發(fā)工具十分昂貴，語音錄制及軟件編制工作量巨大，而且組合出來的語音效果也不甚理想，尤其在投資不大的產(chǎn)品、系統(tǒng)中最為突出，從而制約了這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。只在近一、兩年來，模擬存儲語音技術(shù)的ISD芯片及其廉價的開發(fā)編輯工具問世后，情況才大為改觀。現(xiàn)在已有專業(yè)公司開發(fā)出通用I

40、SD語音組合模塊，用戶只需要在ISD語音芯片中分段錄入要求的詞素，即可方便地用單片機控制輸出這些詞素的任意組合成句、成段，詞素的語音容量從20秒至480秒甚至更長，以至可以容納所有的中文漢字發(fā)音。 ISD1420是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的20秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分160段，最小每段語音長度為125ms，每段語音都可由地址線控制輸出，每125ms為一個地址，由A0-A7八根地址線控制。用戶錄制的語音每一段結(jié)束后芯片自動設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志（EOM），芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志（OVF）。如果用單片機等控制電路按某一段的起始地址進行放音操作，遇到段結(jié)束標(biāo)志（EOM）即自動停止放音，單

41、片機收到段結(jié)束標(biāo)志（EOM）就開始觸發(fā)下一段語音的起始地址，如此控制，即可以將很多、不同段的語音組合在一起成一句話放音出來，實現(xiàn)語音的自動組合。用戶可以先通過專用的ISD1425語音編程拷貝機將需要的語音分段編程、連續(xù)錄制到芯片中，每段語音的長度不限，制成語音源片后，將源片的錄音端封住不讓其再做錄音操作，再由單片機電路控制放音。首先，單片機將ISD1420語音芯片完整搜索一遍，自動找出每一段的起始地址，按分段順序編號存入外置的串行存儲器中；然后用戶通過單片機串口發(fā)出指令，單片機即將這些段的編號、地址一一調(diào)出，依次向語音芯片發(fā)出首地址放音該段該段結(jié)束，單片機收到EOM標(biāo)志單片機發(fā)出下一段語音的首

42、地址放音該段如此工作，直到要求的一句話合成完畢。這種控制方式有較強的通用性和方便性，它不需要事先規(guī)定每段語音的時間長度、總段數(shù)，甚至不需要知道每段語音在ISD1420芯片上的具體地址，只要用戶記住錄入語音的段順序即可控制各段語音的自由組合。和其它同類語音電路相比具有以下特點： 所需外圍元件少，電路簡單，操作方便。 采用直接模擬量存貯技術(shù)DAST（Direct Analog Strorage Technology），再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲。 零功率信息存貯，省掉備用電源。 信息可保存10年以上，可反復(fù)錄放達10萬次之多。 語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置。 較強的選址能力，可把存儲器分成160段來進行管理。

43、 具有自動省電模式，此時僅需0.5A的保持電流。 單一電源供電。 ISD1420電氣特性如下： 工作電壓VDD：5V. 靜態(tài)電流ISTB：典型值 0.85A，最大值為2A. 工作電流IOP：典型值15mA,最大值30mA.ISD1420地址輸入端具有雙重功能，根據(jù)地址中的A6、A7的電平狀態(tài)決定A0A7的功能。如果A6、A7有一個低電平，A0A7輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時地址線僅作為輸入端，在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù)PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信號，地址輸入被鎖定。如果A6、7同為高電平時，它們即為模式位。 使用操作模式有兩點要注意： （1）所有初始操作都是

44、從0地址開始。0地址是ISD1420存儲空間的起始端，后面的操作可模擬模式的不同，而從不同的地址開始工作。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換將進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復(fù)位為0. （2）當(dāng)PLAYE、PLAYL或REC變?yōu)榈碗娖?，同時A6、A7為高電平時，執(zhí)行地址線所對應(yīng)的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個低電平控制輸入信號出現(xiàn)為止。 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。 A0：信息檢索（僅用于放音工作狀態(tài)）。不知道每個信息的實際地址，A0使操作者快速檢索每條信息，A0每輸入一個低脈沖，可使利內(nèi)部地址計數(shù)器跳到下一個信息。這種模式僅用于放音工作，通常與A4操作同時應(yīng)用。 A1：

45、用于刪除EOM標(biāo)志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。A1可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息，使用A1可刪除掉每段中間信息捷的EOM標(biāo)志，僅在所有信息后留一個EOM標(biāo)志。當(dāng)這個操作模式完成時，錄放的所有信息就作為一個連續(xù)的信息放出。 A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。A3可使存于存儲空間始端的信息自動地連續(xù)重放。一條信息可以完全占滿存儲空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進行工作，并由始至終反復(fù)重放。 A4：連續(xù)尋址。在正常操作中，當(dāng)一個信息放完，遇到一個EOM標(biāo)志時，地址計數(shù)器就會復(fù)位。A4可防止地址計數(shù)器復(fù)位，使得信息連續(xù)不斷地放出。A2、A5未用我將本錄音芯片分成了五段：地址段完成功能所需時間0x

46、000x20請輸入密碼，按#號鍵結(jié)束4秒0x200x38請選擇相應(yīng)家電代號3秒0x380x66按1開，按0關(guān)，控制其它家電按*號鍵，退出按96秒0x660x76相應(yīng)家電已啟動2秒0x760x86相應(yīng)家電已關(guān)閉2秒圖3.2 語音提示電路3.3 振鈴檢測與模擬摘機電路鈴流信號是當(dāng)遠(yuǎn)端用戶呼叫電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)時,由程控交換機向電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送的控制信令。我們要通過電話機對指定的電器進行控制，就必須要通過電話與系統(tǒng)取得通訊，由于系統(tǒng)與常用電話并接在同一電話線上，系統(tǒng)就須識別出所呼入的信號是親友電話振鈴信號還是系統(tǒng)控制信號。根據(jù)人們習(xí)慣，用振鈴的次數(shù)來做個約定，如果振鈴連響10聲內(nèi)沒有人接電話，系統(tǒng)

47、則認(rèn)為是控制系統(tǒng)號，模擬摘機機構(gòu)就工作接通電話。本模塊就是可以實現(xiàn)電話振鈴的檢測功能。振鈴為253伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值9015V。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，可以先使用電容進行限流降壓，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，再經(jīng)過反相器74LS04整形輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的INT0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。當(dāng)系統(tǒng)取得請求聯(lián)接信號后，系統(tǒng)要做出回應(yīng)就要有一個模擬電話機摘機電路，同時為了結(jié)束通訊就要有一個模擬電話通話結(jié)束

48、掛機的電路，模擬摘機電路與模擬掛機電路組成模擬摘掛機模塊。它是由二極管D1D4、三極管V1、V2和四個電阻組成。D1D4是整流橋，將電話線路上的交流電轉(zhuǎn)為直流；當(dāng)給V2基極一個高電平時三極管V2（NPN）導(dǎo)通，V1（PNP）的基極與V2的集電極經(jīng)電阻R2相聯(lián)，V2導(dǎo)通從而使得V1的基極的電平變?yōu)榈碗娖綇亩筕1導(dǎo)通，V1的集電極經(jīng)電阻R3組成回路。因為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。當(dāng)V2的基極為低電平時，即V2、V1截止回電阻變大，電話線回路電流遠(yuǎn)小于30mA，交換機檢測到回路電流變小就認(rèn)為電話機已經(jīng)掛機

49、，也即與系統(tǒng)通訊結(jié)束。在分析該電路之前，首先介紹一下公用電話網(wǎng)線路上的信號及其檢測方法。公用電話網(wǎng)的傳輸線路為二線模擬線路，采用直流環(huán)路信號方式，能向模擬話機提供直流饋電、振鈴信號、話音數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、雙音頻數(shù)據(jù)等。我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為，平時掛機時的饋電電壓一般為-48V，向用戶振鈴的鈴流電壓為7515V，25Hz的交流電壓，用戶話機的摘掛機狀態(tài)是通過對直流環(huán)路上電流的通斷來實現(xiàn)的，用戶掛機空閑時，直流環(huán)路斷開，饋電電流為0；反之，用戶摘機后，直流環(huán)路接通，饋電電流在20mA以上。當(dāng)有振鈴信號從TEL0、TEL1輸入時，電話線路上的7515V，25Hz的交流電壓經(jīng)過一個橋式整流及濾波后，振鈴信號進

50、入光電耦合器817的1、2引腳，然后從4腳輸出脈沖信號，脈沖輸入到74LS123中，其中74LS123的作用是將小脈沖轉(zhuǎn)換成大方波信號并送入到89C51單片機的T0引腳進行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達到6次時，89C51的T1引腳發(fā)出高電平，使三極管PNP8550導(dǎo)通，從而繼電器RELAY吸合，完成模擬摘機動作。由于語音信號和雙音頻信號電壓遠(yuǎn)低于振鈴信號電壓，所以該電路不會產(chǎn)生誤操作。 圖3.3 振鈴檢測與模擬摘機電路3.4 DTMF解碼電路在介紹DTMF譯碼模塊前，讓我們先簡單了解電話機撥號與程控的一些工作原理，這是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。電話機撥碼方式有兩種，即脈沖撥碼和雙音頻撥碼，雙音頻撥碼方式具有撥號速度

51、快，誤碼率低等優(yōu)點，這是脈沖撥碼方式所不能比擬的。國際電報電話咨詢委員會CCITT和我國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定雙音頻信號由8個頻率組合，分為高低頻兩組，采用8中取2原則，它可根據(jù)不同的按鍵產(chǎn)生一組雙音頻信號。鍵盤結(jié)構(gòu)等效于一個矩陣，它與專用撥號集成電路按規(guī)定連接，按下鍵盤相當(dāng)于給撥號集成一個輸入信息，即每按下一個數(shù)字或字符鍵，撥號集成電路根據(jù)相應(yīng)行線和列線電位的變化就送出一個唯一的雙音信號，一個高頻信號和一個低頻信號通過電話線送到程控交換機。在程控交換機中分別用8個不同的數(shù)字濾波器交送來的DTMF信號分離還原成兩個正弦信號。再經(jīng)過檢波后進行譯碼，從而識別。這也可用集成電路FM9270完成，DTMF譯碼模塊也就是主要用該芯片來實現(xiàn)。FM9270是CMOS大規(guī)模集成電路芯片，它主要由濾波器譯碼器和控制電路三部分組成。濾波電路由信號增益和濾波器兩部分構(gòu)成。外部輸入的DTMP信號，經(jīng)運算放大器放大后，進入雙音濾波器。雙音濾波器是二個六級開關(guān)電容構(gòu)成的高低通濾波器，它能有效地將DTMF信號中的高、低音頻區(qū)分開來。被區(qū)分開的高、低音頻信號再經(jīng)高、低頻群濾波器，然后送入芯片的譯碼電路。譯碼電路由數(shù)字檢測，編碼轉(zhuǎn)換各三態(tài)輸出幾部分組成。數(shù)字檢測電路采用對輸入音頻信號進行數(shù)字計數(shù)方式，以確定DTMF信號的頻率并核查是否與標(biāo)準(zhǔn)的DTMF信號一致。在此過