毕业设计（论文）-单片机电话遥控器设计.doc

绪论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研究者，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。本毕业设计的意义在于：第一、可以让我更加熟悉并加深在学校所学知识的了解。在电路设计方面，可以了解各个元器件在电路中的应用，通过应用可以更加了解书上介绍的功能及用途，更进一步了解书上未提及的功能和性能。第二、通过编写语言来控制单片机可以更加熟练的应用汇编语言，在编写的过程中也遇到了的两的问题，通过老师的指导给于解决，这样更进一步了解汇编语言的实质。第三、产品是为人民服务的，同样此设计的产品以实用性为前提，此电话遥控开关完成后可以通过家中的固定电话线来完成对家中用电器的控制，就是因为用了电话线，这样就可以了远程遥控，只要是可以通信的地方都可以通过固定电话或者手机拨打家中电话的方式来完成对家中用电器的控制。本毕业设计实现的方法：设计中用到的主要器件是双音解码芯片CM8870、8051型单片机AT89S51单片机、语音芯片ISD1420、光电耦合器P521。CM8870可以把按键发出的双音多频信号解码成8421码。单片机用来接受CM8870发出的8421码来判断是哪一个按键被按下实现按键对应的功能。语音芯片主要用来发出提示音方便用户的操作，使产品更具有人性化。此语音芯片可以录放，可以把自己的声音录进去来作为反馈音，使自己听起来更加亲切。光电耦合器用来采集振铃信号，传到单片机上，让单片机计数，当单片机计数满，单片机完成模拟摘机。本文主要要解决的主要问题有：一、单片机能够采集电话的铃流信号完成计数。二、电话信号能够被准确地送到单片机中，能够被单片机识别。三、单片机识别送来的信号后能够改变单片机管脚的电平来完成对继电器的控制。四、反馈信息能够清晰准确地回馈到电话线上。单片机采集信号用的是光电耦合器来完成，电话的振铃信号是一个25Hz的正弦波将耦合器并上一个二极管接上电话线，二极管可以保护耦合器，剩下的信号正半周馒头波打通二极管，使耦合器的集电极和发射机接通，每接通依次产生一个脉冲，将脉冲连接到单片机的计数端完成计数（后面有详细的电路图）。电话信号的输入要通过解码芯片CM8870完成，CM8870的连接用的是芯片的典型应用电路，CM8870的数据输出端口与单片机的P1口连接，当电话与单片机接通以后，有按键按键按下，CM8870就会接到一个双频信号。CM8870将接收到的双频信号解码为8421码送到单片机中，完成了数据的接收。单片机控制继电器时是通过两个三极管控制的，管脚电平控制三极管的工作状态来控制继电器。反馈信息包括两部分，一部分由“嘀嘀”声反馈，另一部分由语音信息的反馈。“嘀嘀”声是由单片机的一个管脚（P2.2）发出一定频率的方波，方波直接耦合到反馈线上来完成。语音的反馈是由语音芯片ISD1420发出的，经过LM386一次放大发送到反馈线上来完成。 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。本文用语音芯片作为电话的反馈提示因，这样更能够使用户方便的了解该电路板的功能，而且该电路板还可以进行功能扩展，如：加上留言电路，主人不在家时客人留言。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传呼机或特定电话，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。第1章 元器件介绍 1.1 引言 在电子线路的设计应用中，元器件应该是绝对不能缺少的，它是电子线路板的基础部分。没有元器件的板子不能说是电子板更不会具有电器意义，也不会有电子板的功能。这里将要讲述本毕业设计将要用到的主要器件。 讲述的主要有：光电耦合器、双音频解码芯片、单片机，语音芯片、音频放大芯片，稳压芯片LM317,LM7805。 当然电路中有电阻和电容、二极管等等，并且是用到的最多的。因为这些是最基本的也是大家熟知的我在这里不在多说。电阻在电路中有对电能的吸收作用，可使电路中各元件按需要分配电能，稳定和调节电路中的电流和电压。电容是由两个金属电极中间夹一层绝缘电介质所构成的器件。所以电容是一种储存电能的元件，具有充放电特性和隔直流通交流的能力。二极管具有单向导电特性，可以用来整流，检波，作为开关用，二极管还用到了发光二极管，它们可以用作信号灯。1.2 稳压器件（LM7805、LM7805）1.2.1 LM7805介绍电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装，如图1-1。78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。同样7805也就是输出正5伏的稳压芯片。有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等， 其中78L调系列的最大输出电流为100mA， 78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1.5A。它的封装也有多种（塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比较多。 79系列除了输出电压为负。引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。LM7805稳压芯片输出电压为正5伏，输出电流100mA。输入电压应该在9-10伏，输入电压应该高出输出电压4-5伏。图1-1 LM7805各种型号1.2.2 LM317介绍LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围为1.2伏到37伏时能够提供超过1.5A的电流。此稳压器非常便于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外还使用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。LM317服务于多种场合，包括局部稳压、卡上稳压。该器件还可以用来制作一种可编程的输出稳压器，或者，通过在调整点和输出之间接 一个固定电阻，LM317可用作一种精密稳流器。还具有一下特性：1）、输出电流超过1.5安。2）、输出在1.2伏和37伏之间可以连续调节。3）、内部热过载保护。4）、不随温度变化的内部短路电流限制。5）、输出晶体管安全工作区补偿。6）、对高压应用孚空工作。7）、表面贴装DDPAK形式，和标准3引脚晶体管封装。下面是LM317的典型应用电路如图1-2：图1-2 LM317典型应用电路 当稳压器距电源滤波器有一定距离时Cin是必须的。Cout对于稳压而言没有必要，但改变瞬态响应. Vout=1.25V(1+)+IadjR2 因为Iadj的电流控制在100uA,这一项的误差在大多数应用中可忽略。根据上面图1-2可以算出外边两个电阻的值，一般情况下，R1的数值是不变的，就是这样可以算出R2的数值。由于Iadj的电流是非常小的，当使用时算R2数值时可以把IR2此项省略。比如输出要12伏，代入公式：V=1.25(1+)V中可以算出R2=2064欧姆。1.3 单片机(AT89S51)AT89S51单片机在设计中数核心器件有必要详细说明。MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片）。结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。8051内部设有4K字节的掩模ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。由ATMEL公司生产的89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器，它们的结构大同小异，本章将对8051单片机的结构作一介绍。1.3.1 MCS-51单片机内部结构MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机内包含下列几个部件： 频率基准源 计数器振荡器及定时电路8051CPU4K字ROM128字RAM2个16位定/计数器64K总线扩展控制可编程I/O可编程串行口 中断 控制 并行 I/O 口 串行 串 行 输入 输 出 图1-3 8051单片机框图 一个8位CPU； 一个片内振荡器及时钟电路； 4K字节ROM程序存储器； 128字节RAM数据存储器； 两个16位定时器/计数器； 可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路； 32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）； 一个可编程全双工串行口； 具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。8051单片机框图如图1-3所示。各功能部件由内部总线联接在一起。图中4K（4096）字节的ROM存储器部分用EPROM替换就成为8751；图中去掉ROM部分就成为8031的结构图。在设计中应用了很多I/O口，下一节详细介绍一下I/O口。主要介绍P3口。1）、P3口（P3.0P3.7、1017脚）双功能口 P3口是一个多用途的端口，也是一个准双向口，作为第一功能使用时，其功能同P1口。P3口的位结构如图 1-4。当作第二功能使用时，每一位功能定义如表1-1所示。P3口的第二功能实际上就是系统具有控制功能的控制线。此时相应的口线锁存器必须为“1”状态，与非门的输出由第二功能输出线的状态确定，从而P3口线的状态取决于第二功能输出线的电平。在P3口的引脚信号输入通道中有两个三态缓冲器，第二功能的输入信号取自第一个缓冲器的输出端，第二个缓冲器仍是第一功能的读引脚信号缓冲器。P3口可驱动4个LSTTL门电路。 图 1-4 P3口位结构表 1-1 P3口的第二功能端 口 功 能第 二 功 能P3.0RXD-串行输入（数据接收）口P3.1TXD-串行输出（数据发送）口P3.2-外部中断0输入线P3.3-外部中断1输入线P3.4T0 -定时器0外部输入P3.5T1 -定时器1外部输入P3.6-外部数据存储器写选通信号输出P3.7-外部数据存储器读选通信号输入每个I/O端口内部都有一个八位数据输出锁存器和一个八位数据输入缓冲器，四个数据输出锁存器与端口号P0、P1、P2和P3同名，皆为特殊功能寄存器。因此，CPU数据从并行I/O端口输出时可以得到锁存，数据输入时可以得到缓冲。 四个并行I/O端口作为通用I/O口使用时，共有写端口、读端口和读引脚三种操作方式。写端口实际上就是输出数据，是将累加器A或其它寄存器中数据传送到端口锁存器中，然后由端口自动从端口引脚线上输出。读端口不是真正的从外部输入数据，而是将端口锁存器中输出数据读到CPU的累加器。读引脚才是真正的输入外部数据的操作，是从端口引脚线上读入外部的输入数据。端口的上述三种操作实际上是通过指令或程序来实现的。 2)、串行I/O端口 8051有一个全双工的可编程串行I/O端口。这个串行I/O端口既可以在程序控制下将CPU的八位并行数据变成串行数据一位一位地从发送数据线TXD发送出去，也可以把串行接收到的数据变成八位并行数据送给CPU，而且这种串行发送和串行接收可以单独进行，也可以同时进行。 8051串行发送和串行接收利用了P3口的第二功能，即利用P3.1 引脚作为串行数据的发送线TXD和P3.0引脚作为串行数据的接收线RXD，如表2-1所示。串行I/O口的电路结构还包括串行口控制器SCON、电源及波特率选择寄存器PCON和串行数据缓冲器SBUF等，它们都属于特殊功能寄存器SFR。其中PCON和SCON用于设置串行口工作方式和确定数据的发送和接收波特率，SBUF实际上由两个八位寄存器组成，一个用于存放欲发送的数据，另一个用于存放接收到的数据，起着数据的缓冲作用。3)、总线MCS-51单片机属总线型结构，通过地址/数据总线可以与存储器（RAM、EPROM）、并行I/O接口芯片相连接。在访问外部存储器时，P2口输出高8位地址，P0口输出低8位地址，由ALE（地址锁存允许）信号将P0口（地址/数据总线）上的低8位锁存到外部地址锁存器中，从而为P0口接受数据作准备。在访问外部程序存储器（即执行MOVX）指令时，PSEN（外部程序存储器选通）信号有效，在访问外部数据存储器（即执行MOVX）指令时，由P3口自动产生读/写（/）信号，通过P0口对外部数据存储器单元进行读/写操作。MCS-51单片机所产生的地址、数据和控制信号与外部存储器、并行I/O接口芯片连接简单、方便。1.3.2 单片机的外部结构1）MCS-51单片机引脚功能MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式。图1-5为引脚排列图， 40条引脚说明如下：1、主电源引脚Vss和Vcc Vss接地 Vcc正常操作时为+5伏电源2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3、控制或与其它电源复用引脚 图1-5 引脚排列图RST/VPD，ALE/，和/Vpp。 RST/VPD 当振荡器运行时，在 此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位,在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。 ALE/ 正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。 对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（功能）。 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTTL输入。 /Vpp 、/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当/Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21伏EPROM编程电源（Vpp）。4、输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。 P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。 P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。 P3口（P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。P3口还用于第二功能请参看表1-1。2）复位和复位电路MCS-51单片机的复位电路如图1-6所示。在RESET（图中表示为RST ）输入端出现高电平时实现复位和初始化。在振荡运行的情况下，要实现复位操作，必须使RES 引脚至少保持两个机器周期（24个振荡器周期）的高电平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直至RES端电平变低。复位期间不产生ALE及PSEN信号。内部复位操作使堆栈指针SP为07H，各端口都为1（P0-P3口的内容均匀0FFH），特殊功能寄存器都复位为0，但不影响RAM的状态。当RES引脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行程序。复位后，各内部寄存状态如表1-2： 表 1-2 寄存器状态寄存器内容寄存器内容PC0000HTMOP 00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0 -P30FFHSCON00HIP00000PCON 0IE000000SBUF不定图1-6（a）为加电自动复位电路。加电瞬间，RES 端的电位与Vcc相同，随着RC 电路充电电流的减小RES的电位下降，只要RST 端保持10毫秒以上的 （a） (b)图1-6 复位电路高电平就能使MCS-51单片机有效地复位，复位电路中的RC 参数通常由实验调整。当振荡频率选用6MHz时，C选22uF，R选1K，便能可靠地实现加电自动复位，若采用RC电路接斯密特电路的输入端，斯密特电路输出端接MCS-51和外围电路的复位端，能使系统可靠地同步复位。图1-6（b）为人工复位电路。 复位电路在实际应用中很重要，不能可靠复位会导致系统不能正常工作，所以现在有专门的复位电路，如810系列，这种类型的器件不断有厂家推出更好的产品，如将复位电路、电源监控电路、看门狗电路、串行E2ROM存储器全部集成在一起的电路，有的可分开单独使用，有的可只用部份功能，让使用者就具体实际情况灵活选用。1.4 语音芯片（ISD1420）信息储存器件ISD1400 ChipCorder 系列是单片高质量短周期的录放音电路，采用CMOS工艺内部包含片上时钟麦克前置放大器自动增益控制，带通滤波器平滑滤波器和功率放大器。由ISD1400 组成的最小应用系统仅包含一个麦克喇叭几个阻容元件两个开关。电源录制的信息存放在内部不挥发单元中。断电后可以长久保存，这种独特的单片解决方案使用了ISD 的专利模拟存储技术，语音和音频信号不经过转换直接以原来状态存储到内部存储器，可以实现高质量的语音复制。1.4.1 ISD1420主要具有一下特性 使用简单的单片录放音电路 高保真语音/音频处理 开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发 录放周期为20 秒 自动功率节约模式 当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态 掉电状态的典型电流为0.5uA 零功率存储 不需要电池备份电路 处理复杂信息可使用地址操作 100 年信息保存典型 片上时钟 不需要编程器和开发系统 +5V 供电 提供裸片DIP SOIC 封装 提供工业级别温度型号-40 到851.4.2 功能描述1）语音质量ISD1400 系列提供6.4K 和8.0K 取样频率,用户可以根据语音质量加以选择取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部,不需要数字化和压缩的其它手段直接模拟存储能提供真实自然的语音、音乐、声音。ISD1420 能提供20 秒的录放音时间。2）EEPROM 存储ISD 的ChipCorder 技术使用片上不挥发存储器断电后信息可以持续保存100 年器件可以重复录制10 万次。3）基本操作ISD1400 ChipCorder 系列由一个单录音信号REC 实现录音操作。两个放音信号实现放音操作：PLAYE 触发放音、PLAYL 电平放音。在录音或放音操作的结束ISD1400 将自动进入低功率等待模式消耗0 5uA 电流。ISD1400 提供了全地址的寻址功能。ISD142内部存储阵列有160 个可寻址的段能实现下面的功能参ISD1400 应用信息的地址表。4） 操作模式ISD1420具有两种模式：地址模式和操作模式。这里主要用了地址模式就不说操作模式了。地址输入A0-A7根据最高两位地址位的数值地址输入有两种功能。当A7 A6 至少有一位为0 时，输入认为是地址输入，输入的地址被当作当前录音或放音的起始地址，这些地址管脚全部为输入管脚。与操作模式中能输出地址信息不同。地址输入在信号PLAYE、 PLAYL 或REC 的下降沿被锁存。1.4.3 ISD1420的外部结构 语音芯片的外部结构及管脚结构 图1-7 ISD1420外部结构如图1-7 1.4.4 ISD1420典型应用电路 ISD1420语音芯片的典型应用如图1-8。图中包括了，芯片的外围元器件的连接，及外围元件的数值。 图1-8 ISD1420典型应用电路下面介绍一下ISD1420的工作过程：1 录制信息将REC 电平变低，将从内部存储器空间的开始录制信息。如果REC 保持低电平，录音一直持续直到存储器空间录满，这时录音结束如果REC 变为高电平电路将自动进入掉电模式。2 边缘启动放音将PLAYE 变低将从存储器开始或选定的位置开始放音，PLAYE 的上升沿对操作没有影响。如果存储器内部全部录满信息，则可以播放内部全部的信息。如果到达结束标志EOM 电路将停止放音并自动进入掉电模式，一个新的PLAYE 下降沿将触发另外一个从起始地址的放音。3 电平触发放音将PLAYL 变低将从存储器开始或选定的位置开始放音,如果存储器内部全部录满信息则可以播放内部全部的信息,如果到达结束标志EOM 电路将停止放音,并自动进入掉电模式。一个新的PLAYL 低电平将触发另外一个从起始地址的放音。注意这里的放音过程是在PLAYL保持低电平完成的，在放音过程中，如果PLAYL变为高电平，放音马上结束。4 录音中断放音REC 引起的录音操作优先与其它操作。任何时间REC 信号的变低，将引起一次新的录音操作地址从起始地址或指定的地址。不管当前是否进行其它操作。5 录制信息只占用部分地址空间如果录制的信息不能占满整个存储空间，可以在录制中将REC 变为高电平这将导致录音结束，并放置EOF 结束标志电路进入掉电模式。6 播放录制的信息整个信息没占满整个空间将PALYE 或PLAYL 变为低电平将启动一次放音当遇到结束标志EOF 时放音结束，电路进入掉电模式。7 RECLED 操作在录音操作时，RECLED 将输出低电平有效的信号可以驱动一个LED ，表明现在正在进行录音操作。如果整个存储器空间录满或REC 变为高电平结束录音，则RECLED将变为高电平。另外在放音过程中如果遇到一个EOF 标志RECLED 总是输出一个低电平脉冲。1.5 解码芯片 本毕业设计采用CM8870 解码。集成了频带分离滤波器和数字解码器的双音多频接收器。CM8870 可以将接收到的DTMF 信号转换成8421 码。CM8870有DIP-18封装见图1-9。各引脚的定义参看表1-3。CM8870 输出的8421 码真值表见表1-4。典型连接电路如图1-10。CM8870 的代替品有MT8870、HT9170 等。表 1-3 引脚定义管脚名称功能1IN+差分运算放大器同相输入端。2IN-差分运算放大器反相输入端。3GS差放输出端，连接外部的反馈电阻。反馈电阻越大，负反馈越小，放大量越大。4Verf基准电压输出。与IN+相连，提供VDD/2作为偏置电压。5INH得到高电平时，禁止检测音频码A,B,C 和D 。接地。6PWDN接地。7OSC1接晶振。8OSC2时钟脉冲（输出）。3.579545MHZ的晶振连接在引脚OSC1与OSC2之间接晶振9Vss地，标准0伏10数据输出控制端。得到高电平时允许Q1-Q4输出。11-14Q1Q4三态数据（输出）。当TOE 得到高电平时，提供相应的代码给最后的有效的音频代码接收。当TOE得到低电平时，输出高阻抗。15StD延时控制输出端。当MT8870 接收到有效的DTMF 信号时，该引脚输出高电平；接收的DTMF 信号消失后，该引脚输出低电平。该引脚输出的电平，可作为单片机的中断请求。16Est初始控制输出端。（输出）。接收到有效的DTMF时，输出高电平。17St/GT控制输入端/时间监测输出端。当接收到有效的DTMF信号时，St的电平升高。若St的电平高于门限电压时，MT8870内部的8421码被更新，Std端输出由低电平变成高电平；若St的电平低于门限电压时，MT8870内部的8421码保持不变。18VDDtypical-+5V电源 图1-9 CM8870管脚图表1-4 8421码真值表FlowFhighKEY TOWQ4Q3Q2Q169712091H000169713362H001069714773H001177012094H010077013365H010177014776H011085212097H011185213368H100085214779H100194112090H10109411336.H10119411477#H11006971633AH11017701633BH11108521633CH11119411633DH0000 - -ANYLZZZZ 图 1-10 CM8870典型连接注意：在这个连接电路中，电阻最大浮动1%，电容的数值最大浮动5%。第2章 电路设计介绍2.1 电源电路设计 电源电路主要用的两个主要器件LM317和LM7805。电路分整流-稳压-滤波三部分，如图2-1。输入的是交流15伏左右的电源。D8、D9、D10、D16构成了一个全波整流，C19和C20是滤波电容，将整流过来的馒头波变为平稳的波形，C20是个小电容来抵消C19大电容产生的电感作用。平稳的波形进入LM317经过计算可知输出的是12伏直流电。C23和C24同样是滤波电容。使输出的12伏电压更加平稳。输出的12伏电压一方面供继电器用，另一方面输入到LM7805，LM7805是一个输出正5伏的专用芯片。输出同样有滤波电容C21和C22,得到正5伏电压供扳子上的芯片用。LED2是一个发光二极管，当有电源输入时，此发光二极管发光，相反没有电此灯熄灭。这就是板子的电源结构。 图2-1 电源设计电路2.2 铃流检测电路 铃流检测电路的作用就是检测电话线上的铃流信号，以便于为单片机提供电话铃响的次数。由于本文后面的论述要涉及到电话机和电话线的一些术语，因此很有必要介绍一。 铃流：简单的说，所谓铃流，就是电话机在铃响的时候电话线上的电流就是铃流。 待机状态：所谓待机状态，就是电话机的听筒没有从电话机底座上拿起来，也就是既没有打电话，而且电话机也没有响铃，此时电话机处于等待使用的状态，因此叫“待机状态”。 摘机和挂机：所谓摘机，就是将听筒从电话底座上拿起来。摘机后，电话机的叉簧接通，电话机主板接通线路上的48V 电源，线路上就有了电流通过；所谓挂机，就是将听筒放回到电话机的底座上，此时电话机的叉簧断开，线路上就没有了电流通过。挂机状态也叫待机状态，但是我们通常将听筒放回到底座上的瞬间叫做“挂机”，挂机以后的状态叫待机状态。相应的，拿起听筒的瞬间叫做摘机，摘机后或电话铃响时的状态叫占线状态。在待机状态下，线路上的48V 直流电压是由电话机房送来的，是供电话机线路板使用的工作电压。由于电话线是非常细的导线，电话线路的距离又很远，因此电话线的线路电阻通常都很大，从电话机房送出的48V 直流电压大部分都要降落在线路电阻上，只有少量的电压供给电话机线路板使用，因此实际上摘机后电话机两端的电压只有612V 左右。铃流电压：电话机铃响时，是因为电话机房对电话机送来了高达100V左右的交流电压，这个电压就是铃流电压，该电压只有在电话机铃响的时候才会存在，摘机以后就没有了。铃流电压进入电话机后，直接通过电容耦合进入收铃电路，而没有经过叉簧，因此在没有摘机的情况下电话会响铃。设计的流铃检测电路如图2-2。铃流检测主要有C1、D1、R1、R2、G1组成，由于电容器C1不能通过直流电压，因此在待机状态下收铃电路没有电流通过。当有人打来电话时，电话线路上就出现了100V的铃流电压，该铃流电压是交流电压，因此将通过C1、D1、G1内部的LED、R1 导通形成回路。G1是通用的光耦合器，型号为P521，其内部有一个发光二极管LED（左）和一个光敏三极管（右）组成，当光敏三极管接受LED 照射时，集电极和发射极立即导通，此时P3.5点电压降 为0V；当没有铃流信号 时，G1 内部的光敏三极管不导通，P3.5点电压为高电平VCC。 图2-2 流铃检测电路 在交流电的两个半周中，其中有一个半周 经过二极管D1 导通，另一个半周通过G1内部的LED导通。由此可见，P3.5点的脉冲是随着铃 流信号的出现而出现的，因此只要检测到P3.5 点有低电平脉冲出现，就说明线路上有铃流信号了，而且P3.5 点在单位时间内出现的脉冲个数就代表了振铃时间的长短，因此通过累加P3.5点的脉冲个数就可以判断出振铃时间的长短和铃响次数的多少。A 点的电平状态连接到单片机89S51 的T1（计数器）口，即P3.5 端口，用来统计铃响的次数。另外图中还可以串联一个电阻（RZ），此电阻是一个脉冲高压吸收电阻，该电阻直接连接在电话线的入口处，平时该电阻是不导通的，阻值为无穷大，因此对电路没有任何影响，但是一旦线路上因雷电等因素出现瞬间的脉冲高压时，此时RZ立即导通，并出现永久性短路，将电话线路两端给短接起来，避免该电路板上的其他元件遭受雷击等高压脉冲影响，对电路板起到了很好的保护作用。因为老师那里没有此电阻，也没有买到，所以设计时没有安装此电阻。2.3 模拟摘机挂机电路如图2-3所示，摘机、挂机电路其实就是一个电子开关，它的作用是完成摘机、挂机的动作。电路板和电话线之间虽然是连接起来的，但是中间还必须要有一个电子开关存在，平时这个开关应该处于断开的状态，以免造成电话线占线，当你打电话到家里来，希望控制家中的电器时，如果出现了若干次铃响而且没人接听，这时候就需要让电路板和电话线路接通，即完成摘机动作，也就是将电路板和电 图2-3 模拟摘机挂机电路 话线之间的开关打开，这样电路板 才能接收到线路上送来的各种控制指令，这个电子开关就是摘机挂机电路。摘机挂机电路位于试验板的最前端，是和电话线直接连接的。该电路由D2、D3、D4、D5、V1、V2等元件组成，图2-3 中的左边的两根线是和电话线连接的。D2、D3、D4、D5四个二极管组成的全波整流电路，其作用是将线路上不确定极性的电压转换成确定的极性，也就是说，电话线的正负极是不确定的，因为电话线在接入电话机或者电路板的时候是不分正极和负极的，可以随便连接，但是到了电路板内部，就必须区分出来哪一个是正极、哪一个是负极，用全波整流电路即可将正负极给定下来，因为无论电话线是如何连接的，四个二极管出来以后，正极和负极总是固定的，因为和R3相连的一根线始终是正极，这样线路上48V的直流电压经二极管出来以后，其正负极就明确了。下面分析一下摘机、挂机电路的实现过程，即电路的工作原理。请看图2-3。右面两条线后面的电路暂且不用管它，首先看图中P1.4 这个点，该点是和单片机的P1.4 口相连接的。首先分析一下当P1.4 口的状态为低电平0 时的情况。当P1.4为低电平0时，P1.4相当于对地短路，这样三极管V2 由于没有基极偏置电压因此不能导通，即V2 的集电极没有电流通过，相当于开路，由于V2 的集电极是通过电阻R4和V1 基极连接的，当V2 集电极没有电流时，V1 的基极也就没有偏置电压和电流，因此V1 也不会导通，此时的V1 也处于开路状态。由以上分析可见：当单片机通过P1.4 口施加一个低电平信号0 时，开关管V1并不会导通，电话线路上也没有电流通过，相当于电话机的叉簧断开。接下来再分析分析一下当P1.4 口的状态为高电平1 时的情况，和上面的情况正好相反，当P1.4 为高电平1 时，P1.4 点有+5V 的高电平直流电压，该电压就是三极管V2的基极偏置电压，由于有了基极偏置电压，因此V2 导通了，V2 的集电极也有了电流通过，由于V2 的集电极是通过电阻R4 和V1 的基极连接的，当V2 集电极有电流时，V1 的基极也就有了偏置电流和电压，因此V1也就导通了，此时从四个二极管出来的正电压将通过V1的发射极和集电极后，再经过R5形成导通回路，并且将线路上的信号在R5两端产生电压降，此时R5相当于电话线路的负载电阻。由以上分析可见：当单片机通过P1.4口施加一个高电平信号1 时，开关管V1导通，试验板接通线路上的遥控信号，相当于电话机的叉簧接通，从而实现自动摘机。平时P1.4 为低电平0，因此V1 断开，相当于电路板与电话线之间断开了，起到了挂机的效果。以上的论述可以简单的归结为：当单片机P1.4口为高电平时，V1导通；当单片机的P1.4口为低电平0 时，V1 不导通，因此V1 就好像一个受P1.4 口控制的开关一样。实际上V1 就是一个电子开关，该开关的导通与否受到单片机P1.4 口的控制。摘机挂机电路是可以用继电器来完成的，如果用继电器设计的话电路要简单一些，发现继电器也有一些弱点，比如耗电大，5V的继电器吸合电流高达30多毫安，是89S51静态电流的近3倍，体积和重量也比较大，另外继电器也容易产生火花干扰，为解决这些问题。后来晶体管摘机、挂机电路了。更换后效果很好。2.4 双音频解码电路在讲述解码电路以前，首先要知道“双音频”的概念。所谓“双音频制式”，就是拨电话的时候，拨每一个号码，发出去的都是由两个不同频率的音频信号组合起来的双音频信号。比如拨0 的时候，发出去的两个音频信号分别是941HZ和1336HZ，拨9 的时候发出去的两个音频信号分别是952HZ 和1477HZ 等等（这些在上一章已经讲述过了）。我们用电话进行拨号时都能从听筒中听到一种按键的声音，这种声音其实就是由两个不同的频率组合成的复合音。每个号码都是由两个音频信号组合起来的，因此叫“双音频”。拨号的时候，需要将每一个号码都转换成一对双音频信号，这种转换就叫做编码，解码就是将接收到的双音频信号重新还原成数据信号。编码和解码都有专用的芯片，编、解码芯片的种类和型号很多，在电路板中由于只接收，不发送，因此只使用了一片供接收用的解码芯片，我选用的是CM8870型解码芯片。根据上一章对CM8870芯片的讲述，搭建了下面的解码电路：如图2-5。在图2-5中，双音频信号输入点与图2.3中三极管V1 集电极相连接，当V1 导通时，从电话线路上送来的双音频信号音经过V1 后进入图2-5 的输入点，经过CM8870内部放大处理以后，从数据输出端Q1、Q2、Q3、Q4 输出解码后的状态数据。该数据输出端与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别相连，从P1.0P1.3口进入单片机进行数据采集、判断和处理。另外，从CM8870 的第15 脚出来的状态信号进入单片机的P1.5 端口，通知单片机读取数据。如果CM8870 接收到的是有效的DTMF 信号，便解调出对应的8421码并将该编码送 图2-5 解码电路入锁存器锁存。当输出控制端 TOE 得到高电平时，被锁存的8421 码在Q1Q4 端输出。同时Est 端变成高电平，经CM8870内部的积分电路使控制输入端st 电平升高，若ST端电平低于门限电平时CM8870 内部的8421 码保持不变，std 端输出低电平；若ST 端电平高于门限电平时，CM8870 内部的8421码被更新，std 端输出高电平；接收的DTMF 信号消失后，std端输出低电平(这些上章有所介绍)。2.5 单片机AT89S51连接电路 单片机89S51 电路大家应该都不陌生，在此只作简单介绍，电路图如图2-6 所示：图2-6 中，第18、19 脚接12MHz石英晶体，在晶体两端各接一个30PF 的电容到地，接电容的目的有三个：一是加快上电后的起振速度，二是保证起振后能够持续平稳的振荡，不至于出现停振，三是可以通过改变两个电容的容量，微调振荡频率。第9 脚为复位端，在该脚接一个10K的电阻R12到地，以保证该脚在正常工作时为低电平0，同时，为了在加电时给该脚一个高电平的复位脉冲，因此用一个10uF的电解电容C4连接到电源Vcc，利用电容两端的电压不能突变的特性，加电后给第9脚施加一个短暂的高电平脉冲，该脉冲的宽度与电阻R12 的阻值、C4 的容量都有关，电阻R12越大，电容C4越大，加电后第9 脚的高电平脉冲就越宽；相反的，如果R12越小，电容C4越小，加电后9 脚的高电平脉冲宽度也就越窄。一般来说，当9脚的下拉电阻为10K，电容C4的容量不小于10uF 时，复位脉冲的宽度即可满足要求。另外，在电容C4 两端还接有一个手动复位按钮AN1，为了避免按压按钮时电容C4两端的电压通过按纽接点瞬间放电造成对按钮接点的大电流冲击，为此在