（通信与信息系统专业论文）ic卡多媒体公用电话设备控制系统.pdf

摘要 摘要 近年来，随着通信技术的发展，通信网络的地位越来越重要，国际公用电话 设备已向提供综合资讯的多媒体终端发展。基于这个原因，本项目打破原有i c 卡 公话提供单一通话功能的限制，开发出i c 卡多媒体公用电话。它集传统i c 卡公 话的功能与多媒体信息资讯功能于一体；有机地结合了电话通信技术与多媒体计 算机的技术。 i c 卡多媒体公用电话和传统i c 卡公用电话都能实现i c 卡电话业务，即指采 用预付费电话i c 卡作为支付手段，由自动电话机提供的语音通话业务。但两者实 现的原理有着根本的区别：传统i c 卡公用电话设备内部只有一个控制核心，而i c 卡多媒体公用电话设备内部必须有两个控制系统一一工控处理机控制系统( 简称 后台控制系统) 和综合处理板单片机控制系统( 简称板卡控制系统) 。在本项目中， 依赖计算机技术对信息处理的强大功能，终端的多种多媒体业务实现主要由后台 控制系统来完成，雨实时性要求高的与i c 卡电话相关部件的数据检测和数据处理 则交由板卡控制系统来完成，这样一方面减轻工控机处理器负荷，另一方面提高 系统的实时性和处理的灵活性，最终实现终端的整体功能业务，达到相关设计标 准要求。 本文描述了i c 卡多媒体公用电话两个控制系统的功能结构和设计原理，重点 阐述了板卡控制系统的软硬件的设计与实现，并对两个控制系统之间通信协议的 确定和串行通信的实现进行了详细的阐述。 设计的关键部分是确定后台控制部分和板卡控制部分各自的功能结构，设计 基于8 9 c 5 2 单片机系统的板卡电路和相应的控制程序，确定板卡与后台之间的通 信协议，并进行串行通信的实现。 关键词：多媒体公用电话； i c 卡：单片机控制系统；串行通信 华南理： 大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，b yt h eh i g hs p e e do fd e v e l o p m e n to ft h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o i o g y ， t h es t a t i o no ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kh a sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h e d e v e l o p m e n tt r e n do fn a t i o n a lp u b l i cp a y p h o n eh a sd i r e c t e dt ot h em u l t i m e d i at e r m i e a l t h a tc a np r o v i d ei n t e g r a t i v ei n f o r m a t i o ns e r v i c e s i nc a u s eo ft h i s w ed e v e l o p e d i cc a r dm u l t i m e d i ap u b l i cp a y p h o n e ，w h i c hw e n tb e y o n dt h el i m i to f i cc a r dp u b li c p a y p h o n ew i t hs i n g l ef u n c t i o n i tc o m p o s e dt h ef u n c t i o n so ft r a d i t i o n a li cc a r d p u b l i cp a y p h o n ea n dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n i ti sa no r g a n i cp a r to ft e l e p h o n e c o m m u n i c a t i o na n dm u l t i m e d i ac o m p u t e rt e c h n 0 1 0 9 y b o t hi cc a r dm u i t i m e d i ap u b l i cp a y p h o n ea n dt r a d i t i o n a li cc a r dp u b l i cp a y p h o n e h a v ei cc a r dp a y p h o n ev o i c es e r v i e e ，b u tt h e ya r ed i f f e r e n tf r o mp r i n c i p l e t r a d i t i o n a li cc a r dp u b l i cp a y p h o n eh a v eas i n 9 1 ec o n t r 0 1 1 e ri n s i d e ，a n di cc a r d m u l t i m e d i ap u b l i cp a y p h o n eh a v et w oc o n t r o ls y s t e m si a s i d e o n ei sh o u t a i c o n t r o ls y s t e m ，a n dt h eo t h e ri sb a n k ac o n t r o ls y s t e m a c c o r d i n gt h ed e s i g n a t i o n ， t h em a l t i r e e d i as e r v i c ea r ec a r r i e do u tb yh o u t a ic o n t r o ls y s t e m ，r e l y i n go nt h e p o w e r f u li n f o r m a t i o np r o c e s sf u n c t i o no fc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，a n dt h ed a t a d e t e c t a n dp r o c e s s ，w h i c ha c c o r d i n gt ot h ec o m p o n e n to f t h e i cc a r dp h o n e ，a r ec a r r i e do u t b yb a n k ac o n t r o ls y s t e m ，b e c a u s eo ft h eh i g hr e a l t i m ea b i l i t yo ft h em o n o l i t h i c p r o c e s s o r s ot h i sc a nr e l e a s et h eb u r t h e no ft h ei n d u s t r i a lc o m p u t e rp r o c e s s o r ， a tt h es a m et i m et h i sc a na l s oi m p r o v et h er e a l t i m ea n da g i l i t yo ft h es y s t e m s o w ec a nc a r r yo u tt h ei n t e g r a t e df u n c t i o na n ds e r v i c eo ft h et e r m i n a la n da c h i e v e t h ec o r r e s p o n dd e s i g ns t a n d a r d i z ea n dr e q u i r e m e n t t h et h e s i sd e s c r i b et h ef u n c t i o ns t r u c t u r ea n dd e s i g np r i n e i p i eo ft h et w oc o n t r 0 1 s y s t e mi n i cc a r dp u b l i cm u l t i m e d i ap a y p h o n e ，d e s c r i b et h ed e s i g no ft h eh a r d w a r e a n ds o f t w a r eo ft h eb a n k ac o n t r o ls y s t e m 。a n dd e s c r i b et h es e r i a lc o m m u n i c a t i o n b e t w e e nt h et w oc o n t r 0 1s y s t e m t h ek e yo ft h ed e s i g ni st od e f i n et h ef u n c t i o ns t r u c t u r eo ft h et w oc o n t r 0 1 s y s t e m s ：t od e s i g nt h eb a n k ac i r c u i tw h i c hi sb a s eo na t 8 9 c 5 2m o n o l i t h i cp r o c e s s o r s y s t e m ， a n di t sc o r r e s p o n d i n gc o n t r o lp r o g r a m ：t om a k eap r o t o c o lb e t w e e nb a n k a a n dh o u t a ia n dd e s i g nt h es e r i a lc o m m u n i c a t i o np r o g r a m k e y w o r d s ：m u l t i m e d i ap u b l i cp a y p h o n e ： i cc a r d ：m o n o l i t h i cp r o c e s s o rc o n t r o l s y s t e m ； s e r i a lc o m m u n i c a t i o n i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：缈年f 月留日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名 导师签名 日期：缈年月日 日期：埘，年f 月j 日 第一章绪论 第一章绪论弟一旱瑁下匕 电话网络作为一个庞大的资源，向人们提供远距离信息交流的基本手段。但 是，由于电话机过于简单的人机界面以及电话交换机的有限功能，限制了信息交 流的多样化。计算机作为信息存储与处理的强有力工具，可以弥补电话网络的缺 憾。如何将两者有机的结合，成为新的课题。 1 1 项目背景 随着计算机科学技术和通信技术的快速发展，以及信息高速公路i n t e r n e t 的 兴起，人们越来越普遍认识到信息及资源共享的重要意义。在欧美发达地区、日 本、新加坡以及我国香港等地，集城市导游、通信、新闻等综合服务为一体的多 媒体系统已成规模化应用的局面；在国内，随着电信体制的变革以及加入w t o ， 无论政府还是企事业单位都面临着信息挑战，纷纷规划、构建、开发各种计算机 网络与信息系统，以配合这个信息化时代的到来。2 1 世纪，数据、话音、图像和 视频已成为人们生活中不可缺少的一部份，为了推进社会信息发展，推广网络通 信、电话通信以及计算机多媒体技术的应用，在公众场所，如机场、火车站、地 铁、商场、酒店、书店、学校、电信营业厅、图书馆、街头等，设立公众多媒体 信息终端，为公众提供方便、快捷的多媒体信息服务已成为电信行业的急需。 然而，现有的公用电话终端设备仅仅能提供单一的语音通话功能，而用户对 资讯的需求正朝着多样性发展。如何为用户提供更为丰富多样的信息服务，提高 电信窗口的服务水平，已被众多电信运营商所重视，这就为新型计算机电话集成 设备的研制和生产提供了机遇和市场。新型计算机电话集成设备应该依赖现有公 共电话网络，将多媒体计算机技术与电话通信技术融合为一体，为用户提供语音、 数据、图像等多媒体信息服务，从而为公话运营部门和通信终端设备生产商提供 新的经济增长点，为公众提供进入信息世界的便捷之路，带领公话设备迈向新纪元 z 】 在这种需求的前提下，在完成了充分的市场调研并做出详细的可行性分析后， 选择确立了本设计项目一一i c ( i n t e g r a t i o nc i r c u i t ) 卡多媒体公用电话设备的 研制。研制工作的中心在于设备的控制系统开发。到目前为止，本项目已经完成 了各项基本功能的开发，生产出终端产品，并已在多个公众场所投入安装使用， 弥补了电信业务的空缺。作者作为该项目的技术人员之一，参与了项目控制系统 的开发。 华南理工人学硕士学位论文 1 2 国内外公用电话技术概况 1 2 1 公用电话的种类及发展过程 公用电话按使用方式可分为有人值守和无人值守两类。有人值守公用电话一 般由普通电话机加上计费器组成。在9 0 年代以前，我国公用电话主要为这种方式。 到了9 0 年代初，国内开始引进使用无入值守的公用电话，现在国内安装使用的无 人值守公用电话数量已远远超过了有人值守公用电话的数量，且公用电话技术水 平已基本与国际水平接轨。 无人值守的公用电话又可分为投币式和卡式。投币式公用电话机有自动计次、 计时功能，采用硬币作为话费支付手段，具有可集中监控、管理使用方便的特点。 目前这种公用电话在国外，尤其是欧美国家仍在大量的使用。由于采用硬币来支 付话费，计费单元与硬币面值有关，无法实现按实际话费进行找赎。我国现在也 有少量的投币式公用电话，一般只接受一元和五角两种面值的硬币，这就给使用 带来了很多不便。另外，由于硬币存放在机内，还容易遭到一些人为破坏，同时， 硬币发行量也是制约这种话机大量推广使用的因素之一。 到了9 0 年代初，我国从日本引进了磁卡公用电话。这种电话的引进曾在一定 程度上解决了我国打电话难的问题，但限于当时的技术条件，磁卡电话也存在较 大不足：一是磁卡话机机械结构复杂，极易出现故障，尤其在北方灰尘较大的地 区，磁头和读卡器非常容易毁坏。二是防伪性能差，大量伪造电话磁卡给国有财 产造成了重大损失。三是磁卡电话缺少完善的集中管理系统，费率更改相当困难。 四是磁卡电话成本高。一部磁卡话机的最高成本曾达到1 7 万元，一张磁卡的成 本最高达7 元。 由于磁卡电话的这些弊端，随着i c 卡技术的发展，国际上将i c 卡作为新型 卡式电话迅速发展，使磁卡话机需求在全球范围内急剧下降。日本在磁卡电话发 展高峰时拥有话机8 0 多万部，现在仅剩1 0 万部。我国在9 0 年代中后期开始引进 推广i c 卡公用电话。由于i c 卡公用电话具有技术先进、防伪性能好、使用方便、 成本低廉等特点，i c 卡电话替代磁卡电话已成为技术发展的必然趋势。目前，中 国电信已建成世界上最大的i c 卡公用电话系统，i c 卡电话机覆盖全国3 1 个省( 区、 市) ，甚至已普及到了村。根据我国国情，在引进的技术基础上，由g p t e 和原 邮电部门各相关部门制订了集成电路i c 卡付费电话系统总技术要求，使管理 系统集中化成为可能。g p t e 自主开发了i c 卡公用电话三级管理系统，包括：( 1 ) 中央级话杌管理系统：对全国i c 卡的发行与管理、省问话费结算与管理、省间话 费结算与管理、异常卡登记管理。( 2 ) 省级话机管理系统：对全省i c 卡的管理、 费用结算与管理、费率管理、异常卡登记管理。( 3 ) 地区级话机管理系统：话机 安装和配置管理、话务管理、维护测试、话机故障管理等。三级管理系统网络的 2 第一章绪论 建立为i c 卡公用电话在中国的迅速发展奠定了基础。经过几年的发展，我国目前 i c 卡电话装机量已超过一百万部”。 1 2 2 国内外多媒体公用电话概况 随着技术的发展和人们对公共终端业务的需求，集语音业务和上网、信息查 询等多媒体业务为一体的多媒体公用电话成为国内外公用电话的又一发展趋势。 英国的b t 公司、台湾的中华电信、法国的m o n i t e l 公司、日本安利公司等都 陆续开发了多媒体公用电话“1 。 尽管国外一些国家也开始使用多媒体公用电话，但国外的多媒体公用电话大 多数采用信用卡作为支付手段。而在我国，现阶段采用金融卡作为多媒体公用电 话支付手段还面临一些问题。 首先，金融系统的银行卡为账号卡，计费方式为在线式计费，每一宗付费业 务均需与银行系统之问通过电话线路进行在线操作。作为公用电话终端，用户使 用频率较高，如果采用银行卡来支付费用，势必造成线路资源的频繁占用，一方 面增加了运营成本，另一方面也加重了银行系统的负荷。其次，国内目前使用的 银行卡主要是磁卡，显然不适合用于公用电话这种高使用率的设备。另外，电信 部门和金融部门没有相应的结算系统也是银行卡在公用电话中的使用受到制约的 藿要因素。 将i c 卡技术运用于多媒体公用电话，采用中国电信发行的电话i c 卡作为终 端支付手段，解决了以上问题。中国电信已建立了中央级、省级和地区级三级管 理系统，可以实现i c 卡的结算问题，使用户买一张电话i c 卡，可以在国内所有 的i c 卡电话机和多媒体公用电话上使用，而无需重新增加网络投资。另外，i c 卡为储值卡，采用的是离线式计费，不占用线路资源，减少运营成本。i c 卡技术 成熟，使用寿命远远超过磁卡。i c 卡技术的运用，为多媒体公用电话在国内的推 广提供了有力的保障，也为电信部门提供了业务拓展的新的途径。 1 3 i c 卡多媒体公用电话设备简介 i c 卡多媒体公用电话( 以下简称为终端) 是按电信行业设备标准要求设计开 发的。本终端依托计算机网络技术，以工业控制处理机为控制核心，以多媒体部 件和功能性板卡为操作介质，采用i c 卡作为收费手段，集成了i c 卡电话、公众 上网、收发邮件、信息查询系统和多媒体广告等各种信息服务功能，并具备功能 选择配置和进一步扩充的能力。 1 3 1 主要功能 1 1 c 卡电话功能 终端晟基本的功能就是满足用户通话的需求，包括用户作为主叫和被叫的情 3 华南理l ：大学硕士学位论文 况，具体功能如f ： 用户作为主叫：使用有效i c 卡可以拨通市内电话、国内长途和国际长途电话， 并自动计费；不使用i c 卡可拨通规定的免费电话；具有号码禁用功能。 用户作为被叫：可设置成使用或不使用i c 卡的方式接收来话，在接收来话时， i c 卡多媒体公用电话能产生公话识别音，并有相应的提示。 在使用过程中具有的一些功能：能动态显示卡的余额；在使用中的i c 卡费用 不足下一计费时长前2 0 s 有相应换卡提示：挂机后有相应取卡提示；有最末一组 号码重拨功能，挂机退卡后，该号码自动消除；有不退卡重新呼叫功能；有识别 异常i c 卡的功能：可兼容金属数字号码键盘和触摸屏键盘拨号。 2 媒体广告播放功能 主要在系统无人操作时雏够大屏幕滚动播放各种动态广告，达到广告效果， 且为不扣费播放。若有用户输入，进入主界面功能选择状态，同时广告播放转为 小屏幕播放，无人操作达到配置文件所设定的时长后，自动转回大屏幕广告播放； 播放广告时若检测到有人摘机，则关闭广告播放声音，自动进入打电话界面。 能根据管理中心要求更新广告的播放列表，同时能对终端实际播放的广告进 行记录和统计，并上报管理系统。 3 信息查询功能 主要实现以w e b 方式，供用户浏览本地硬盘存贮的信息。提供上翻、下翻、 前进、后退、停止、刷新的功能。 可以根据管理中心要求或定时更新信息的内容及信息的费率表：并能记录信 息浏览的情况。 4 连接上网功箭 实现拨号上网和w 唧浏览。主要由四部分组成： ( 1 ) i n t e r n e t 接入：正确可靠地建立和撤除网络连接； ( 2 )浏览器功能：浏览器模块完成类似于i e 的功能，提供用户i n t e r n e t 浏 览的能力； ( 3 ) 虚拟键盘功能：使用户能使用触摸屏输入域名地址和邮件内容等； ( 4 )计费功能：实现上网计费。 5 邮件收发功能 ( 1 ) 实现以p o p 3 方式收发邮件，主要由四部分组成： ( 2 )i n t e r n e t 接入：正确可靠地建立和撤除网络连接； ( 3 )收发邮件功能：调用控件完成邮件收发： ( 4 )虚拟键盘功能：使用户能使用触摸屏输入地址和邮件内容等； ( 5 ) 计费功能：实现邮件计费。 笙二量堑笙 1 3 2 部件构成 倒1 1i c 卡多媒体公用电话外形 f i g l 1 t h ee x t e r n a lf o r mo f i cc a r dm u l t i m e d i ap u b l i cp a y p h o n e 本设备结构的电器安全与机械抗暴性要求较高，对高湿度、高温、低温、多 尘等恶劣环境的适应性要求也较为苛刻，这方面的防护在设计中已充分考虑，设 备的外形如图卜1 所示。 i c 卡多媒体公用电话设备总体设计采用功能模块化结构方式，其组成部件包 括工业控制计算机主板、综合处理板、防雷板、数字号码键盘、i c 卡读卡器、手 柄组、液晶屏、触摸屏、电源等。如图卜2 所示： i c 一一- 一一一一一j 图1 - 2 i c 卡多媒体公用电话内部构成 f i g l 一2 t h ei n t e r n a lf o r mo fi cc a r dm e d i ap a y p h o n e 华南理r 大学硕士学位论文 工业控制计算机主板和综合处理板是设备控制系统的核心部件，工业控制计 算机主板采用内含1 2 8 m 内存的工业控制处理器，性能可靠稳定；综合处理板采用 自研电路板，是i c 卡多媒体公用电话的重要部分，主要完成读卡器读写、读取按 键信息上报给后台、获知各种告警信号( 市电丢失告警) 及发送各类控制信号( 关 闭主机电源、控制液晶屏开关、控制触摸屏开关) ，以及完成终端的语音通话功能 和与后台p c 机的通信功能。 液晶屏采用高亮度真彩液晶显示屏；触摸屏采用防暴触摸屏，可承受较强的冲 击力，防护能力强( 达到m e n a 4 级) ；手柄组采用公话专用组件，防暴性良好，环境适 应力强；数字号码键盘采用金属数字号码键盘，完成用户呼叫按键和输入功能代 码；i c 卡读卡器可接受i s o 标准7 8 1 6 的1 、2 、3 项规定的i c 卡：防雷板具有对 电话线路及2 2 0 v 交流电进行防雷击的保护功能。 1 4 课题研究的主要内容 i c 卡多媒体公用电话和普通i c 卡公用电话都可以实现i c 卡付费的语音通话 功能，但两者实现的原理有较大的差异，因此两者的设计思路与实现方案完全不 同。其中最髓显的不同在于普通i c 卡公用电话整机只有一个控制核心，而多媒体 公用电话则必须有两个控制器，一个是主要负责多媒体业务的工控机处理器，一 个是主要负责i c 卡数据检测和控制的单片机处理器。 国内有的厂家已经将i c 卡电话与多媒体计算机集成在一起，实现了语音业务 和多媒体业务。但通常采用的是简单的集成方式，两个部分相对独立，只是简单 意义上的叠加，i c 卡电话业务完全由综合处理板完成，通过协议将业务数据结果 上报到主控制器部分曙。在实际使用过程中，这种简单的集成方式暴露出一些弊 端，如业务处理延时较长，不支持多业务同时进行( 如上网与电话业务同时使用) 等。 本项目考虑到业务的实时性，并要支持多业务同时进行，因此在设计时将多 媒体终端划分为两个控制部分一一后台控制部分和扳卡控制部分。后台控制部分 包括工控机系统及直接控制的计算机外设，是终端的多种业务实现平台，包括i c 卡电话业务处理的控制、关键数据的处理( 如费率表、卡数据和话单等) ，实现对 业务的集中管理，使设备具有良好的可扩展性和兼容性；板卡控制部分包括综合 处理板以及直接控制的i c 卡电话部件和部分计算机外设，是终端的硬件控制平台， 实现i c 卡电话部件等硬件的信号检测和控制功能，一方面减轻主控处理器负荷， 另一方面提高系统的实时性和处理的灵活性。最终实现终端的各项功能业务，达 到相关设计标准要求，从真正意义上实现了i c 卡电话与多媒体计算机的有机结合， 而不是简单的集成。 本课题描述了i c 卡多媒体终端两个控制系统的功能与结构，阐述了板卡硬件 6 兰二主垡笙 系统和软件系统的具体设计，说明了后台控制程序的设计思想，并对两部分控制 系统之间如何实现数据交互进行了详细的论述。设计的主要工作包括以下几个方 面： 1 确定后台控制部分和板卡控制部分各自的功能和结构 2 基于8 9 c 5 2 单片机系统的板卡电路设计与实现 3 板卡控制程序的设计与实现 4 后台控制程序的设计思想与后台通信程序的设计 7 华南理上人学硕十学位论文 第二章l c 卡多媒体电话相关技术与设计原理 2 1ic 卡电话通信技术 i c 卡公用电话是指接入公用付费电话交换网使用的i c 卡公用付费电话机。i c 卡电话通信业务是指用户进行电话呼叫时，使用i c 卡插入话机的卡读写器内，完 成通话接续，并依据被叫电话号码所判定的通话费率，由话机自动扣减卡内储值 的一种公用电话通信业务。i c 卡公用电话由i c 电话卡及卡读写器、i c 卡电话机 和电话网络管理中心三部分组成”。 2 1 1ic 电话卡 i c 卡又称集成电路卡，即i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d 。它将一个集成电路芯 片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，它将微电子技术和计算机技术结合在一 起。目前这项技术已广泛应用于金融、交通、医疗、电信等多个行业。i c 卡分为 接触式和非接触式两种。接触式i c 卡应用较早，其国际标准比较完善，主要遵循 i s o i e c7 8 1 6 国际标准，分别对i c 卡的物理特性、卡触点的尺寸与位置、电信 号与传输协议、行业间交换命令、数据元以及i c 卡注册管理办法等作出了详细的 规定。 按照嵌入芯片的不同，可将i c 卡分类为存储器卡、逻辑加密卡和c p u 卡。逻 辑加密卡的卡芯片有非易失性存储器和硬件加密逻辑构成，其逻辑结构如图2 一l 所示，它具有安全控制逻辑，从芯片制造到交货，均采取较好的安全保护措施( 比 如采用运输密码) ，同时采用r o m 、e e p r o m 等存储技术。因此，在需要保密但对安 全性要求不太高的场合，逻辑加密卡得以大量应用，电话卡就是其主要的应用之 触点 图2 - 1 逻辑加密卡的逻辑结构 f i 9 2 - 1 t h el o g i cs t r u c t u r eo fl o g i c - - c o d ec a r d 第二章i c 多媒体公用电话设备的板 设计 中国电信发行的预付费电话i c 卡一般称为1 0 4 卡，在卡的储存器内有1 0 4 个 比特位，不同的数据位分别表示了卡的各种信息。这些信息包括芯片制造厂商以 及发行商的代码、发行省份代码、卡的序列号、发行批号、卡面值以及卡储值( 也 称卡余额) 等。编码规则由电信业务主管部门制定”1 。 2 ，1 ，2 卡读写器 为了使用i c 卡，还需要有与i c 卡配合的接口设备i f d ( i n t e r f a c ei ) e v jc e ) ， 或称为卡读写器。卡读写器分为接触式或非接触式，接触式卡读写器是i c 卡与应 用系统之间的桥梁，其基本功能有： 1 i c 卡的插入退出的识别与控制 2 通过触点向i c 卡提供稳定的电源和时钟 3 实现与卡的数据交换，并提供相应的控制信号 4 提供相应的外部控制信息，与其他设备进行信息交换 由于电话i c 卡为预付费卡，相当于金融业的储值卡，卡上数据直接代表了货 币值，为防止伪卡出现，因此对卡的技术要求也就相当严格。终端对卡数据的读 入、对卡数据进行判断分析，根据被叫号码判定费率在卡上扣除相应“金额”， 整个过程都必须准确无误。这对终端的设计的可靠性提出了很高的要求。在 y d n l 0 9 1 9 9 8 集成电路( i c ) 卡公用付费电话系统总技术要求中对此有明确的 要求：卡读写器能有效提供正确的电气信号，确保i c 卡能安全、可靠地读写操作， 读写差错率应 1 0 。保证卡的读写可靠与及时是终端设计的一个关键环节，也是 本课题内容中需要重点考虑的部分。 2 1 3 ic 卡电话机 1 i c 卡电话机简介 i c 卡电话机是一种新型的控制用户话费的电话机，它在普通电话机的基础上 增加了微处理器控制电路。其原理在于话机电路中有一个存储器，它内部的存储 区域和i c 卡上的存储区域相同，当使用者把i c 卡插入话机时，话机中的微处理 器就开始读卡，并把卡上的数据与内部数据进行比较，当微处理器识别出正确的 密码和足够的金额数据时，就自动开通发号电路，让用户顺利发出呼叫号码，且 微处理器在收到计费信号后，开始自动执行计费操作。当微处理器读取i c 卡的会 额不足一次通话费用时，又能自动控制产生一次挂机动作，中断通话电路，由此， 达到控制用户话费预支的目的。1 。 i c 卡电话机上电话业务的实现过程可以简单描述如下： 用户摘机一听到拨号音，看到插卡提示一插入i c 卡一卡余额显示在屏 幕上一拨号一扣费一通话一挂机一提示取卡。 9 华南理i l 大学硕士学位论文 2 i c 卡电话机构成 i c 卡电话机内部控制主要是由个c p u 电路板来完成的。c p u 电路板是通话 程序控制单元电路板，它的主体是一个8 位微处理器，该微处理器与电话机内部 的各部分电路相连接并进行控制。通话控制电路与i c 卡读写器是通过串行接口交 换信息的，对通话的接通与断开、供电的启动与保持、l c d 显示器的显示、接收键 盘信号等起着控制作用。 i c 卡电话机除了控制电路外，还有电话机的各部分电路单元，主要由三部分 电路组成一一振铃电路、拨号电路和通话电路。其结构如图2 2 所示。 l 键盘 微 i 显示器 处 i 。 卜、 理 、 一 器 卡读写器 控制 电路 外设 振铃电路 拨号电路 通话电路 ： ! 史熏史曼兰耍j 圈2 - 2i c 卡电话枫内部组成 f i 9 2 2 t h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo fi cc a r dp h o n e 3 1 c 卡电话机通话电路 i c 卡电话机正常工作时，要求通话电路既能送话，又能受话，具有双向通话 功能。通话电路主要由送话电路、受话电路、消侧音电路及拨号静噪控制等组成。 如图2 3 所示。发话人的声波由送话器转换为电信号，经送话电路输出，沿电话 线传送到对方电话机。反之，由外线传递来的电信号输到电话机的受话电路，受 话器将其转变为声的振动，以便收听对方发话人的讲话声“。 攮。一一二二墓：一蕾秘。壁二= ! 一f 图2 - 3 通话电路方框图 f i 9 2 - 3t h et a l kc i r c u i tb l o c kd i a g r a m 电话机传送信号的频带为3 0 0 h z 3 4 0 0 h z ，经过电话机传送的声音要有足够大 1 0 第二章i c 多媒体公用电话设备的板卡设计 的响度，对方才能听得清楚。通常对于送话电路，要求送话器接收的功率为1uw 1 0uw ，对于受话电路，要求有luw 以上的话流功率即可正常接听。电话机的响 度是电话机传输质量的重要指标，其中发送频响特性曲线如图2 4 所示。在3 0 0 h z 到3 4 0 0 h z 频率范围内，发送电平d b 值应在上限值和下限值之间。接收频响特性 曲线也与此相似。 圈2 4 发送频响特性曲线 f i 9 2 - 4t h ec u r v eo fs e n df r e q u e n c yr e s p o n s e 2 1 4 电话网络管理中心 i c 卡公用电话系统管理中心是集中管理各个i c 卡电话机的中心，具有层次结 构，对i c 卡电话机进行费率及工作参数管理，对i c 卡发行使用以及各i c 卡电话 机工作中的呼叫通话、话机故障、无效卡等数据进行存储、分类、汇总、统计、 查询、现实和打印等操作。 管理体制分为中央级、省级( 自治区、直辖市) 、本地级三级树状结构，本地 级管理中心向话机下载费率、操作参数及卡序号等数据，使话机能正确识别各类 卡，接受呼叫并准确机费：同时，i c 卡电话机也向管理中心报告话务、话费、运 行状态及故障等信息，使管理中心能准确统计有关数据，实施监控管理”3 。 2 2 电话通信技术与计算机技术的结合 计算机不仅仅是人们心目中的“文件处理器”，它更是一种通信工具和媒体传 播工具，随着计算机技术与通信技术的日益融合。计算机和电话已经成为人与人 之间通信执作的焦点。 2 2 1 计算机电话集成技术简介 i c 卡多媒体公用电话设备就是一种新型的计算机电话集成设备，它结合了i c 卡电话通信技术和计算机技术。 计算机电话集成( c o m p u t e rt e l e p h o n yi n t e g r a t i o n ) 技术是指把电话技术领 域和计算机技术领域的产品、服务和系统有效地结合起来，不仅要处理传统的电 话语音，而且要处理包括传真、电子邮件等其它形式的信息媒体。该技术跨越计 算机技术和电信技术两大领域“。 华南理上人学硕士学位论文 计算机电话集成终端设备能够通过计算机技术监测和控制电话设备，实现刺 电话设备的行为监测( 哪个按键被按下、指示灯状态等) 和控制( 显示内容、丌 亮指示灯等) ；并通过计算机技术把传统语音和其他形式的媒体比如数据、图像等 一起进行控制和处理。 目前大多数计算机电话集成终端设备的大体结构可用图2 - 5 表示。 图2 5 计算机电话集成终端设备的大体结构 f i 9 2 - 5 t h es t r u c t u r eo fc o m p u t e 卜t e i e p h o n ei n t e g r a t e de q u i p m e n t 2 2 2 计算机电话集成系统框架 近几年来，随着计算机电话技术的发展，各种工业组织，如i t u 、e c m a 等 都提出了用标准化的术语确立个公共的框架，该框架和相关的规范为计算机电 话技术提供了一个整体体系结构。一个完接的计算机电话集成系统由以下框架构 成，如图2 - 6 所示。任一计算机电话集成产品的设计和实现都可以构建在这个公 共框架上。 主体应用软件开发 硬件设备相关控制软件开发 尊裂电话设备计算机硬件 。 电话网络 图2 - 6 计算机电话集成系统框架 f i 9 2 6 t h es y s t e mf r a m eo f c o m p u t e r - t e l e p h o n ei n t e g r a t i o n 电话网络运营商以提供接入世界范围的电话网络的方式向用户提供服务： 电话设备向下应与电话网络连接并实现用户基本语音通话功能，向左应与计 算机硬件设备连接并实现数据交互： 计算机硬件及其操作系统为产品的软件开发搭建了一个平台，计算机硬件向 下可与电话网络连接并实现以存储转发为基础的数据通信功能，向右应与电话设 备连接并实现数据交互； 硬件设备相关控制软件的开发是实现对硬件设备中的电话组件和多媒体组件 进行信息的读取和相关的控制，并为应用软件的开发提供数据： 1 2 第二章i c 母多媒体公用电话设备的板夤设计 主体应用软件开发实现用户所需的各种应用功能，包括实时语音通信以及其 它多媒体通信的处理需求，可以根据用户需求增加或减少应用模块而不影响系统 的运作； 按照以上框架设计设备的硬件和软件，并把设备依托在电话网络上，从而确 定一个完整的计算机电话集成系统。 2 3 l c 卡多媒体电话设备的设计 i c 卡多媒体电话设备的设计综合采用了以上的i c 卡电话技术和计算机电话 集成技术。 2 3 1 设备的系统构成 i c 卡多媒体电话设备是中国电信运营的电话网络上的一个终端设备，它内部 集成了电话设备、计算机硬件和操作系统、电话软件模块和多媒体应用软件模块， 实现了用i c 卡进行多媒体通信的功能。其系统构成如图2 - 7 所示。 扩展业信息查邮件上网浏i c 卡电 务软件 询软件 收发 览软件 话软件 模块模块软件模块模块 模块 基础驱动软件包 ( 通信程序、卡数据处理程序等) 综合处理板 w i n 9 8 操作系统 ( 自研电路板，内含 工控计算机主板电话处理单元) 中国电信 圈2 - 7i c 卡多媒体电话设备系统构成 f i 9 2 - 7t h es y s t e ms t r u c t u r eo f i cc a r dm u l t i m e d i ap a y p h o n ee q u i p m e n t 用户使用中国电信发行的i c 卡，通过卡读写器连入设备中的综合处理板，从 而使用设备提供的各项功能。综合处理板是一个具有独特功能的电路板，它不但 实现用户读卡、拨号、语音发送和接收等基本电话功能，而且要通过接口向计算 机主板发送所需的数据，弗同时从计算机主板接收信号并控制硬件动作。 计算机系统是多媒体终端设备的核心，采用高品质的工业控制计算机主板是 确保多媒体终端安全稳定运行的基本保障。与常见的p c 主板相比，工业控制计算 华南理l ：大学硕士学位论文 机主板由于采用工业级的元器件以及高精度的加工工艺，使其具备集成度高、稳 定性好等优点，同时还有一定的抗震性以及较强的环境适应性，特别适用于要求 较高的工业控制设备、公共终端设备等产品中”。 工业控制计算机主板与综合处理板之间的通信，采用通用的r s 一2 3 2 标准串行 通信方式。 i c 卡电话软件模块和其他软件模块一起构成了主体应用软件，基础驱动软件 包是应用软件与硬件之间的共用接口软件，软件驱动硬件动作，从而实现各项业 务功能。 2 3 2 控制系统的划分 设备的开发工作的核心在于控制系统的开发，根据系统的构成，我们把设备 的控制系统划分为两部分：后台控制部分和板卡控制部分。 后台控制部分是指以工业控制计算机为核心的计算机部分的控制，包括相应 外设( 液晶显示屏、触摸屏、电源供给等) 以及多媒体部件( 声卡、网卡等) 。采 用w i n d o w s 9 8 操作系统，自主开发应用程序，实现终端的各种业务，如上网、多 媒体广告播放、电子邮件收发、信息查询与发布等。 后台控制部分内部框图如图2 - 8 所示。 板卡控制部分 i 图2 - 8 后台控制部分 f i 9 2 ，8 t h eh o u - t a ic o n t r o ls e c t i o n 板卡控制部分是指以 j c s 一5 1 单片机为核心的综合处理板部分的控制，包括i c 卡电话相关组件( i c 卡读写器、数字按键盘、话筒、叉簧等) 。综合处理板简称板 卡，完成i c 卡电话相关功能以及部分外设控制的硬件实现。 板卡控制部分内部方框图如图2 - 9 所示。 1 4 第二章i c 书多媒体公用电话设备的板f 殴计 图2 9 板卡控制部分 f i 9 2 - 9 t h eb a n - k ac o n t r o ls e c t i o n 2 4 串行通信接口技术 由于串行通信具有结构简单、可靠性高等优点，因而在工业监控、数据采集 等实时系统中得到了广泛的应用“”。在本项目设计中，终端的两个控制部分之间 的数据交互采用的是r s 一2 3 2 串行接口通信方式。 2 4 1 串行通信的基本概念 1 同步通信和异步通信 与并行通信不同，串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依据一定 的顺序逐位进行传送的通讯方法。在串行通信中，有两种基本的通信方式：异步 通信和同步通信。 异步串行通信规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送， 每一帧信息由起始位、数据位、校验位和停止位组成，异步通信靠起始位在每个 字符数据开始时使发送和接收同步。同步串行通信则是去掉起始位和停止位，通 过同步字符在每个数据块传送开始时使收法双方同步“。 在异步串行通信中，接收设备和发送设备应保持相同的传送波特率，并以起 始位与发送设备保持同步。起始位、数据位、校验位和停止位的约定，在同一次 传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送数据。 2 差错校验 串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，这直接影响通信的 可靠性，所以通信的关键不仅是能够传输数据，更重要的是能准确传送，检出差 错并加以校正。在终端设计中，差错控制也是相当重要的一个环节，尤其是对关 键的信息传送，如计费信息，要确保准确，将差错控制在允许的极小的范围内。 1 5 华南理工大学硕十学位论文 检出差错有三种基本方法：奇偶检验、检验和、循环冗余码校验。 奇偶检验法是指在发送时，附加一个奇偶检验位，这个位可为“l ”或为“0 ”， 以便保证整个字符为“1 ”的位数为偶数( 偶校验) 或为奇数( 奇校验) ，接收时， 按照发送方所确定的同样的奇偶性，对接收到的字符进行校验，若二者不一致， 便说明出现了差错。 检验和方法是指在数据发送时，发送方对块中数据简单求和，产生一单字节 检验字符附加到数据块结尾，接收方对接收到的数据块算术求和后，所得的结果 与接收到的校验和字符比较，如果两者不同，即表示接收有错“。在本项目板卡 和后台的通信中就采用了检验和算法。 循环冗余码校验法是由分组线性码的分支而来，其主要应用是二元码组。编 码简单且误