（机械工程专业论文）基于单片机的对讲系统的研究开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着社会经济的发展，科学的进步，人们对居住空间提出了新的要求，既环境 的安全性。应这种需求，市场上各种住宅楼宇安全设备应运而生，其中最广泛采用的， 也最被广大用户所接受的设备即楼宇对讲系统。 在本文中，以楼宇对讲系统为研究对象，设计了一种新型的简线制对讲系统。 该系统技术解决方案可推广应用于工业、医疗等领域的呼叫对讲系统中。 此系统以单片机为核心，通过采用专用解码器及合理主机分机电路设计，实现 了楼宇对讲系统功能2 线通讯完成，同时，较以前多线制与5 总线制系统实现了主机、 分机电路简化、成本降低、可靠性提高。主要的研究成果可归纳为以下几点： 1 ) 对本文的楼宇对讲系统主机与分机通讯，采用了一种新的运行方式：数据线与语 音线合用，主机通过与专用解码器通讯实现分机选通控制，然后通过主机检测电 路对分机状态检测，实现通话、开锁控制。设计出了新的相关电路，以满足这种 运行要求。 2 )采用专用解码器实现楼层分线功能，同时通过单片机对v d 5 0 2 6 数据传送进行仿 真，实现与v d 5 0 2 7 进行串行通讯。从而简化了电路，提高了通讯可靠性。 3 ) 编写了系统主控单片机、显示控制单片机的汇编语言程序，及定义了相关通讯协 议。 关键词：楼字对讲简线制单片机 解码器串行通讯 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n ds c i e n f i f i cp r o g r e s s ，p e o p l eh a v ep u t f o r w a r dt h en e wd e m a n di ni n h a b i t t i n gs p a c e - - t h es e c u r i t yo f t h ee n v i r o n m e n t t om e e tt h i s k i n do fd e m a n d ，v a r i o u sk i n d so fs a f e t yd e v i c e so fb u i l d i n gh o u s eh a v eg r o w no nt h e m a r k e t ，e s p e c i a l l y , t h et a l k b a c ks y s t e m o fb u i l d i n gh o u s ei su s e d e x t e n s i v e l y a n d a c c e p t e dw i d e l yb yc u s t o m e r s i nt h ea r t i c l e ，r e g a r d i n gb u i l d i n gt a l k b a c ks y s t e m 私t h er e s e a r c ho b j e c t w ed e s i g n o n en e w - t y p et a l k b a c ks y s t e mo fs i m p l e - l i n em o d eb a s e do ns c m t h et e c h n o l o g i c a l s o l u t i o no ft h es y s t e mc a nb ep o p u l a r i z e da n da p p l i e dt oc a l la n dt a l k b a c ks y s t e mi n i n d u s t r ya n dm e d i c a f i e l d t h es y s t e mw h i c hu s e ss i n g l ec h i pm i c y o c o ( s c m ) 鹊c o i e a d o p t i n gs p e c i a l - p u r p o s ed e c o d e ra n dr e a s o n a b l ec i r c u i td e s i g no fh o s ta n de m e n s i o nd e v i c e s ，h a v er e a l i z e d t h e2 - l i n ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no f t h eb u i l d i n gt a l k h a c k m e a n w h i l e ，c o m p a r e d w i t h m u u i t i - l i n ea n d5 - b u ss y s t e m ，0 1 1 1 s y s t e mi m p l e m e n tc i r c u i ts i m p l i f y i n gb e t w e e nh o s ta n d e x t e n s i o nd e v i c e s ，c o s t - r e d u c i n g ，d e p e n d a b i l i t y - i m p r o v i n g t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sc a n b es u m m e du pf o rt h ef o l l o w i n gs e v e r a lp o i n t s ： ( 1 ) i no r d e rt or e s o l v et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nh o s ta n de ) ( t e i l s i o nd e v i c eo f b u i l d i n gt a l k b a c ks y s t e m , w ea d o p to n en e wo p e r a t i o nw a y ：d a t al i n ea n ds p e c c hl i n e b e i n go n el i n e ，r e a l i z i n gt h ee x t e n s i o nd e v i c es e l e c t i o nc o n t r o lt h r o u g hc o m m u n i c a t i o n b e t w e e nh o s ta n ds p e c i a l - p u r p o s ed e c o d e r , a c h i e v i n gt h ec o n t r o lo ft a l ka n do p e n i n g t h el o c kb yd e t e c t i n gc i r c u i to fh o s td e v i c et om c a s r r et h es t a t eo fe x t e n s i o nd e v i c e s d e s i g nn e w r e l e v a n tc i r c u i t ，i no r d e rt om e e tt h i sk i n do f o p e r a t i o nd e m a n d ( 2 ) a d o p t m gt h es p e c i a l - p u r p o s ed e c o d e rt or e a l i z ed i v i d i n gf u n c t i o no ft h ef l o o rl i n e a tt h es a m et i m e , t h r o u g ht h es c m c a r o d n go ne m u l a t i o no ft h ed a t at r a n s m i s s i o no f v d 5 0 2 6 ，i tr e a l i z et h es e r i a lc o m m u n i c a t i o nw i t hv d 5 0 2 7 s oi ts i m p l i f i e st h ec i r c u i t i t 华中科技大学硕士学位论文 a n d i m p r o v e sc o m m u n i c a t i o nd e p e n d a b i l i t y ( 3 ) w r i t i n gs c ma s s e m b l el a n g u a g ep r o g r a m s u s c di nm a i n c o n t r o la n dd i s p l a y - c o n t r o li ns y s t e m ，d e f r u i t i n gt h er e l e v a n tp r o t o c o lo f c o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：b u i l d i n gt a l k b a e k s i n g l ec h i pm i c y o c o ( s c m ) s e r i a lc o m m u n i c a t i o n s i m p l e l i n em o d e d e c 0 d e r i n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标钥引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，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结果由本人承担。 学位论文作者签名：崩念华 日期： 2 e v 牛年l 月；口日 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， 即：学按有权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。本人授权华中科技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。 本论文属于 不保密囝。 ( 请在以上方框内打“寸) 学位论文作者签名：藤念乏生 日期：晔年2 月专，日 指导教师魏耠5 ；嗲 日期：妒年上月；驴e t 华中科技大学硕士学位论文 1 1 楼宇对讲系统概述 1 绪论 随着现代信息、网络、计算机、控制技术的飞速发展，智能化建筑和小区己逐步 成为现实，它适应了社会信息化与经济国际化的需要。智能化建筑和小区的范围在国 内外正日益扩大和普及，人们逐渐需要随时随地得到各种信息，从而产生信息普遍化 和家庭化的倾向，这样对于住宅建筑的要求不仅是住，而且要求在这个空间中生活、 学习和工作，享受各种生活、办公及信息服务，获取各种信息。同时，智能化建筑和 小区的建设是一项跨行业、多学科的高新科学技术系统工程。目前在国内外处于剐刚 起步阶段，缺乏较为成熟的解决方案和工程经验，尚需经历不断探索、继续开发和逐 步拓宽的过程。对于它的系统组成和基本功能尚无统一标准，但初步可以划分由三大 部分构成，即物业管理及安全防范、信息网络服务与管理和住宅智能化管理c l i o 其中，物业管理及安全防范主要是对智能化建筑和小区中所有机电装置和能源设 备实现高度自动化和智能化的管理，其主要由：闭路电视监控系统、红外报警系统、 消防报警监控系统、自动停车场监控系统、楼宇对讲系统、防火及紧急联动系统、指 纹电子锁系统、三表计量系统、社区机电设备监控系统等组成。信息网络服务与管理 主要是以社区网络为平台向社区居民提供一个开放性、全方位的社区信息网络服务系 统。住宅智能化管理主要是向住户提供一个高度安全性、社会舒适性和通讯快捷性的 信息化与自动化的居住空间。 当然，我们在看到智能化建筑和小区蓬勃发展的同时，也应该看到，就目前而言， 由于受到传输媒体、网络平台、技术水平以及家庭实际消费能力的制约，还无法实现 真正意义上的智能化建筑和小区。虽然如此，经过多年发展，在智能化建筑和小区建 华中科技大学硕士学位论文 设的某些领域。取得了长足的发展，许多楼宇智能系统在技术和产品上逐步走向成熟， 并为广大用户所接受，在各种小区建设中已被广泛采用或正在被广泛采用，如楼宇对 讲系统、三表计量系统、闭路电视监控系统、小区联网报警系统等。其中楼宇对讲系 统由于其投资少，安全防护性能好，使用便利，符合住户需求最被广泛采用。 楼宇对讲系统主要应用于智能化住宅和大楼门岗管理。对讲系统有普通和可视对 讲两种系统。在智能楼宇中，对讲系统是来防者与用户直接通话的一种快捷的通信方 式扪。 对讲系统通常由门口主机、住户室内分机、不间断电源箱、电控锁组成。当有来 访者时，通过门口主机按键选择住户分机，住户分机振铃，住户通过分机话筒可与来 访者通话，如有需要，住户可按分机上开锁键，遥控打开楼底电控门锁，来访者进入。 在对讲系统上安装摄像机，能实现可视对讲。可视对讲系统安装在入口，在当有客人 来访时，按压室外按钮，室内可视分机的电视屏幕上即会显示出来访者和室外的情况。 在摘下室内机即可与来访者通话：在无人呼叫时，按室内机的监控键，可主动监视外 边c 2 3 = 楼宇对讲系统按门口主机楼号录入方式上分，可分为：编码式和直呼式。编码式 指门口主机的输入键盘为编码方式，当选择住户分机时，通过编码键盘依次输入住户 分机房号即可。一般用于大型多住户对讲系统中。直呼式指门口主机的输入键盘为直 接代表各房号的按键，当选择住户分机时，只需按直接代表该分机房号的一个按键即 可。一般用于低层( 2 0 m a ) 实现的，当然也 需要在软件中编程字形表( 7 段码表) ，以便将显示数据转换成相应的码段。单片机 r a 口各通过一三极管接显示器各位的共阴极端。 与l c d 和c r t 相比，l e d 的优点在于：发光亮度高、可视性好、响应速度快 ( i u s ) 、高频性能好、体积小、重量轻、抗i 申击性能好、使用寿命长( 在1 0 万小对 甚至1 0 0 万小时) 、成本低廉。 动态显示是指由1 片段驱动器驱动多位数码管，由位控制器扫描轮流显示( 静 华中科技大学硕士学位论文 态显示无需位控制，对共阴极数码管，将公共极接地即可。对于共阳极数码管，公共 极接高电平即可) 。这种显示方式电路器件少，且省电，但是位扫描必须使人从视觉 上感到多位同时显示。显示器的亮度与导通电流、扫描点亮时间和间隔时间有关，只 要适当选择好电流参数和扫描时间参数，就能在人的视觉效应下得到亮度高的稳定显 示。 3 2 4 主机语言通话电路 语言通话电路由送话放大器、受话放大器、消侧音电路、输出控制电路、电源 供应控制电路组成。电路图如图3 9 所示。 图3 9 主机语音通话电路 该电路中，消侧音电路是它的核心。所谓侧音是指当通话语音电路工作时，送 话放大器送出的语音信号通过语音线路又传到受话放大器进行放大扩音的情况，这将 造成用户从听筒中听到自己说话的回音。这种侧音的情况，在通话电路中要尽量避免， 因此语音通话电路中一般都要采用消侧音电路。上图中消侧音电路其由三极管t 6 、 电阻r 3 2 、r 3 7 、r 2 2 、r 3 6 、可调电阻p 1 组成。下面我们详细说明其消侧音的原理。 通过分析显然可知消侧音电路是对交流信号而言的，这样直流电源可以看着对地短 路。为了分析方便，把图3 1 0 画成图3 1 1 。 华中科技大学硕士学位论文 器 z k z b i 一高：ai i 。e 二7 _甾 ps 。 一 l i 一 b 器 图3 1 0 原理图图3 1 1 等效图 图3 1 0 中，三极管t 6 可被看作信号源，z l 是线路负载阻抗，r 3 2 和z l 并联， 并联后值为：z l = r 2 3 z i = ( r 2 3 - z 1 ) ( r 2 3 + z 1 ) 。r 2 和p 1 用z b 表示，z b = r 2 + p 1 。 由图3 1 l 可以看出，只要接收器的输入信号u c d = 0 ，受话器就不会发出声音，从 而达到消侧音的目的。下面我们分析一下在什么情况下u c d - 0 。 根据回路电流法可以列出如下方程： e = z l 1 2 + r 3 7 1 2( 3 - 1 ) e = z b 1 1 + r 3 6 1 1( 3 - 2 ) 由( 3 1 ) ：( 3 - 2 ) 两式可得： z l 1 2 + r 3 7 h = z b l l + r 3 6 i l( 3 _ 3 ) u c d - = u b d - - u b c ，u b d 产p 0 6 i i ，u b c = r 3 7 1 2 7 当接收放大器的输入信号u c d = 0 时，则 u b d = u b c ，r 3 6 。1 1 = r 3 7 1 2 ( 3 - 4 ) 由( 3 - 3 ) ( 3 4 ) 可得： z l h = z b i t ( 3 - 5 ) 把( 3 - - 4 ) 、( 3 5 ) 两式的两边分别相乘可以得： z l r 3 6 = z b 。r 3 7 ( 3 - 6 ) 当电路满足( 3 6 ) 式时，即可达到最佳的消侧音效果。 华中科技大学硕士学位论文 图3 9 中，可调电阻p 1 可使消侧音电路外围参数有一定变化的情况下，通过调 整达到最佳消侧音效果。 通过该消侧音电路中三极管t 6 的电流放大作用，同时可实现送话放大器输出信 号的功率放大。 主机语音通话电路中送话放大器及接收( 受话) 放大器由两块专用音频放大集 成块l m 3 8 6 组成，该集成块失真小，外围电路简单，输出功率较大。 3 2 5 分机状态检测电路 在系统中，数据信息传递采用的是主机端对分机端的单向传递方式，而分机摘 机、开锁、挂机等状态不是采用专线编码传递的方式，而是巧妙通过分机电路将音频 数据线瞬间短路、开路的方式，将摘机、开锁、挂机状态信号传送给主机。因此主机 电路中设置了一套音频数据线电位检测电路，检测音频数据线的任何瞬间开路和短路 状态，将检测结果送主控单片机，从而实现对分机摘机、开锁、挂机信号的识别。该 电路即分机状态检测电路如图3 1 2 所示。 线 图3 1 2 分机状态检测电路 2 5 华中科技大学硕士学位论文 该电位检测电路由于对精度要求不高，采用一通用双运算放大器l m 3 5 8 ，将其 搭成电压比较器形式即可满足检测要求。两比较器的基准电压通过电阻r 1 4 、r 1 5 、 r 2 8 分压实现，只是要注意分压电阻的取样源，应和语音音频传输电路的电源相同， 即应该接电源a ，这样可以减小由于外部电源变化时对检测电路的影响。l m 3 5 8 电源 采用+ 6 v 稳压电源，比较器输出端从r a 0 、r a l 口输入单片机。单片机通过软件判 断分机状态。 通过此检测电路主控单片机可以拓展实现对语音数据总线、入户分机线进行短 路、断路状态检测，并进行不同的声音报警提示。 3 2 6 楼层分线器模块电路 系统中，楼层分线器的作用是将主机向语音数据总线发送的用户分机选通编码 信号进行解码，并根据解码结果选通相应分机。该电路的核心是v d 5 0 2 7 专用解码器 芯片。楼层分线器模块电路及外围分机接线图如图3 1 3 所示。 用户分机 图3 1 3 楼层分线器模块电路及外围分机接线图 该电路功能的实现主要是充分利用了v d 5 0 2 7 解码器如下功能特性：首先对从 2 6 华中科技大学硕士学位论文 d a t ai n 端接收到的1 l b i t 字进行译码，当v d 5 0 2 7 的地址码与接收的地址码完全相 同，v d 5 0 2 7 进行译码，此时，v d 5 0 2 7 将前7 b i t 译作地址，后4 b i t 译作数据，同时 在数据输出端( d 0 - d 3 ) 输出4 位数据。根据此特性，如果我们将v d 5 0 2 7 的数据输 出端( d 0 - - d 3 ) 各控制一台用户分机选通，则可以将v d 5 0 2 7 的地址码作为搂层分线 嚣的地址编码，v d 5 0 2 7 的数据码作为该v d 5 0 2 7 所在楼层分线器a 、b 、c 、d 四端 口所接用户分机的数据码。如果各楼层分线器的地址码不一同，则各楼层分线器管理 的各分机将有唯一对应的l l 位地址码，本系统中我们称其为分机选通编码。这样只 要在设计系统时规定楼层分线器中v d 5 0 2 7 地址码与分机房号的对应规则，然后在系 统软件开发时根据此规则将房号码由软件转换为相应的分机选通码即可。 此处要特别指出的是：本系统主机在分机选通编码生成方案上，没有采用常规 的v d 5 0 2 6 发送编码的方案，丽是大胆采用了单片机软件模拟v d 5 0 2 6 发送编码的方 案。由于v d 5 0 2 6 d 5 0 2 7 厂家提供的技术资料非常有限，只有v d 5 0 2 6 v d 5 0 2 7 配 对使用的简要资料，无法查到具体通讯协议、信息编码方式等。通过使用存储示波器 对v d 5 0 2 6 在各地址码下发送编码波形进行对比分析，我们破解了其通讯协议、信息 编码方式，通过单片机软件仿真，与v d 5 0 2 7 进行通讯验证，取得了成功。 图3 1 3 中，r 7 、r 9 、t 5 、r 6 组成一反向器，该反向器阀值电压为：v f = ( 1 + r 7 ，i i 9 ) 0 7 v ，当数据总线( s ) 上信号电压大于v f 时，d a t a i n 输入为0 ，当数 据总线( s ) 上信号电压小于v f 时，d a t a i n 输入为0 。 楼层分线器电路对用户分机选通的方式为；通过t i t 4 等p n p 管控制各分机的 负电线。平时v d 5 0 2 7 的d 0 d 3 脚为0 ，当要选通某分机时，系统使该分机对应的 d x 脚变为i ，则其控制的p n p 管导通，则该分机负电线与总线负电源线导通，从而 使该用户分机形成通电回路，接入系统通讯总线中。而其他分机由于其对应的p n p 管关断，不能与总线形成回路而被隔离在外。 通过以上分析，我们可以计算出本系统在v d 5 0 2 7 的地址码采用各态方案时， 华中科技大学硕士学位论文 m r - 所支持的最大用户分机数，如下表3 1 表3 1 各态码下系统容量表 项目2 态地址码3 态地址码4 态地址码 地址状态数1 2 8 ( 2 7 )2 1 8 7 ( 37 )1 6 3 8 4 ( 47 ) 系统支持分机数 5 1 28 7 4 86 5 5 3 6 采用状态类型 o 、l0 、1 、悬空 0 、1 、悬空、4 t h 从表中，可知解码器采用2 态地址码方案，已经可以适应绝大多少楼宇要求， 同时用户也比较习惯二进制码的编码方式，因此楼层分线器的地址码采用了2 态( o 或1 ) ，即接v s s 或v d d 。 3 2 7 分机电路 分机电路由极性保护电路、开锁信号发送电路、摘机挂机信号发送电路、受话 电路、送话电路组成。电路如图3 1 4 所示。 图3 1 4 分机电路图 二极管d i d 4 构成分机的极性保护电路，使入户分机接线能不分线序，为系统 的接线、维护提供极大方便，这也是该系统与以往其他系统相比具有明显优点的地方。 分机开锁信号的发送是通过按下k 1 开锁开关，使两分机迸户线短路实现的。 主机只要在通话状态检测到总线通话数据线出现短路，则认为用户按下开锁键，于是 丝 华中科技大学硕士学位论文 向系统电源输出开锁控制信号。 分机摘机、挂机信号都是通过i c 2 分机叉簧开关实现的。当分机处在挂机状态 时，由于手机的挤压，叉簧开关k 2 的公共端与常开触点接通；当分机处在摘机通话 状态，叉簧开关i c 2 自然弹起，其公共端与常闭触点接通。这样由图可知，实际上在 摘机和挂机状态，分机通话电路都是导通的。这样保证了分机在挂机状态能接收主机 发送来的振铃声音，在摘机状态能与主机进行通话。而分机摘机、挂机信号的输出， 是通过主机检澳4 摘机、挂机过程中叉簧开关k 2 在常闭触点与常开触点之间跳变时出 现的瞬间断路状态实现。当振铃状态时主机检测到断路信号，则认为用户进行了摘机 操作：当通话状态时主机检测到断路信号，则认为用户进行了挂机操作。通过对用户 使用分机的操作分析，我们提出了此摘机挂机状态检测方案，在试验中取得了成功， 并通过日后系统的大量使用，也充分验证了该解决方案是非常成功的。 出于简化分机电路的考虑，分机没有采用专用的振铃电路，而是由主机生成振 铃声音信号，由被选通的分机接收该信号，发出振铃音。 3 1 4 中分机送话、受话电路采用了一个简单但十分精巧电路设计，其中r 1 、t l 、 t 2 、r 4 在与c l 、v 1 组成一分机送话功率放大的电路的同时，又起到了受话信号等 比例衰减输出的作用。该分机语音电路通过试验通话效果较好，完全能满足系统要求。 3 2 8 可视对讲的实现 可视对讲系统实际就是在普通对讲系统上实现在通话的同时进行图像显示。这 在总线式系统中实际上是非常容易实现的，只需在主机、分机电路中增加对摄像头、 平板显象管的供电控制电路即可。 对主机来说，只要在主机中增加一摄像头及相应电源控制电路，当总线工作时， 通过电路使摄像头电源控制电路导通，摄像头得电工作，恕系统总线中视频线输出视 频信号，即可。由于此控制电路非常简单，只需在主机主控制板增加几个三极管即可， 华中科技大学硕士学位论文 因此在系统设计的时候，普通主机与可视主机采用了同一电路板。其具体实现电路原 理图可见附录1 ：系统主控扳电路原理图。 对分机电路来说，可视分机要能实现在本分机被选通后，接收门口主机摄像头 输出的视频信号，进行图像显示；当分机按下监控键后，同样能进行门口图像显示。 对此我们设计了一个以单片机p i c l 6 c 5 0 8 为主控的可视分机电路，如图3 1 5 所示。 图3 1 5 可视分机电路图 单片机通过输入脚g p 0 和g p 4 检测接入分机的两根音频线：音频线+ 、音频线 一的状态，从而可判断本分机是否被选通，如果被选通，g p 2 脚输出“l ”信号，控制 继电器工作，显像管得电工作，图像显示。当单片机通过输入脚g p l 检测监控键被 按下，通过g p 4 扫描系统总线是否工作，如未工作，则使g p 2 脚输出“1 ”信号，显像 象管得电工作，同时三极管q 4 导通，音频线+ ( 数据音频线s ) 获得高电位，驱动 华中科技大学硕士学位论文 门口主机摄像头电源控制电路导通，摄像头得电，摄像头输出视频信号，可视分机实 现监控功能。 通过此方案，系统能够方便的从普通对讲系统升级到可视对讲系统。系统主机、 楼层分线器可以不变，只需将普通分机更换成可视分机，在主机中增加一摄像头，系 统总线中增加一根带屏蔽视频信号线将主机与各可视分机相连即可。 3 3 本章小结 本章首先介绍了系统硬件设计中采用主要芯片性能参数情况；然后分别对系统 硬件实现中几个主要功能模块电路：主机主电路、电源供电电路、数字显示电路、主 机语音电路、分机状态检测电路、楼层分线器电路、分机电路的具体设计思想、电路 实现、相关理论计算、电路要点的相关问题进行了详细论述。 3 l 华中科技大学硕士学位论文 4 1 程序流程 4 系统软件实现 简线制楼宇对讲系统的控制功能是通过软件实现的。软件流程控制键盘扫描、 输入显示、分机选通、语音通话、密码服务等功能。软件设计包括：系统通话控制程 序；系统密码服务程序：显示板主控制程序。 系统通话控制程序主要进行系统初始化、键盘输入及显示控制、分机选通控制、 通话控制等。系统密码服务程序主要进行系统密码开锁服务、系统密码更换服务。显 示板主控制程序则主要进行显示控制命令字的串行接收通讯、l e d 数码管显示器动态 显示控制。程序流程图分别如图4 1 、4 2 、4 3 所示。 华中科技大学硕士学位论文 图4 1 显示板控制程序流程图 华中科技大学硕士学位论文 图4 2 系统通话控制主程序流程图 3 4 华中科技大学硕士学位论文 图4 3 密码服务程序流程图 3 5 华中科技大学硕士学位论文 4 2 楼号编码转换程序 系统中楼号( 如3 1 2 ：3 楼1 2 号) 经键盘输入居，需经程序进行两次转换。首 先，转换成系统事先约定的v d 5 0 2 7 地址码、数据码( a i a 7 ，d 0 d 3 ) ；然后，根据 分析破解的v d 5 0 2 6 v d 5 0 2 7 通讯协议，进行第二次转换，转换成模拟v d 5 0 2 6 串行 发送的特殊数据编码格式，该编码格式具有极强的抗干扰、纠错能力。最后，由单片 机以特定的波特率将该编码发送出去。楼层分线器( v d 5 0 2 7 ) 的编码规则可以根据 楼宇特殊要求进行修改，只需同时在程序中编码转换时相应改动即可。 其中5 0 2 6 串行发送数据的编码格式非常特别，“o 和“l ”等数据位不是由通 常的高电位、低电位表示，而是由特殊的波形表示，波形如图4 4 所示。 n 厂 厂 几厂 厂 厂 厂 广 图4 4v d 5 0 2 6 数据位串行传送波形示意图( 位) 系统为了实现单片机与v d 5 0 2 7 的串行通讯，必须使单片机模拟该传送波形， 通过分析上面波形，“o ”数据位可以用特定波特率下连续传送两个b + 0 1 0 0 0 0 0 0 字节模 拟，“l “数据位可以用传送两个b 0 1 1 1 1 1 1 1 字节模拟。整个v d 5 0 2 7 数据位、地址位 的传送，首先通过下面程序待传送的地线位、数据位( a 1 _ 7 ，d 0 d 3 ) 转化为一存储 于f 1 4 - f t i f 的数据表，然后通过读表程序、串行传送控制程序将数据表中的各数据 位按特定波特率从r b l 口一位一位传送出去，当然在传送过程中要按v d 5 0 2 7 协议 要求加入适当的同步字和校验位。将v d 5 0 2 7 地址位、数据位数据转为待传送数据表 华中科技大学硕士学位论文 程序如下： m o 、r l w m o 、w f m 0 、r l 、 m o v w f d i as e t r r f b t f s c g o t o m o 、q w m o v w f g 0 1 d d a t as e t l m d 、几 下 d a t as e l l 2 g o t o m o v l w m d v 、 下 d a t as e r r 3 r l f b t f s c g o t d m d v l w m o 、佩，f g o t o d a t as e t 5 m o v w f d r as e t 4 g o t o 1 3 4 8 c o i 小r r l q c f4 1 2 s t a t u s ，c d a i as e t l b 1 0 1 0 0 0 0 0 0 t o d d as e t 2 m o v l ，b 0 1 1 1 1 1 1 l o d e c f s zc o u 盯l d a t as e t 4 c o u n t l 削c f4 1 3 s 1 ：k 兀i s c d a 烈s e t 5 b 0 1 0 0 0 0 0 0 0 d a t as f r 4 m o 、r i 7 0 d e c f s z d a t as e t 3 b 0 l l l l l l l 图4 5 数据表转换流程图 4 3 振铃工作中软件对摘机信号检测的处理 系统摘机信号检测在原理上是通过检测分机摘机瞬间，叉簧开关产生的断路实 现的，在电路上是通过运放l m 3 5 8 比较采样语音信号线电位将输出接单片机r a l 实 现的。当振铃输出的时候，在语音信号线上生成的波形为方波，为了保证振铃信号的 3 7 华中科技大学硕士学位论文 音量，我们必须尽量提高该方波的幅值，这样就会造成，振铃信号处在方波的高电位 时，l m 3 5 8 比较器输出端输出语音线断路的错误信号。在程序中我们的解决办法是在 振铃方波为高电位( 即三极管t 3 导通时) 时，程序不检测r a l 状态，只在低电位时 才检测r a l 状态，从而防止误动作的发生。但是在系统调试中又发现这样做，会出 现另外一个问题，在摘机时，系统有小比例的漏检情况。根据分析我们认为是由于叉 簧开关在常开向常闭转换跳变的过程中出现的这个断路时间非常短，当此断路处在振 铃方波高电位程序不检测r a l 时，同时高电位脉冲宽度又较宽时，可能出现瞬间断 信号路漏检的情况。我们采用改变振铃信号占空比来解决，即普通音频信号发生电路 中，一般采用5 0 的占空比，而本系统振铃发生电路，采用了3 0 的占空比，这样 振铃声音( 频率) 未改变，但是振铃方波信号中高电位宽度减小，从而对语音信号线 的断路检测间隔时间减小，避免了漏检的发生。通过这样对程序进行调整，经试验完 全可以解决摘机信号漏检的问题。 4 41 2 c 总线通讯的软件实现 系统密码数据要实现用户可修改、防掉电保存，靠p i c l 6 c 5 7 内部存储器无法 完成，需采用外部专用存储器。本系统采用的是串行e 2 p r o m 存储芯片2 4 l c 0 1 b 实 现。2 4 l c 0 1 b 采用的是1 2 c 总线接口，由于p i c l 6 c 5 7 未提供片内硬件实现1 2 c 总线 通讯接口，因此系统必须设计特定的代码子程序，使微处理器实现1 2 c 总线主控毒器 功能。当单片机晶振为4 0 m 时，软件实现的速率为5 0 k h z 左右，虽然不满足1 0 0 k h z 的技术参数，由于密码存取的数据量很小，占时很短，因此基本可以不考虑其影响。 软件实现采用了两级软件子程序，低级子程序由下面四个子程序构成： c a l lb s t a r t；起始位发生子程序 c a l lb s t o p ：停止位发生子程序 华中科技大学硕士学位论文 c a l l c a l l b i t o u t ；发送一位数据位到1 2 c 总线 b i t i n ；从i 2 c 总线读取一位数据 高级子程序由下面两个子程序构成： c a l l c a l l t x ；传送寄存器t x b u f 中单字节数据到1 2 c 总线 r x ；从1 2 c 总线读取一字节数据到寄存器d a t a i 从e 2 p r o m ( 2 4 l c 0 1 b ) 读取特定地址开始所存储连续多字节数据的程序清单 如下，其中，读出的两字节数据分别保存于寄存器f f l b 、f t l c 中。 m o v l w b 1 0 1 0 0 0 0 0 ；s e ts l a v ea d d r e s sa n dw r i t em o d e m o v w f s l a v e c l r fa d d r ；s e ts t a r t i n ga d d r e s st o0 0 c a l lb s t a r t ：g e n e r a t es t a r tb i t m o v f s l a v e ，0 ；g e t s l a v e a d d r e s s m o v w ft x b u f c a l lt x ；i n t ot r a n s m i tb u f f e r a n ds e n d i t m o v f a d d r , 0；g e tw o r da d d r e s s m o v w f t x b u f c a l lt x ；i n t ot r a n s m i tb u f f e r a n d s e n d i t c a l l b s t a r t ；g e n e r a t es t a r tb i t m o v l w b 。1 0 1 0 0 0 0 1 ；g e t s l a v e a d d r e s s a n d r e a d m o d e m o v w ft x b u f ；i n t ot r a n s m i tb u f f e r c a l l t x ；a n d s e n d i t c a l l r x ：r e a dib y t ef r o md e v i c e m o v f d a t a i ，0 m o v w f1 b ；s a v ei nf i b b c f e e p r o m ，d o ；s e n dl o w a c kb i t c a l lb i t o u t ；t oc o n t i n u et r a n s m i s s i o n 3 9 华中科技大学硕士学位论文 c a l l m o v f m o v w f b s f c a l i 。 c a l l r x d a t a l o l c：s en 呵f l c e e p r o m , d o ；s e n dh 1 0 ha c kb i t b l t o u ri t o 譬旧p t r a n x m i s s l o n b s l d pa n ds e n ds t o pb i t 4 5 显示串行控制的软件实现 系统中考虑到布局的灵活性、电路的简 化，显示屏电路与主控扳电路是分离设计的， 为了节省系统资源，主控板对显示的控制，采 用主控c p u 向显示控制c p u 单向串行发送单 字节的显示控制命令字的方式实现。显示控制 c p u 采用p i c l 6 c 5 4 单片机，其性能特点非常 适合此显示应用，但是其内部不包含硬件串行 通讯接口，需软件实现串行数据接收功能。在 程序中，数据接收引脚r b 3 大约每经过b 2 ( 在 9 6 0 0 波特率的情况下为5 2 u s ) 就被轮询一次以 检测起始位，其中b 是一位的持续时间( b = 1 ，波特率) 。若检测到起始位，那么就在1 2 5 b 秒后检测第一个数据位，从那以后，每隔b 秒 ( 9 6 0 0 波特率的情况下为1 0 4 u s ) 就检测一次 其他数据位。当然程序在保证轮询问隔时间时， 图4 6 串行接收程序流程图 华中科技大学硕士学位论文 同时要保证显示屏动态显示控制。显示控制单片机串行接收程序流程如图4 6 所示。 对p i c l 6 c 5 7 主控c p u 实现串行传送而言，则非常简单，首先发送起始位，这 可通过将发送数据脚r b 5 置为1 ( 由于本系统是一封闭系统，设计者可根据需要自行 定义某些通讯协议及控制命令字，如在串行通讯中没有采用0 为起始位) 持续时间b 秒。从那以后，每隔b 秒，对引脚r b 5 根据传送数据位需要进行置l 清零一次，即 可。 4 6 编程中应注意的问题及解决 1 程序中子程序的起始地址必须放在每页程序存储器开始的2 5 6 个存储单元中， 否则在c a l l 指令调用中会出错。因为p i c l 6 c 5 x 系列单片机执行“c a l l ”指令时， 直接装载程序计数器的的8 位，同时把第9 位清零。对于p i c l 6 c 5 7 ，p c 的高2 位 ( p c ) 由页面选择位p a l 、p a o 决定。即其不能正确调用超过8 位( 2 5 6 储存 期单元) 的指令地址。 2 在程序编写中经常遇到对时间要求很高的时间间隔轮询应用，如串行数据的发 送和接收。但由于不含片内定时器，这在p i c l 6 c s x 系列单片机中非常难准确实现， 我们在程序中采用如下方法解决：利用r t c c 计数器，可以实现一个经过时间计数器， 在v o 轮询开始时，将r t c c 寄存器清零，然后它就开始计数指令周期，执行完主程 序后，就将r t c c 寄存器从所需的轮询时间中减去，这样可以判断在下一个轮询之前， 需要执行多少指令，然后产生转移表以便在下一个轮询之前执行这些指令。下面是一 个实例，该实例假定需要增加o 1 5 个指令周期，对于每个特定的应用，需要计算实 际的周期数。 m o v l w x ；x = 所需的轮询周期- - 1 5 s u b w f r t c c ，w：判断等待时间 a d d w f 2 ，1 ；将等待时间加到程序计数器上 华中科技大学硕士学位论文 n o p；1 5 个增加的指令周期 ：；一共1 5 个n o p g o t o s t a r t ：开始下一次轮询 例如，若所需的轮询时间为5 0 个周期，而我们刚刚执行的程序总共用去了4 0 个指令周期，那么： r t c c ( 4 0 ) - x ( 5 0 1 5 ( 3 5 ) ) = 5 将被加到程序计数器上，然后程序跳到第六个n o p 上，该n o p 加上后面要执 行的九条n o p 指令，就得到了总共1 0 个附近的指令周期。 通过此方法可实现p i c 程序的精确轮询应用。 3 编程中查表程序的实现。由于p i c 单片机指令系统没有向蒙m c s 5 1 系列单片 机那样提供m o v ca ， a + p c 等程序存储器查表指令，而查表程序在数据处理中 是最便捷有效的一种方式，如在显示板显示控制程序中显示码的转化就必须使用该方 式。在系统中，我们采用如下程序段来实现查表功能： m o v fa d r e s $ ，w；寄存器a d r e s s 中保存查表的相对地址 a d d 下o r e wa；a 为相对地址0 中保存数值 r e l l wb ：b 为相对地址1 中保存数值 r e t l wy ：y 为相对地址n 中保存数值 程序中通过a d d w f0 实现程序指针的跳转，r e t l wx 则将相应地址上的数值 x ，返回w 寄存器中。通过c a l l 上面子程序，即可将寄存器a d r e s s 中的数值查表 返回相应地址表中数据。 华中科技大学硕士学位论文 4 7 本章小结 本章首