毕业设计-基于电话网络的远程控制器的设计(硬件)

论文题目基于电话网络的远程控制器的设计硬件专业自动化本科生李伟（签名）指导教师陈文燕（签名）摘要本文主要介绍了一种以单片机AT89S52和双音多频解码集成电路MT8870为核心，通过电话线路遥控的远程多路智能控制器。该控制器通过将电话线上的双音频信号解码后变为二进制信号送入AT89S52单片机进行相应处理来实现对家电的远程控制。该远程控制器硬件包括振铃检测电路、模拟摘挂机电路、双音频解码电路、语音提示电路及控制电路。使用汇编语言编写系统程序。具有振铃检测、自动摘挂机、5位密码验证、语音提示、选择家用电器等功能，最终实现对家电的控制。也可以对被遥控家电的状态进行查询。该系统使用方便、经济实用、功能灵活，不仅可应用于家用电器控制，还可以广泛应用于其它场所的各种设备控制。符合未来家电的智能化、网络化发展方向。关键词电话遥控、双音频编解码、单片机控制、家用电器控制论文类型应用SUBJECTDESIGNOFREMOTECONTROLLERBASEONPSTN（HARDWARE）SPECIALTYAUTOMATIONNAMELIWEISIGNATUREINSTRUCTORCHENGWENYANSIGNATUREABSTRACTTHISARTICLEINTRODUCESAAT89S52TOSCMANDDTMFDECODINGICMT8870ASTHECORE,THROUGHTHETELEPHONELINESOFLONGRANGEMULTICHANNELREMOTEINTELLIGENTCONTROLLERTHECONTROLLERTHROUGHTELEPHONELINESANDTHEDUALAUDIOSIGNALINTOABINARYSIGNALDECODEDINTOAT89S52SCMACCORDINGLYTOACHIEVEHANDLINGOFHOUSEHOLDELECTRICAPPLIANCESTOTHEREMOTECONTROLTHEREMOTECONTROLLERHARDWARE,INCLUDINGRINGINGDETECTIONCIRCUIT,ANALOGCIRCUITEXTRACTIONHANGUP,DOUBLECIRCUITAUDIOCODECS,VOICEPROMPTCIRCUITANDCONTROLCIRCUITSTHEUSEOFASSEMBLYLANGUAGEPREPAREDBYTHESYSTEMPROCEDURESARINGINGDETECTION,AUTOMATICPICKHANGUP,FIVEPASSWORDVERIFICATION,VOICEPROMPTS,SELECTHOMEAPPLIANCES,ANDOTHERFUNCTIONS,ANDEVENTUALLYREALIZETHECONTROLOFHOUSEHOLDELECTRICAPPLIANCESCANALSOBEREMOTECONTROLOFSTATEFORHOMEAPPLIANCESTHESYSTEMEASYTOUSE,ECONOMICALANDPRACTICAL,FUNCTIONALFLEXIBILITY,NOTONLYCANBEUSEDINHOMEAPPLIANCECONTROL,BUTALSOWIDELYUSEDINOTHERPLACESOFVARIOUSTYPESOFEQUIPMENTCONTROLWITHTHEFUTUREOFINTELLIGENTHOMEAPPLIANCES,NETWORKDEVELOPMENTDIRECTIONKEYWORDSTELEPHONEREMOTECONTROL,DTMFDECODER,SCMCONTROL,HOUSEHOLDAPPLIANCESCONTROLTHESISTYPEAPPLICATION目录第1章绪论111选题背景112任务要求2第2章总体设计3第3章系统设计分析531总体设计分析532硬件模块6321振铃音的检测6322自动摘挂机6323控制电器7324双音频解码7325双音频发送7326实时时钟8327语音提示933软件模块9331信号音计数9332密码检测9333信号分析处理9334软件定时功能10第4章硬件单元电路设计1141振铃检测电路1142模拟摘挂机电路1343双音频解码电路1444语音提示电路1645实时时钟电路2146设备控制电路21第5章软件简介2351密码检测部分2552密码修改部分2553电器控制部分2654振铃计数部分26第6章系统调试2861整体调试28611静态调试28612动态调试2962硬件单元电路306215V稳压电源30622振铃音检测30623模拟摘挂机31624控制电器31625双音频检测32626按键去抖问题32627其它模块3463软件程序调试34631软件系统设置34632提示音信号35633密码检测35634联机在线调试36第7章系统使用说明38第8章系统功能扩展39结束语41致谢42参考文献43附录44附录一系统模块图44附录二系统电路图48附录三实物图49第1章绪论11选题背景21世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，ALEXANDERGRAHAMBELL（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，1999年7月固定电话用户总数突破1亿户。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。遥控技术是通过一定的手段对被控物体实施一定距离的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控制。无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离所限。现有的遥控方式中，还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式。载波方式即通过电力线传递信息，该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖范围内。因此也存在距离问题，应用范围有限。基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，不需占用额外的频谱。而且，随着寻呼网的全国联网，其遥控的距离基本不受限制。但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备实时性，而且不具备很高的可靠性。电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。而且本作品的调试都是在线调试，已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。作品为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择廉价的。在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的。譬如使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次为了保证整体电路的廉价，所以并未使用专用的语音芯片）。利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人手机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。本作品还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。12任务要求此系统具体的设计要求如下（1）通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；（2）控制器可以实现自动模拟摘挂机；（3）控制器设置密码校验；（4）用户在进行各种操作时均有语音提示；（5）用户可以在线更改密码。第2章总体设计电话智能遥控器由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与电话外线的接口。其中包括振铃检测、摘挂机控制、双音频DTMF识别，及语音提示电路。双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。目前市场上销售的DTMF专用芯片集编解码于一体，MT8880具有收发功能。本文通过89S52单片机控制MT8880实现计算机间的远距离数据传输。DTMF信号的产生原理双音频信号是2个正弦波信号的叠加，选定2个频率F1和F2后可得到这种信号的数学表达式21212TFATFTF如果用合适的采样频率对这个信号进行AD转换，则很容易计算出每一个采样点的AD值，而如果将这些采样值形成一张表，在单片机里用同样的采样频率将这张表中的数值用DA转换器输出，就是双音频信号。系统原理框图如图21所示。图21系统原理框图当有电话打入时,振铃检测电路检测到电话振铃信号,等待系统默认的振铃次数后,启动自动摘机电路实现摘机,并送出提示音信号,用户输入预先设定的密码,控制装置通过双音多频解码电路读取输入密码,与预设在控制装置中的密码进行对比验证,如果密码错误,系统自动挂机密码正确,则进入遥控状态。通过双音多频解码电路获得用户发出的按键命令,并根据用户的命令执行开机、关机等操作。如果有人在默认的振铃次数之前接听电话,则不进入电话遥控状态,因此不影响电话的正常通话使用。语音提示电路是该作品重要组成部分。为了降低本系统的造价，作品的提示音电路没有使用专门的语音芯片，而是采用了基于LM386的语音放大电路。语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。这一点，可使产品达到系列化。本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音提示、双音频解码等）都已经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号。本装置如果检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回。第3章系统设计分析31总体设计分析我设计此系统必须具有以下单元功能模块（1）铃音检测、计数；（2）自动摘挂机；（3）密码校验（4）在线修改密码；（5）双音频信号解码；（6）双音频信号发送；（7）输入信息分析；（8）控制电器开关；（8）电器状态查询；（10）语音提示；根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，我结合实际情况对具体的单元功能模块作出硬件上的不同分工，具体如下。理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码等功能模块。自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。振铃音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。综上所述，我设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。下面主要就硬件实现的单元电路进行具体分析。32硬件模块本作品使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。321振铃音的检测当电话线路上没有振铃信号时，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为253伏的正弦波，谐铃失真不大于10，电压有效值9015V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号电压比较高的特点，有以下两个方案可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过RC回路进行滤波输出很标准的方波。方波信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。在电话线的一端接入一个电容，目的是阻断直流，当有振铃信号来的时候，就可以用两个电阻串联进行分压，分到一个5V左右的电压，用这个电压去驱动光电耦合器。针对以上两个方案，综合比较，我采用了第二个方案，它具有硬件简单，检测方便等优点，可以用计数方式对他进行判断。322自动摘挂机根据国家有关标准规定不论任何电话机,摘机状态的直流电阻应300,在挂机状态下,其漏电流5A。当用户摘机时,电话机通过叉簧接上约300的负载,使整个电话线回路流过约30MA的电流。所以程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30MA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。当单片机检测到系统设定的振铃次数后,送出摘机信号P31输出高电平,驱动三极管T1导通,继电器动作使电阻接入电路,实现摘机。当单片机检测到正确的密码,并按照用户设定要求工作后,或者检测到连续密码错误次数达3次,则单片机取消摘机信号P31输出低电平,三极管截止,系统挂机。323控制电器此部分比较简单，通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路已经很成熟，在此就不累述了。324双音频解码此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。经过翻阅大量的文献资料，我发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870、8880、8888等，经过反复论证比较，我决定使用双音频解码集成片MT8870来完成此功能模块。325双音频发送当MT8870作为发送器时数据总线上D0D3四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中，发送的DTMF信号频率由358MHZ的晶振分频产生。分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波，行列计数器根据发送数据寄存器中的数据，以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号，经开关电容做DA转换，在加法器中合成DTMF信号，并从TONE端输出。MT8870简介MT8880是MITEL公司生产的DTMF发送与接收器,它是一种功能较强的DTMF发送与接收器。它的内部寄存器和控制接口、数据总线器,便于实现与微处理器的直接接口和对电路进行工作模式控制,获得更多的功能和灵活性通过微机接口可以由CP,RSO,R/W,CS,D0D3等信号选择与内部寄存器,并控制电路的工作状态或工作模式。提供完整的DTMF发送或接收功能；具有接收信号音和带通滤波的功能；能与微处理器直接连接。OSC1,OSC0时钟或振荡器输入和输出端。通常两端外接358MHZ晶体；IN,IN运放的同相和反相输入；GS增益选择端；VREF基准电压输出端,由VDD,VSS产生,通常为VDD/2作为运放输入偏置；TONE发送TONE信号的输出；R/W读、写控制信号输入,与TTL兼容；CS片选信号输入，由地址译码器引出。若CS为TTL低电平,则此电路被选；RSO寄存器选择输入,与TTL电平兼容；CP系统时钟输入；D0D3直接引自单片机控制DTMF信号发送和DTMF译码的4位数据输入/输出,与TTL兼容；IRQ/CP直接引向微处理器的计数器，对微处理器的中断请求信号。若控制寄存器数据设定电路处于呼叫处理CALL模式和中断使能,则IRQ/CP端输出代表运放输入的方波信号音，该位信号频率必须落在呼叫处理滤波器带宽内；EST初始控制输出。若检测出有效的DTMF信号时,EST为高电平若信号丢失,则EST返为低电平；ST/GT控制输入/时间监测输出。若CI电压高于门限VTST时,电路寄存被检测的DTMF单音对,并更新输出锁存器内容；若CI电压低于VTST,则电路不接收一新单音对。GT输出的作用是设置外部监测时间常数。326实时时钟此部分虽然不是整个系统的重点，但是它可以给用户提供时间信息，确保用户的指示按时操作。经过翻阅大量的文献资料，我发现使用专用的时钟芯片比较方便，同时可靠性也比较高。经过反复比较我决定使用DS12887。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，它除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，内藏锂电池。在本系统中，巧妙的应用DS12887实现了以下功能（1）多功能日历、时钟。（2）掉电保存各路家用电器开关状态。（3）保存系统密码，且密码可在线更改。（4）结合软件实现看门狗，增强了系统的可靠性与稳定性。327语音提示这个部分也是整个系统的关键，因为系统自动摘机后将由它引导用户进行下一步具体的操作，它的工作情况直接决定了用户操作的正确性，决定用户的操作能否正确执行。经过翻阅大量的资料并查看大量的有关语音的电路，我发现使用专用的语音芯片比较方便，同时可靠性也比较高，用户操作起来也容易，但是专用的语音芯片价格比较贵，软件实现也比较繁琐。最后经过慎重考虑，我采用了基于LM386的语音放大电路。33软件模块经过比较，我决定使用AT89S52作为控制的单片机芯片，具体有关AT89S52的介绍书籍很多很详细，在这里不在累述。同时如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能，是系统成功与否的关键，借助于软件编程，系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释，从而丰富了系统功能。本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、信号音提示部分。331信号音计数本单元可以使用AT89C51的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。332密码检测为了保证只有合法用户才能操作系统，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统操作的权限。本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等。这样就可以实现密码检测的功能。333信号分析处理对收到的用户信号，系统按照软件设定加以解释，并决定对语音提示电路寻址，播放相应的系统提示音，实现用户和电话远程控制系统间的交互操作，或者对外部受控设备发出相应的驱动信号。本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如CASE语句等。334软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器，定时器的设置值规定了系统一次工作的最大时间。若一次工作超时，系统自动离线，进入待机状态。经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，我认为我的电话遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功能。第4章硬件单元电路设计根据系统的特点,选择AT89C51作为整个控制系统的核心单元。AT89C51是一种低功耗、高性能、CMOS工艺的8位微处理器,片内有4KB的程序存储器。其工作电压276V和工作频率024MHZ范围都很宽。41振铃检测电路当电话线路上没有振铃信号时，电话线路由电话交换机提供大约48V老式交换机为60V的直流电压，进滤波整流后不足以使稳压二极管导通，振铃信号输出端电压接近0V；当用户被呼叫时,电话交换机发来振铃信号，振铃信号为253V的正弦波,电压有效值为9015V。此信号经隔直分压后变换成为峰值为90V的脉动直流电，其峰值足以击穿稳压二极管，振铃输出端电压升高。因此，振铃检测电路输出一定周期的脉冲信号，把该信号接在单片机的P34口（定时器0计数脉冲输入端），如果单片机检测到该口连续有5个脉冲输入信号（振铃以5S为周期,即1S送,4S断），即P34口计数值为5时，仍无人摘机，便由单片机控制模拟摘机。在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机。根据振铃信号的特征,设计振铃检测电路如图41所示。原理说明电话振铃信号通过电容C13隔直、Z1稳压二极管、电阻R17和电阻R18分压后，再经过电阻R16输入至光电耦合器4N35的输入端1口，C13、Z1、R17和R18共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器4N35起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。在光耦另外一端引入单片机T1口进行计数，编程就按上面实际输出的波形进行。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单。振铃信号通过光耦4N35的4脚输出振铃方波，此方波再经放大、整形后送到单片机AT89S52的T0/P34口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。Z1UN3T2VCR78ALSK60UFIBP图41振铃检测电路图原器件选取1C13是隔直电容，因为是过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，因此选取001UF耐压100V的瓷片电容；2Z1为稳压二极管，选取36V的稳压二极管；3R17是4N35的限流电阻，取10K；4U1选取光电耦合器4N35；5R16、R17、R18共同组成分压电路，分别取51K、10K、33K；6R7和T2共同组成放大电路，对方波信号进行放大，R7取100K,T2选取8050；7反相器由74LS14中的两组反相器组成，起整流作用；8根据分压原理和74LS14的低电平有效值，R8取43K；42模拟摘挂机电路设计主要思路根据国家有关标准规定不论任何电话机,摘机状态的直流电阻应300,有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应350。在挂机状态下,其漏电流5A。当用户摘机时,电话机通过叉簧接上约300的负载,使整个电话线回路流过约30MA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送,并将线路电压变为十几伏的直流,完成接通。根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图42所示模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的220电阻。摘挂机指令由单片机通过使P30口变为高电平实现。改变三极管T1的基极电压，使T1处于导通状态，从而开启继电器K2，K2使电阻R13接入电话线两端。因为R13的电阻为220，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。当单片机检测到正确的密码，并按照用户设定要求工作后，或者检测到连续密码错误次数达3次，则单片机取消摘机信号（P30输出低电平），三极管截止，系统挂机。T10KR24ELAYVCPHDR图42模拟摘挂机电路根据设计原理，原器件选取如下1R12是三极管限流电阻，取10K；2T1三极管是起模拟开关控制继电器的作用，取9013；3K2是继电器控制开关，取JRC4100FDC5V；4R13是摘机电阻，取220；43双音频解码电路1DTMF信号特性DTMF双音多频信号是目前在按键电话固定电话、移动电话、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的一种信号。他是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,电话键盘上的任何一个键都由两个都互不为谐波关系的频率组成,如表1所示。MITEL公司的MT8870信号接收器可把DTMF信号变为单片机可以识别的二进制数字信号，来识别每一个按键。表1DTMF信号按键、频率关系表高频组/HZ数字键盘1633120913361477697123A低频组/HZ770456852789C94130D2原理简介双音多频DTMF信号解码电路由MT8870主要承担。MT8870的连线如图43所示，2、3脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高，低音频信号分开，再经高，低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端（1114脚）输出相对应的8421码。VCR321XTALINOS78E6/GF4D95QPH0UMEADR图43双音解码电路图MT8870的数据输出端Q1Q4连到AT89S52的P1口的P10P13，CPU经P1口识别4位代码。电话按键与相应译码（Q1Q4）输出见表二。其中，A，B，C，D4个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”；另外，“”，“”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”。有些技术资料会出现错误，包括比较权威的手册，所以我是在实验中，记录下测量的每一组数据后，才把这些数据应用于程序当中。为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的STD有效端接CPU的/INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由高变低，再反相为高，在由高到低跳变是，引发中断，单片机响应中断后，使MT8870的TOE端产生一个高电平脉冲信号，该信号使MT8870的数据输出端Q1Q4由原来的高阻状态变为与当前输入的双音频信号相对应的二进制编码，单片机通过P1口将二进制数读入并识别出键值保存在RAM中。而无效的双音频信号（电话线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF接收器的外围电路如图44所示。其中，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用。当STD有效（即中断开放）时，P1则/INT0中断关闭；P0时则/INT0中断允许。本单元元器件选择如下1C1是隔直电容，取01UF；2R1和R2是输入平衡电阻，取100K，C2是隔直电容，取01UF；3U2是双音频解码芯片，选取MT8870；4R3是输出平衡电阻，选取100K；5XTAL是晶振，为MT8870提供时讯，选取3579MHZ；表2DTMF信号与二进制码的对应关系键号低频组高频组D4D3D2D116971209000126971336001036971477001147701209010057701336010167701477011078521209011188521336100098521477100194114771100A69716331101B77016331110C85216331111D9411633000044语音提示电路原理说明为使用户使用方便，本系统在进行各种操作时，均有语音提示。翻阅大量的资料以及查看大量的电路图后，我发现以下两个语音芯片使用起来比较的方便，且由它们组成的电路也比较常见。一ISD4004提示语音由以语音芯片ISD4004为核心的语音电路产生，并通过变压器耦合到电话线上。此外，ISD4004可以存储8到16分钟语音，在存完提示语音后还有大量空间，因此可以用来存储留言。ISD4004有如下特点ISD4004系列工作电压3V，单片录放语音时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混清滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI或MICROWIRE）送入。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和多属声。采样频率可为40,53,64,80KHZ,频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年（典型值）反复录音10万次。ISD4004工作时必须有微控制器驱动，它与微控制器的接口为SPI模式，其指令表如表三所示。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作，因此对TE63480而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。协议具体内容如下（1（所有串行数据传输开始于SS下降沿。（2（SS在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平。（3（数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。（4（SS变低，输入指令和地址后，TER行能开始录放操作。（5（指令格式是8位控制码加16位控制码。（6（TER的任何操作（含快进）如果遇到WOM或OVF，则产生一个中断，该中断状态在一下个SPI周期开始时被清除。（7（使用“读”指令会使中断状态位移出TER的MISO引脚时，控制及地址数据也同步从MOSI端移入。因此，要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容，当然，也允许在SPI周期里，同进执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与器件当前操作可以不兼容）（8（所有操作在运行位（RUN）置1时开始，置0时结束。（9（所有指令都在SS端上升沿开始执行。（10（信息快近（11（用户不必知道的确切地址，就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停止，然后内部地址计数器加1，接向下条信息开始处。（12（上电顺序（13（器件延时TPUD（8KHZ）采样时，约为25毫秒）后才能开始操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TAUD，才能发出一条操作指令。例如从00处放音，应遵循如下时序1、发POWERUP命令；2、等待TPUD（上电延时）；3、发地址值为00的SETPLAY命令；4、发PLAY命令。（14（器件会从00地址开始放音，当出现EOM时，立即中断，停止放音。（15（如果从00处录音，则按以下时序；1、发POWERUP命令；2、等待TPUD（上电延时）；3、发POWERUP命令；4、等待2倍TPUD；5、发地址值为00的SETREC命令；6、发REC命令。器件便从00地址开始录音，一直到出现OVF（存贮器末尾）时，录音停止。表3ISD4004指令指令8位控制码，16位地址码操作摘要POWERUP00100XXX（XXXXXXXXXXXXXXXX）上电等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100XXX（A15A0）从指令地址开始放音，须后跟PLAY指令，使放音继续PLAY11110XXX（XXXXXXXXXXXXXXX）从当前地址开始放音（直至EOM或OVF）SETREC10110XXX（A15A0）从指定地址开始录音，须后跟REC指令，使录音继续REC110110（XXXXXXXXXXXXXXX）从当前地址开始录音（直至OVF或停止）SETMC11101XXX（A15A0）从指定地址开始快进，须后跟MC指令，使快进继续MC11111XXX（XXXXXXXXXXXXXXX）执行快进，直到EOM，若再无信息，则进入OVF状态STOP0X110XXX（XXXXXXXXXXXXXXX）停止当前操作STOPPWRDN0X01XXXX（XXXXXXXXXXXXXXX）停止当前的操作并掉电RINT0X110XXX（XXXXXXXXXXXXXXXX）读状态；OVF和EOM二ISD2590提示语音由以语音芯片ISD2590为核心的语音电路产生。此外该芯片还具有抗断电、音质好，使用方便等优点。有10个地址输入端，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。ISD2590的最高地址位A8脚9，A9脚10置为高电平时，芯片即进入操作模式状态。操作模式根据引脚A1A8的高低电平不同组合总共分为6种不同的模式，实现不同的功能。为尽量节省I/O口线，采用了M1和M6相结合的方法实现对ISD2590操作，将所需的语音通过开始/暂停按钮一段一段从话筒录入芯片，只需记住各段的序号即可。ISD2590的信息检索模式的使用方法首先将芯片的录放控制P/R端置高，地址位A4，A0置高，现在芯片即处于信息检索模式的信息读取状态。要播放第N段的语音，先给PD端一高电平脉冲，使地址指针复位为0。因为所有的序号都以存储器起始处为基准，除第一段外，只需要CE端发送N1个不大于10US低脉冲，即可使地址指针到达第N段的开始处，然后拉高A0，在CE端加一个低脉冲即可播放第N段的语音信息，直到此段后的EOM标志出现为止。由此可知准确检索的关键在于正确检测到每一段的EOM结束标志。因为在快进状态下，EOM脉冲的宽度只有10US左右，对于速度不高的单片机不易检测到，此时可用外部中断来检测EOM标志位。上面所谈到的两种语音提示电路均是事先在芯片中存储若干段系统提示音，AT89S52中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后，对语音提示电路进行寻址，播放相应的提示音，从而对用户反馈信息，提示下一步该如何操作。虽然这两种电路都比较简单且提示音多样、明了，用户比较容易理解，但是它们的价格非常昂贵，而其所用的芯片都是进口的，很难买的到。为了降低本系统成本，使其得到广泛的推广，本人放弃以上两种方案。在此系统中，我采用了基于LM386的语音提示电路，具体原理如下。因为人耳的反应频率范围为20HZ20KHZ，而CCITT规定的电话话音信号的频率范围是3003400HZ，本功能单元的发声频率选定为500HZ和1000HZ两种。规定它们的含义如下1低音,表示装置已经摘机,请输入密码,其参数频率F500HZ,延时T05S/声；2两声低音,表示密码已经通过,请选择电器,其参数频率F500HZ,延时T05S/声；3三声低音,表示电器已选定,请控制开/关,其参数频率F500HZ,延时T05S/声；4三声高音,表示密码输入错误,其参数频率F1000HZ,延时T03S/声；5一声高音,表示控制已经完成,其参数频率F1000HZ,延时T03S/声。具体的电路图入图46所示。LS1PEAKRV6GND4AI82BYP7UM0KRCUF图46语音提示电路图信号音从单片机AT89S52的P31口输出，先经过一可变电阻进行分压，然后输入到音频放大集成电路LM386N1的输入端。经LM386N1的放大，信号音耦合送入喇叭中，发出声响。音频放大集成电路LM386的连接比较简单，本装置的使用是LM386放大增益为50DB的连接方式。元器件选取1电容C5取005UF，C3、C4是电解电容，分别取250UF和10UF；2电阻R11和R4分别取10K和12K；3R5为可变电阻，取10K；4U6为LM386；5LS1为喇叭，选取805W；45实时时钟电路此部分采用DS12887作为核心芯片。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，内藏锂电池。在本系统中，巧妙的应用DS12887实现了以下功能（1）多功能日历、时钟。（2）掉电保存各路家用电器开关状态。（3）保存系统密码，且密码可在线更改。（4）结合软件实现看门狗，增强了系统的可靠性与稳定性。AT89S52为INTEL系列总线，所以DS12887的MOT脚接地，AS，DS，RW分别与AT89C51ALE，RD，WR管脚相连。为尽量节省I/O口线，对DS12887的读写不采用MOVXA，DPTR指令，而采用P35作为片选信号，对DS12887的读写全部采用MOVXA，R0来完成。这样可充分利用CPU的P2口，避免读写时影响电器状态。具体接线见图47。VCD598760NSR/WLQGIUBPHEADRE图47实时时钟电路图46设备控制电路原理说明该系统的目的是通过电话遥控,控制不同电器的电源通断。图48所示为一路电器控制电路图,在本装置中一共有8路电器可以控制,其他电器控制电路相同。R109VCT3D5IODEKLAYSPGHTA2图48设备控制电路图当P00输出高电平时,三极管T3导通,继电器K1得电,常开触点闭合,220V交流电压加在电器两端,电器打开,反之电器被关断。在P0的其它口接上相同的电路便可以控制其它别的电器了。第5章软件简介设计一个系统首要考虑的是设计的可行性，其次要考虑它的抗干扰措施。随着单片机在工业自动化、生产过程控制、智能仪表等系统的深入应用,在满足了各项控制功能后,为了使系统投入实用,必须提高其可靠性、安全性。但是,由于工业现场环境恶劣,常会受到电磁设备启动、停止、电源波形畸变等因素的影响,干扰不可避免存在。在工业现场,大多数情况下干扰不会造成单片机系统硬件的损坏,主要是对软件运行造成不良影响。其主要特征是指令码或数字码受干扰,使程序的执行出现错误。最典型的错误有（1）CPU中的程序计数器PC的值随机改变,完全可能造成CPU离开正确的指令顺序去执行一些无定义地址中的内容,或进入数据区,把数据当作操作码来控制,使整个工作紊乱,系统失控；（2）输出口被失控程序非法操作,使控制量发生波动或使系统出现“死机”；（3）数据区受干扰,造成数据被冲毁,使系统出现运行不正常,输出出错。在恶劣环境下运行的单片机系统,必须仔细地考虑系统的抗干扰能力。除了在硬件电路设计时,采取各种有效的措施合理的电路布局、合理的信号传输方式、适当地配置滤波元件等外,还可以利用软件来增强系统的抗干扰能力。本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、模拟摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、信号音提示、实时时钟等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89S52通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析和决策。下面就整体设计以及每个单元功能模块分别进行说明。对于重要的寄存器程序定义如下MT_JSSJEQU55H；电话接收数据KAI_GUAN_1EQUP01；继电器1KAI_GUAN_2EQUP02；继电器2CKEQUP13；MT8870控制端RSOEQUP12；MT8870控制端RWEQUP11；MT8870控制端CSEQUP10；MT8870控制端MN_ZJEQUP34；检测来电并模拟摘机ORG0000HLJMPMAINORG0100HMOV52H,08H；密码设定单元MOV53H,03H；密码错误次数MOV30H,11；存放电话号码位数整体流程图51开始初始化启动计数器是否有振铃是否到5次摘机，语音提示输入密码密码是否正确是否到3次挂机重新输入语音提示选择要控制哪路电器选择操作等待结束挂机YNYNNYNY图51整体流程图51密码检测部分本系统密码校验的基本原理是在系统初始化的时候把原始密码写入地址为R3的存储空间内，密码错误的次数“3”赋给53H。当系统摘机时，要求输入密码，单片机把解码后的数据（使用者输入的密码）存储在52H的存储空间内。然后单片机对进行两个存储地址的内容逐位进行比较，直到相等才能转到下一进程，有一位不同，程序就转到出错程序，三次错误就系统琐死。52密码修改部分本系统是通过在线输入密码而改变特定存储器中的密码值的。程序代码ORG1700HKEYINSETBRS1；当前工作寄存器第二工作区CLRRS0ANLA,00H；清零A寄存器MOVB,05HLCALLRING10；发提示音输入密码MOVR7,5HMOVR1,38HWPINJBC7EH,READ；等待INT0中断LJMPWPINREADMOVR1,38HMOVR0,40HMOVR7,05HREAD1MOVA,R1MOVR0,AINCR0INCR1DJNZR7,READ1；判断输入密码是否为5位，否跳转READ1LCALLRING10；满5位，发提示音再输入新密码MOVR7,5HMOVR1,38HWREJBC7EH,KEYCMP；等待中断INT1LJMPWREKEYCMPMOVR6,05HMOVR0,40HMOVR1,38HKEYCPMOVA,R0CLRCSUBBA,R1；A减（R1）INCR1INCR0JZBBB；A的内容如果为0，则跳转BBBLJMPLLBBBDJNZR6,KEYCP；R6减1不为0，则跳转KEYCP，即循环比较密码的五位MOVR1,38HMOVR0,30HMOVR6,5HKEYREINMOVA,R1MOVR0,AINCR1INCR0DJNZR6,KEYREIN；R6减1不为0，则跳转，即循环比较密码的五位LCALLRING50；发提示音新密码已经设置LJMPSTOPRET53电器控制部分本系统首先通过外围双音频解码电路解码的信息（选择电器）判断所选择的电器，然后再得到要求进行的操作，跳转到每一个子程序，通过单片机向P0口发送数据，这些控制信息表示对不同的电器进行控制的控制字。流程图52所示。54振铃计数部分本单元是通过计数器T0的外部中断方式来计数的，程序代码ORG0090HTT0SETB7DHRETI有振铃吗振铃计数到设定次数摘机提示输入密码密码正确送确定音等待指令计数设备动作指令挂机指令3次错误设备动作挂机初始化NYNNNNYYYYY图52电器控制流程图第6章系统调试61整体调试整体调试所使用的测试仪器仪表和工具1、电脑一台，有25针串行接口；2、单片机下载线一条，并带有驱动程序；3、MF116万用表一个；4、开关5V稳压电源一个；5、数字示波器一台；本装置的调试主要分为硬件调试、软件调试和联机调试等三大部分。经过初步的分析设计后，在制作硬件电路的同时，调试也在穿插进行。这样有利于问题的分析和解决，不会造成问题的积累，而且不会因为一个小问题而进行整体电路的检查，从而可以节约大量的调试时间。软件编程中，我们是首先完成单元功能模块的调试，然后进行系统调试，整体上与硬件调试的方法差不多。联机调试是最重要的一部分，同时也是本装置成功的关键。有许多新问题都不是很容易解决的。系统调试可分静态调试和动态条两步进行。611静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查。具体的方法和步骤如下1目测。单片机应用系统中大部分电路安装在印制电路板上，因此对每一块加工好的印制电路板要进行仔细的检查。检查它的印制、线是否有断线、是否有毛刺、是否与其它线或焊盘粘连、焊盘有否陀螺、郭孔是否有未金属化现象等。如印制无质量问题，则将集成芯片的插座焊接在印制板上，并检查其焊点是否有毛刺，是否与其它印制或焊盘等连接，焊点是否光亮饱满无虚寒。对单片机应