基于AVR的来电显示记录装置

摘要来电显示是目前程控电话标准中一项非常有用的功能，目前生产的电话机通常都具有来电显示功能，迄今国际电联（ITU2T）尚无相应的业务标准，仅有信号传送标准。目前国际上主叫信息传送的方式有两大类DTMF（双音多频）方式和FSK（频移键控）方式。本文对基于AVR单片机和FSK通信协议的来电显示记录器进行研究，用于给老式电话机提供来电显示功能。主要研究内容包括来电显示的协议、AVR单片机、LCD显示和键盘程序的原理，并根据对FSK协议的分析和AVR单片机的特性进行设计，选择相应的解码芯片，提出可行的技术方案，并进行实验研究。文中对AVR单片机AT90S8515进行了介绍，给出了来电显示记录装置的具体设计方案，进行了原理分析和实验，并对实验结果进行了分析。关键字AVR单片机来电显示FSKDTMFABSTRACTCIDISONEOFUSEFULFUNCTIONSINRECENTPROGRAMCONTROLLEDTELEPHONESTANDARDRECENTLYPRODUCEDPHONEHASTHECIDFUNCTIONFROMNOWONTHEITU2TDOESNTHAVERECORDINGOPERATIONSTANDARD，BUTONLYSIGNALTRANSMISSIONSTANDARDTHECIDMETHODININTERNATIONALMAINLYAREDTMFANDFSKWAYTHISPAPERRESEARCHESONTHECIDMACHINEWHICHBASEDONAVRSCMANDFSKCOMMUNICATIONAGREEMENT,THECIDMACHINEISUSEDFORAFFORDINGCIDFUNCTIONFOROLDERPHONETHEMAINCONTENTINCLUDESCIDAGREEMENTAVRMCUANDDESIGNTHEORYOFLCDDISPLAYKEYBOARDPROGRAMDESIGNBASEDONAVRMCUCHARACTERISTICANDTHERESEARCHOFFSKAGREEMENTCHOSECORRESPONDDECODINGCHIPPUTFORWARDFEASIBLETECHNOLOGYBLUEPRINTANDRESEARCHEXPERIMENTTHETEXTINTRODUCESAT90S8515OFAVRMCUSERIES,PUTFORWARDEMBODYDESIGNBLUEPRINTOFCIDRECORDINGMACHINECARRYTHROUGHPRINCIPLEANALYZINGANDEXPERIMENTANALYSISHEOUTPUTOFEXPERIMENTKEYWORDAVRSINGLECHIP,CID,FSK,DTMF目录第一章绪论1第二章来电显示协议简介321功能和业务基本要求322主叫识别信息数据传送协议623主叫识别信息数据的格式924FSK数据要求13第三章AVR单片机简介1531AT90系列单片简介1532管脚定义1633中央处理器CPU1834单片机的存储器组织20第四章来电显示装置方案设计2341系统总体方案设计2342器件选择2643软件说明和流程图2644原理图30结论32致谢33参考文献34第一章绪论随着电子技术和通信技术的发展，电话的很多功能都进入了我们的生活，其中来电显示功能就是一项得到广泛普及的服务。来电显示业务它的专业名称为主叫识别信息传送及显示业务（CALLINGIDENTITYDELIVERY），简称CID，是向普通用户提供的一种新业务，可在被叫用户终端设备（话机或显示器）上显示主叫电话号码、呼叫日期和时间等信息，并进行存储以供查阅。现已在一些发达国家和地区广泛推行，在我国也成了一种必备的服务。据不完全统计，全世界现有2800万用户使用该业务。其功能可以提供很多优越性，如（1）来话筛选；（2）接听电话时有更好的准备；（3）及时掌握客户信息；（4）移动电话用户能节省开支；（5）记录未能接听的来话；（6）报警、救助中心及时有效寻找出事地点等为用户带来极大的方便。对于来电显示业务，迄今国际电联（ITU2T）尚无相应的业务标准，仅有信号传送标准。目前国际上主叫信息传送的方式有两大类DTMF（双音多频）方式和FSK（频移键控）方式。据统计，目前大约95的用户采用的是FSK标准。上海市电话局采用FSK方式，这是因为FSK除了可以传送并显示主叫号码外，还可传送并显示呼叫日期、时间等多种信息，而且采用FSK方式还可发展更先进的业务。实现来电显示的基本原理是在发端交换机将主叫信息通过局间信令传送给终端交换机，终端交换机将主叫信息送给用户终端设备6。这种功能为通信的市场开发带来了很大前景，上海本地网经过前几年在数量上飞速发展后，目前已逐步过渡到质的发展阶段。这包括NO7信令的建成，交换机版本的更新等，客观上为挖掘现有网络的潜力，尽可能为商业用户、住宅用户提供强有力，能产生新效益的各种新业务。来电显示业务就是一种将在全网铺开的新业务。目前，来电显示业务尚处于市场的推广期，作为一种实用性强，没有繁琐的操作而且费用较低的增值业务，正被越来越多的客户所认识和重视。本设计中的单片机采用AT90系列单片机的AT90S8515，这种AVR单片机是ATMEL公司在1997年推出的全新配置精简指令集（RISC）单片机系列。片内程序存储器采用了FLASH存储器，可以反复编程修改上千次，便于新品开发和程序的保密，避免了非法的窃取。由于它采用了HARVARD结构，程序存储器和数据存储器是分开的，可以直接访问全部的程序存储器和数据存储寄存器。文件被双向映射并能被访问，所以速度快，大多数指令仅用一个晶振周期，是一个真正意义上的具有接近1MIPS/MHZ的高速处理能力单片机1。对于单片机来说，用高级语言编程是一种标准编程方法。AVR单片机的开发目的就是在于采用C语言编程，它是一门结构化的语言，其特点是效率高和与系统十分接近，功能强大，使程序员可以实现采用少量的结构解决复杂的问题，从而能高效地开发出目标产品。AVR单片机采用低功耗、非挥发的CMOS工艺。通用SPI口和一般的编程器可以对AVR单片机的FLASH存储器进行编程。FSK协议的来电信号是在第一次振铃和第二次振铃之间，根据信息的不同被分为单数据格式和复合数据格式。前者的结构简单但容纳的内容少，后者与之相反。它们的数据格式都是由信息头和信息体组成，信息头由信息类型和信息长度组成。消息的类型用来识别信息的特征，而信息的长度又来识别信息的大小，而信息体本身包括交换机传给客户端的信息。本文对认真分析了来电显示的单数据格式，对其解码，最终进行显示6。第二章来电显示协议简介来电显示业务，它的专业名称为主叫识别信息传送及显示业务（CALLINGIDENTITYDELIVERY），简称CID，是向普通用户提供的一种电信新业务，可在被叫用户终端设备（话机或显示器）上显示主叫电话号码、呼叫日期和时间等信息，并进行存储以供查阅，在信息传递上其信息传递主要是依据FSK协议进行传送。21功能和业务基本要求主叫识别信息传送及显示CID业务是向被叫电话用户提供的一种新的服务项目，是指在被叫用户终端设备上显示主叫号码、主叫用户姓名、呼叫日期时间等主叫识别信息，并进行存储，以供用户查阅的一种服务项目。实现CID的基本方法是发端交换机将主叫号码等通过局间信令系统（例如NO7信令系统）传送给终端交换机，终端交换机将主叫识别信息以移频键控（FSK）的方式，送给被叫用户终端设备。如图21、图22所示，终端交换机将主叫识别信息送给被叫用户终端设备。上述两种状态下其中一种是用户终端挂机状态，另一种是用户终端通话状态挂机状态下的传送方法，是终端交换机将主叫识别信息在第一次振铃和第二次振铃间隔期间送给被叫用户终端设备。6FSK图21CID的传送示意图图22挂机状态下的传送示意图通话状态下的传送方法是指，具有CID功能的用户乙已经与用户甲处在通话状态下，又有第三方面用户丙呼叫用户乙时，在用户乙终端设备上显示用户丙的识别信息，在此状态下的CID业务必须以呼叫等待CALLWAITING业务为前提。如图23所示图23通话状态下的传送示意图用户作为被叫在接受来话时可以申请提供CID业务也可以不要求提供此项业务。用户作为主叫在发出呼叫时是否允许向被叫终端设备显示主叫号码可作如下选择申请向被叫用户终端设备显示主叫号码允许单次呼叫不显示这类用户称为A类。这类用户的一切正常拨号，即呼叫时仅拨被叫号码，本地呼叫拨本地局号和用户号码8位PQRSABCD，7位为PQRABCD，国内长途呼叫0X1X2PQRSABCD的呼叫均为允许显示的呼叫，均应向被叫用户显示叫识别信息。这类用户也可以要求对某次呼叫不向被叫用户显示其主叫号码，这时需要在该次呼叫拨号时，拨被叫号码之前加拨一标志号码62，即拨62被叫号码发端交换机收到62后，送出限制标志终端交换机不将该次呼叫的主叫号码送到被叫终端设备B。申请不向被叫用户终端设备显示主叫号码允许单次呼叫显示这类用户称为B类。B用户这类用户的一切正常拨号即呼叫时仅拨被叫号码本地呼叫拨PQRSABCD，国内长途呼叫拨0X1X2PQRSABCD的呼叫均为不允许显示的呼叫。其主叫号码不送到被叫用户终端设备这类用户也可以要求对某次呼叫允许向被叫用户显示主叫号码，这时需要在该次呼叫拨被叫号码之前加拨一标志号码68，即68被叫号码发端交换机收到68后判定为该次呼叫为允许送出允许标志终端交换机，将该次呼叫的主叫号码送到被叫终端设备C。申请不向被叫用户终端设备显示主叫号码，这类用户称为C类用户。这类用户的一切呼叫均为不允许显示的呼叫，其主叫号码不送到被叫用户终端设备62和68等可以用电话终端上的相应功能键代替6。呼叫需要显示主叫号码的特服，上述各类主叫用户的所有呼叫都应向被叫终端设备发送主叫号码等识别信息。显示内容和方式与被叫用户终端设备上显示主叫识别信息的内容相符，其中至少应包括主叫号码显示。格式由PQRSABCD组成，长途电话号码包括字冠0、长途区号、本地号码、日期、月、日、时间等。随着此项服务的开展，显示内容可以逐步增加，如增加主叫用户姓名等新业务信息，其中主叫号码由发端交换机经由终端交换机送到被叫用户终端设备，时间和日期信息由终端交换机送到被叫用户终端设备。CID业务与其它新业务间的相互关系包括以下四个方面（1）呼叫等待CW在传送第一声呼叫等待音后传送主叫识别信息。（2）呼叫无条件前转CFU以用户A呼叫用户B转移至用户C为例，叙述用户B和用户C是CID用户下同用户A的主叫识别信息沿着本次呼叫作前向转移不送给被转移用户B，在用户C终端设备上显示用户A的识别信息。（3）呼叫无应答前转CFNR用户A的主叫识别信息首先在用户B终端设备上显示并且沿着本次呼叫作前向转移在用户C终端设备上显示用户A的识别信息。（4）呼叫遇忙前转FCB用户A的主叫识别信息沿着本次呼叫作向前转移不送给用户B，在用户C终端设备上显示用户A的识别信息。用户作为主叫时是否允许显示主叫号码以及作为被叫时是否需要提供CID业务应能按用户需求随时改变。22主叫识别信息数据传送协议本章主要描述交换机和电话终端之间模拟用户线上主叫识别信息数据的传送协议，主要内容包括主叫识别信息数据的传送时序、数据的格式和物理层数据传送电参数。（1）挂机状态下的数据传送在一次呼叫中若被叫用户申请了CID业务则终端交换机向该被叫用户传送主叫识别信息数据传送时序如图24所示。FACDB图24主叫识别信息数据传送的时序符号时间值A铃流B0515S第一次振铃结束与数据传送开始之间的时间间隔C29S传送数据的时间包括信道占用信号CHANNELSEIZURESIGNAL和标志信号MARKSIGNALD200MS数据传送结束与第二次振铃开始之间的时间隔F1S铃流BCD应36S各时段可根据具体情况定在数据传送前或过程中，如果用户摘机，则传送停止且呼叫处理正常进行6。（2）通话状态下的数据传送在通话状态下的数据传送有以下五种情况（1）在通话状态下传送数据，交换机首先屏蔽与对端的话音通路并向被叫用户传送提示序列，提示序列由用户提示音SAS和电话终端提示信号CAS组成用户提示音。SAS的目的是提示用户有新等待的呼叫可采用呼叫等待音电话终端提示信号，CAS是用来提示电话终端准备接收数据。（2）电话终端收到CAS信号后，就将送受话器静音以防止近端干扰将数据接收器连接到用户线上并用应答ACK信号响应以通知交换机已准备好。（3）交换机收到ACK信号后，数据传送开始。交换机将消息发送给电话终端并在数据传送一结束，就马上恢复与对端的话音通路同时恢复话机的话音通路。通话状态下的数据传送的信号顺序见图25。图26的AB给出了在通话状态下成功和不成功呼叫的时序。（4）在通话状态下传送提示序列和数据期间交换机应以至少50DB的损耗阻塞与对话端的话音传送防止这些信号到达远端。（5）乙用户所在的交换机若查出乙用户的一个瞬断FLASH信号或用户挂机则停止数据传送并按正常接续处理。（6）若交换机查出用户丙或用户甲挂机则继续数据传送若用户乙在15S内未对新插入的呼叫进行响应，交换机将释放新的呼叫。SACASACK图25在通话状态下数据传送方向WSAS（X）XCAS（Y）T1QFSK数据传送S线路分离远端屏蔽最长时间为12S（不包括Z和X）（A）成功呼叫WSAS（X）X1CAS（Y）T1S线路分离远端屏蔽（B）不成功呼叫图26通话状态下的数据传送时序注S段时间后话音通路重新建立图26。符号时间值W060MS交换机在发送提示序列前屏蔽远端的时间X400MS用户提示音SAS的持续时间X1050MS不同提示信号产生的间隔Y8085MS电话终端提示信号CAS的持续时间T11605MSACK超时时间交换机等待ACK信号若在165MS后未查出ACK信号交换机超时，若在T1计时停止Q计时开始Q50100MS收到ACK信号与FSK数据传送开始之间的时间音隔S0120MS交换机在数据传送结束之后转回话音传送的时间23主叫识别信息数据的格式主叫识别数据格式有两种，单数据消息格式SDMF和复合数据消息格式MDMF。前者的结构简单，可容纳的信息内容较少，如主叫号码日期和时间后者的结构比较复杂，可容纳的信息长度较长，除单数据格式内容以外，还可传主叫用户的姓名等10。单数据消息格式见图28。由消息头和消息体组成消息头由消息类型和消息长度组成它们均为8比特字。消息类型的值用来识别消息的特征，消息长度指明后面，所跟的消息字的消息体包括交换机传给终端用户的信息。消息体可容纳1255个8比特字的消息字每个字用8比特带校验位的七位编码字符集参见GB198889表示10。（1）复合数据消息格式与单数据格式一样，复合数据消息格式由消息头和消息体组成，不同的是复合数据的消息体由一个或多个小的消息组成，称为参数消息。组成参数消息同样具有参数头和参数体参数头，包括参数类型和参数长度。它们均为比特字参数类型值，用来识别后续参数字参数长度指明参数体中参数字的数目。复合数据信息格式允许不同芯片产生的不同消息在同一个帧中传送。（2）消息帧格式一个完整的消息帧，由信道占用信号、标志信号、数据信息和校验字组成信道。占用信号和标志信号的目的是提示电话终端准备接收数据，校验字是用作差错检查。图27为单数据和复合数据消息帧格式在挂机状态下。信道占用信号由一组300个连续的0和1交替的位组成，其第一个比特为0最后一个比特为1。在通话状态下信道占用信号不发送。（1）标志信号由180个在挂机状态下或80个在通话状态下标志位逻辑1组成；（2）标志位由010个逻辑1组成；消息消息头消息体消息类型消息长度消息字更多的消息字传送方向图27差错检查图消息消息头消息体参数消息消息类型消息长度参数类型参数长度参数字更多参数字更多参数消息更多的消息位07815162324313239参数头参数体传送方向图28单数据传送格式（3）每个数据字之前先传一位0作为起始位在最后加一位1作为结束位。数据字的最低位先发送这样实际每个字占10个比特即1PXXXXXXX0P为。奇偶校验位数据传送时信道占用信号首先发送后接标志信号数据信号必须连续传送或需要标志位应加在如下字之间A）消息类型字与消息长度字之间B）消息长度字与第一个参数字或消息字之间C）参数类型字与相应的参数长度字之间D）参数长度字与第一个参数字之间E）最后一个参数字N与下一个参数类型字N1之间F）最后一个参数字或消息字与校验字之间其数据传送格式如表21表21数据传送格式单数据消息帧格式复合数据消息帧格式信道占用信号信道占用信号标志信号标志信号消息类型消息类型标志位（010）标志位（010）信息长度信息长度标志位（010）标志位（010）消息字参数长度更多消息字标志位（010）标志位（010）参数字校验字更多参数字标志位（010）更多消息信道占用信号仅用于挂机状态下的数据传送校验字（3）数据定义（1）消息类型字消息类型字的值（16进制数表示）从00FF可定义256种不同特征的消息，见表22表22消息类型字值含义消息类型00000100主教号码传送单数据格式10000000其他呼叫建立备用复合数据格式备用（2）消息长度字消息长度字为消息体中消息字的数目用16进制表示值为00FF（3）参数类型字参数类型字的值16进制数表示从00FF可定义256种不同特征的参数。（4）参数长度字参数长度字为参数体中参数字的数目用16进制数表示值为00FF（5）消息字和参数字单数据消息格式消息字有以下各项A）日期时间月日时分共8个字节B）主叫号码如果允许显示C）如果不允许显示主叫号码将传送字符PD）当终端交换机无法得到主叫号码时将传送字符O单数据消息格式消息按消息类型如04H消息长度消息字月日时分主叫号码或O或P顺序排列组成复合数据消息格式参数字有以下各项A日期时间月日时分共8个字符B）主叫号码C）无主叫号码用字符P或O表示D）主叫姓名复合数据消息格式消息体一般按消息类型、消息长度、参数消息日期、时间的顺序排列。见表23表23数据编码值含义00000001呼叫时间00000010主叫号码00000100无主叫号码00000100主叫号码00001000无主叫号码其他备用参数消息主叫姓名或O或P的顺序排列组成所有的消息字和参数字，它们都有奇偶校验位即比特位7采用奇校验的方式。（4）差错检查发送器按一定的算法计算出消息的校验字，并附加到消息后面接收器在收到消息帧后，重新计算出校验字并与收到的校验字相比较，若两值相同，则消息正确收，算法是将取消。单信息数据，即单数据格式的消息类型字消息长度字和消息数据字复合数据格式的消息类型字，所有的参数长度字和所有的参数数据字按256的模式和取补，来得到校验字交换机端的物理层数据传送电参数。24FSK数据要求调制方式相位连续二进制移频键控BFSK逻辑11200HZ1逻辑02200HZ1载波电平标准600测试终端的环路入口电平为13515DBM载波纯度信号2004000HZ的总失真功率电平至少低于信功率电平30DB传输速率1200BIT/S1数据传送（1）用户提示音（SAS）信号音频率450HZ时间结构04S10信号电平203DBM（2）电话终端提示信号（CAS）双音多频信号为低频音2130HZ05高频音2750HZ05单音电平151DBM持续时间8085MS纯度信号（200400HZ）的总失真功率电平应至少低于每一个单音功率电平30DB（3）ACK信号的接收能力频率在通话状态下双音多频D941HZ/1633HZ允许频率偏差18持续时间4080MS信号电平423DBM失真无用频率总功率电平至少比低频信号电平低14DB。第三章AVR单片机简介31AT90系列单片简介AT90系列单片机是增强型RISC结构、内载FLASH的单片机，通常简称为AVR单片机。AVR单片机在8位微处理器市场上具有最高的1MIPS/MHZ能力。它的开发目的在于能采用C语言编程，从而能高效地开发出目标产品。为了对目标代码大小、性能及功耗的优化，AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。快速存取RISC寄存器文件由32个通用工作寄存器组成。在AVR单片机中，用这些通用寄存器代替累加器，从而避免了传统的累加器和存储器之间的数据传送造成的瓶颈现象。在AVR单片机中，在前一条指令执行的时候就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令。由于它使用一个时钟周期执行一条指令，因此在8位单片机中它是第一种真正的RISC单片机。AVR单片机采用HARVARD结构使它的程序存储器和数据存储器分开，可直接访问8M字节程序存储器和8M字节数据存储器，寄存器文件被双向映射，并能访问像片内允许快速上下转换的那部分SRAM存储器。AVR单片机采用低功耗、非挥发的CMOS工艺制造。通过SPI口和一般的编程器，可以对AVR单片机的FLASH存储器进行编程2。AT90系列单片机特点如下1AVRRISC结构2AVR高性能低功耗RISC结构118条指令大多数为单指令周期32个8位通用工作寄存器工作在8MHZ时具有8MIPS的性能3数据和非易失性程序内存4K/8K字节的在线可编程FLASH擦除次数（1000次）256/512字节SRAM256/512字节在线可编程EEPROM（寿命100000次）程序加密位4外围PERIPHERAL特点一个可预分频PRESCALE的8位定时器/计数器一个可预分频具有比较捕捉和8910位PWM功能的16位定时器/计数器片内模拟比较器可编程的看门狗定时器由片内振荡器生成用于下载程序的SPI口全双工UART5特别的MCU特点低功耗空闲和掉电模式内外部中断源6规范SPECIFICATION低功耗高速CMOS工艺全静态工作32管脚定义VCCVCC为供电引脚，连接到正电源GNDGND为接地引脚，连接到电源地（1）A口PA7PA0A口是一个8位双向I/O口，每一个管脚都有内部上拉电阻A口的输出缓冲器能够吸收20MA的电流可直接驱动LED。当作为输入时，如果外部被拉低，由于上拉电阻的存在，管脚将输出电流。在复位过程中，A口为三态，即使此时时钟还未起振，在访问外部SRAM时，A口作为地址/数据复用口。（2）B口PB7PB0B口是一个8位双向I/O口，每一个管脚都有内部上拉电阻。B口的输出缓冲器能够吸收20MA的电流，可直接驱动LED。当作为输入时，如果外部被拉低，由于上拉电阻的存在管脚将输出电流。在复位过程中，B口为三态，即使此时时钟还未起。AT90S8515的脚见图31PD3INT113PD414PD515PD6WR16PD7RD17XTAL218PD0RXD10RESET9PD2INT012PD1TXD11PBOTO1PB2T12PB3AIN03PB3AIN14PB4SS5PB5MOS16PB6MISO7PB7SCK8VCC40PA0AD039PA1AD138PA2AD237PA3AD336PA4AD435PA5AD534PA6AD633PA7AD732ICP31ALE30OC1B29PC7AD1528PC6AD1427PC0AD821PC2AD1023PC4AD1225PC5AD1326XTAL119GND20PC3AD1124PC1AD922U8031图31AT90S8515管脚图（3）C口PC7PC0C口是一个8位双向I/O口，每一个管脚都有内部上拉电阻。当作为输入时，如果外部被拉低，由于上拉电阻的存在管脚将输出电流在复位过程中，C口为三态，即使此时时钟还未起振。C口还可以用作外部SRAM的地址。（4）D口PD7PD0D口是一个带有内部上拉电阻的7位双向I/O口，输出缓冲器能够吸收20MA的电流。当作为输入时，如果外部被拉低，由于上拉电阻的存在，管脚将输出电流。在复位过程中，D口为三态即使此时时钟还未起振。RESET复位输入超过50NS的低电平将引起系统复位。低于50NS的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1振荡器放大器的输入端。XTAL2振荡器放大器的输出端。ICPT/C1输入捕捉的输入。OCIBT/C1输出比较B。ALE访问外部SRAM时的地址锁存信号。（5）晶体振荡器XTAL1和XTAL2分别是片内振荡器的输入输出端。可使用晶体振荡器或是陶瓷振荡器。当使用外部时钟时，XTAL2应悬空。见图32XTAL2XTAL1GNDNC图32振荡器连接与外部时钟驱动配置33中央处理器CPUAVR采用了HARVARD结构程序和数据总线分离程序，内存通过两段式的管道PIPELINE进行访问。当CPU在执行一条指令的同时，就去取下一条指令这种预取指的概念使得指令可以在一个时钟完成。（1）通用寄存当执行中断和子程序调用时，返回地址存储于堆栈中。堆栈分布于通用数据SRAM之中。堆栈大小只受SRAM数量的限制，用户应该在复位例程里就初始化SP（SP为可读写的16位堆栈指针）。表33通用工作寄存器文件R0，R1R13R14R15R16R17R2R26R27R28R29R30R310001020DOE0F1O111A1B1C1D1E1F所有的寄存器操作指令都能以单指令的形式直接访问所有的寄存器，例外情况为5条涉及常数操作的指令SBCI（带进位减立即数），SUBI（减立即数），CPI（与立即数比较），ANDI（与立即数）和ORI（或立即数）这些指令只能访问通用寄存器文件的后半部分R16到R31。每个寄存器都有一个数据内存地址，将他们直接映射到用户数据空间的头32个地址。虽然寄存器文件的实现与SRAM不同这种内存组织方式在访问寄存器方面具有极大的灵活性。（2）XYZ寄存器寄存器R26R31除了用作通用寄存器外还可以作为数据间接寻址用的地址指针X，Y，Z寄存器的结构如图34所示150X寄存器7070R27（1B）R26（1A）150Y寄存器7070R29（ID）R28（SIC）150Z寄存器7070R31（1F）R30（1E）图34X，Y，Z寄存器的结构ALUAVRALU与32个通用工作寄存器直接相连ALU操作分为3类算术，逻辑，和位操作34单片机的存储器组织（1）SRAM表31说明了AT90S8515的数据组织形式表31AT90S8515的数据组织形式寄存器文件数据地址空间352/608个数据地址用于寻址寄存器文件，I/O和SRAM，起始的96个地址为寄存器文件I/O，其后的256/512个地址用于寻址SRAM。外部SRAM也可以放置于相同的SRAM，空间直到64K1。R10001R20002R29001DR30001ER31001FI/O寄存器数据地址空间0000200100210200223D005D3E005E3F005F片内SRAM00600061015E/025E015F/025F当访问SRAM的地址超出内部SRAM的地址时，MCU将对外部SRAM寻址，指令相同。访问内部SRAM时，RD和WR保持无效。若要访问外部SRAM，必须置位MCUCR的SRE位。访问外部SRAM比访问内部的要多一个时钟周期。这意味着指令LD（间接取数）ST（间接存数）LDS（从数据区取数）STS（存数于数据区）PUSH（入栈）和POP（出栈）指令将多一个时钟周期如果外部SRAM接口使用了等待状态则又多两个时钟周期。数据寻址模式分为5种直接、带偏移量的间接、间接、预减的间接、后加的间接。寄存器R26到R31为间接寻址的指针寄存器。直接寻址范围可达整个数据空间。带偏移量的间接寻址模式，寻址到YZ指针给定地址附近的63个地址带预减和后加的间接寻址模式要用到XYZ指针。32个通用寄存器，64个I/O寄存器，256/512字节的SRAM和最大可达64K的外部SRAM可以被所有的寻址模式访问。（2）EEPROMAT90S8515包含256/512字节的EEPROM，它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写EEPROM的寿命至少为100000次。擦除EEPROM的访问由地址寄存器数据寄存器和控制寄存器决定。（3）复位和中断处理AT90S8515有12个中断源，每个中断源在程序空间都有一个独立的中断向量。所有的中断事件都有自己的使能位，当使能位置位且I也置位的情况下中断可以发生。RESET具有最高的优先级12。第四章来电显示装置方案设计41系统总体方案设计411方案选择方法一本设计我采用AVR单片机控制MC145447芯片，并用AVR本身的空间来存储接收到的通信公司的来电显示号码。单片机采用中断方式，通知单片机进行信息的处理并存储，通过并行通信给LCD进行显示。MC145447是硅控HCMOS的集成电路。是基于BELL202V23协议的FSK异步数据接收器。它最先的生产是为了应用于来电显示的号码接受显示。芯片提供来电信号检测，给MUC提供中断信号的功能。在掉电模式下其最小电流小于1UA。使用这个芯片通过串口进行数据提取，可以简化编程，减少循环。由于它采用中断方式单片机可以进入休眠状态，减少功耗，提高装置的使用时间。方法二采用电话主叫显示器由控制模块（68HC05单片机）。系统由存储器、液晶驱动器、FSK接收器、DTMF接收器、拨号电路、报警电路和键盘液晶显示屏等部分组成。其中前4部分功能由MOTOROLA单片机MC68HC05CL16完成。采用这种方案，具有回拨功能，重要信息提示功能，厌恶信息过滤功能，针对FSK和DTMF功能不同要求，也可实现专用产品的分解生产，进一步降低产品成本。同时采用MOTOROLA单片机技术的内嵌软件解码，性能可靠，故障率低。本设计中控制单片机选用了MOTOROLA的MC68HC05CL16单片机，它内嵌有FSK接收器，并且解码过程由软件完成。此单片机内嵌软件解码的主要特点在于不需要了解硬件结构，只要对相应的寄存器进行读写，就可以完成FSK解码的整个过程，使在接收器与单片机之间的接口问题的出错率降到最低，但外围电路十分复杂，不适合实验室试验。而且成本很高，不利于普及。方法三采用CSC9270DGP芯片解码，CSC9270DGP芯片是一个完整的双音多频的解码芯片，具有频带分离滤波器和数字解码功能。频带分离滤波器采用开关电容技术用于将拨号音频信号分离成高频组信号和低频组信号。解码器用于从来电信号中分离出FSK的有用信号。但芯片有三分之二的部分是模拟电路，抗干扰能力很差，检测过程也很复杂。由于上述原因我选择第1种方法。412系统结构及其工作原理TELATLBMC14547AT90S851图42系统结构图本设计主要包括两部分，一是由MC145447芯片及模拟接口构成的解码部分，另一部分是有单片机的控制和显示部分。解码部分是主要由MC145447芯片构成，此芯片满足BELL202CCITTV321200波特率传送数据传送标准，其内部含有铃流检测电路，铃流检测输出信号（低电平脉冲）接到MUC引脚上的RST上。MC145447把低电平逻辑02200HZ和逻辑11200HZ传送数率为1200PBS的FSK信号调节成异步二进制数据，通过串行口输入到MCU中，AT90S8515经过处理把信息存到内部的RAM中。液晶显示模块把主叫的号码、时间、日期等信息显示出来。在键盘接口设有三个键，UPDELDOWN，分别用于查阅，上下翻动和内容的删除MCU工作在掉电节能，闲置，正常三种状态。平时MCU工作在掉电节能状态，功耗很低。第一个震铃来时MC145447的铃流检测电路对MCU输出一个低电平的复位脉冲。这个复位脉冲是MUC从掉电状态进入正常工作状态。第一次铃流和第二次铃流之间MC145447解调出二进制数送入MCU的串行接收器。MUC存储来电信息并在LCD上显示，发出来电报警。然后MCU进入闲置状态。MCU闲置一分后若无按键就进入掉电状态。此时LCD上将显示来电的（即没有查阅的来电）总个数。报警装置可以采用普通的风鸣器，在来电话时可以发出简单的音乐，提醒用户有电话到来，在存储器存储已满时启动另一个音乐，提醒用户对没有使用价值的电话进行删减，如果用户没有在15分内进行操作，单片机就进入自动删减程序，根据先进先出的原则对最先进入存储器的号码进行删减。由于AT90S8515芯片的带载能力很强，风鸣片可以不加外围驱动电路，采用直接连法相接。减少电路的连接困难、故障的概率和设计的成本。413功能模块说明芯片简介MC145447是硅控HCMOS的集成电路。是基于BELL202V23协议的FSK异步数据接收器。它最先的生产是为了应用于来电显示的号码接受显示。芯片提供来电信号检测，给MUC提供中断信号的功能。在掉电模式下其最小电流小于1UA。在单独供电模式下它的工作电压在3V6V之间。管脚的时钟频率可以是368MHZ、358MHZ或455MHZ。由图我们可以看到MC145447芯片是由铃音检测电路、内部电源供给电路、有效数据检测电路，时钟电路等部分组成。在第一次铃流来时芯片的铃流检测电路检测到信号并提醒有效数据检测电路准备对有用信号进行检测处理，同时提醒单片机脱离休眠状态并初始话串口程序，准本对数据进行存储，显示。当单片机接到来自解码芯片的数据准备完成信号后，才开始提取信号。其内部结如图43。图43MC145447内部结构图42器件选择421FSK解码芯片的选择在现在的解码芯片的市场上，有很多关于来电显示的解码芯片，本设计中我选择MOTOROLA的解码芯片MC145447，之所以选择它是因为它的通用性很好，性能稳定，在很多地方得到十分广泛的应用，而且外围电路十分简单，功耗小，能和控制芯片完美的兼容。在长春也十分容易的买到。422单片机的选择在单片机的选用上我选择AT90S8515AVR单片机。它具有精简指令系统，并采用了哈佛总线结构，速度快，带载能力强，通用性好，具有C语言编辑环境，易于编程设计，也容易购得。423液晶的选择选用大连东显公司的点阵式57液晶显示器之所以选择点阵式液晶是因为它的价格比较便宜，但在其功能也足以满足本设计的要求，在程序的编写上很简单，使其通用性增强。43软件说明和流程图主叫号码的来电显示的程序用C语进行编写，配合硬件进行信息的接受，查阅，删除等功能。C程序是由的主程序是由串口中断处理，定时中断处理，报警，和显示部分组成。上电时，MCU进入主程序中对串口寄存器接受波特率的设置，液晶显示模块LCD参数的设定，并显示以存储的号码总个数的显示。以125MS设置定时器常数。对有关常数进行初始化，然后进入掉电模式。LCDYN图44主程序流程图（1）串行中断流程图串行中断到来时，MCU将到来的串行数据暂时存到RAM中POEROPIVATEOUTFAREYYY图45串行中断流程图若收到信息有误码，在LCD上显示ERROR，若交换机发出的信息是时间日期P则在LCD上显示PRAIVTE这表示主叫用户不向用户显示其主叫号码。若交换机发出的信号信息是时间日期0LCD显示为OUTOFAREA表示这次的呼叫超出了LCD显示的服务范围。若收到主叫信息为正常，则按其来电的顺序存到EEPROM中，当主叫信息有重复时则覆盖此前的号码。但存储的空间满了时则按其先进先出的顺序删除最先的电话主叫信息。（2）定时中断原理和流程图定时器处理功能实现的是电显键盘的控