基于dtmf芯片的远程控制器的设计[硬件部分]【基于protel】

基于DTMF芯片的远程控制器的设计第1页共11页1程控交换原理课程设计程控交换原理课程设计程控交换原理课程设计程控交换原理课程设计课程名称课程名称课程名称课程名称程控数字交换与交换网程控数字交换与交换网程控数字交换与交换网程控数字交换与交换网设计题目设计题目设计题目设计题目基于基于基于基于DTMFDTMF芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计硬件部分硬件部分硬件部分硬件部分姓姓姓姓名名名名专业年级专业年级专业年级专业年级通信工程通信工程通信工程通信工程学学学学号号号号指导教师指导教师指导教师指导教师成成成成绩绩绩绩2010年年年年77月月月月22日日日日基于DTMF芯片的远程控制器的设计第2页共11页2一、课程设计的目的与任务程控交换原理课程设计是在程控交换原理的基础上进行的综合性设计训练。要求学生综合应用所学的知识、文献资料，以实际工程应用为目的作一些设计或研究，培养学生将来进行程控交换系统开发、维护奠定基础。二、课程设计的基本要求本课程要求学生了解目前小型程控交换系统的组成及实现方案，掌握小型程控交换系统的单元电路的设计方法，选择适当的设计课题及方案，根据要求，结合所学知识，通过查阅资料，调查研究等，独立完成课程的方案设计、元器件的选择、电路的设计、撰写总结报告。三、课程设计的内容与要求了解DTMF芯片在远程通信和控制中的应用实例，然后选择一种具体应用进行设计。完成所设计系统的软硬件设计方案本设计着重于硬件，即画出功能框图。查阅资料，根据题目要求选择具体芯片，在熟悉各芯片的工作原理以及PROTEL99的使用方法基础上完成硬件的设计，利用PROTEL99画出原理图。基于DTMF芯片的远程控制器的设计第3页共11页3题目题目题目题目基于基于基于基于DTMFDTMF芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计芯片的远程控制器的设计硬件部分硬件部分硬件部分硬件部分【摘要摘要摘要摘要】电话网络是覆盖面最广的网络，且电话通信的费用低廉，这就为利用电话网进行远程控制提供了可能。本设计采用单片机AT89C51作为中控CPU控制MT8870对电话按键的双音多频信号进行解码，来实现通过对电话按键的操作来控制远端的被控对象，通过可录放语音芯片ISD1110来播放提示语音。设计实现了操作简单、安装方便，低成本的嵌入式远程控制器。该控制器能够检测电话振铃信号，自动模拟摘机，操作者根据语音提示就可以很方便的查询被控对象的运行状态，操作电话按键就可以改变被控对象的运行状态。另本文主要是介绍硬件部分的设计，并且方案原理图均采用PROTEL99进行绘制。由于未进行软件部分的设计，其可实现性以及正确性便有待进一步验证。【关键词关键词关键词关键词】PROTEL99DTMF远程控制器TITLETHEDESIGNOFREMOTECONTROLLERBASEDONTHEDTMFCHIPPINNACLEPROONE【ABSTRACT】PHONENETWORKCOVERAGEISTHEMOSTEXTENSIVENETWORK,ANDTELEPHONECOMMUNICATIONCOSTS,FORTHEUSEOFNETWORKTOPROVIDETHEREMOTECONTROLTHISDESIGNADOPTSMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSAT89C51ASTHECONTROLOFCPUMT8870FORTHEPHONEWHILETHETWOTONEMOREFREQUENTASIGNAL,THEIMPLEMENTATIONOFTHEKEYTOCONTROLTHEOPERATIONOFTHEFARENDOFTHEACCUSED,BYSOUNDCHIPSWILLRPRECORDPLAYBACKTOPLAY“THEVOICETHEDESIGNTOSIMPLEOPERATIONANDINSTALLATIONOFCONVENIENCE,ANDLOWCOSTEMBEDDEDOTHERTHEFOCUSISONTHEPARTOFTHEDESIGNANDPLANTHEPRINCIPLEDRAWINGADIAGRAMBYPROTEL99THESOFTWAREPORTIONOFADESIGN,THEYCANACHIEVEACCURACYANDHEAWAITSFURTHERVERIFICATION【KEYWORDS】PROTEL99DTMFREMOTECONTROLLER基于DTMF芯片的远程控制器的设计第4页共11页4一、PROTEL99简介5二、DTMF51、简介52、功能介绍5三、远程控制器的设计61、系统功能和结构611控制器功能612远程控制器的结构62、硬件电路组成721振铃检测、模拟摘机电路722DTMF信号解码电路823语音电路10四、设计总结11五、参考文献11基于DTMF芯片的远程控制器的设计第5页共11页5【正文正文正文正文】一一一一、PROTEL99简介简介简介简介PROTEL99SE是PROTEL公司近10年来致力于WINDOWS平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。PROTEL99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。本课程主要是利用其原理图设计功能。二二二二、DTMF1、简介简介简介简介双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。双音多频DTMF（DUALTONEMULTIFREQUENCY），由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信令有16个编码。2、功能介绍功能介绍功能介绍功能介绍利用技术实现远程通信的软硬件关键技术，其电路具有实现简单，成本低，可靠性高的特点。与相关软件配合还可实现双向呼叫通信，正确识别通话与通信等功能，可适用于多种远程通信场合。本文主要是介绍基于该方式进行的远程控制器的设计方案及过程。基于DTMF芯片的远程控制器的设计第6页共11页6三三三三、远程控制器的设计远程控制器的设计远程控制器的设计远程控制器的设计1、系统功能和结构系统功能和结构系统功能和结构系统功能和结构11控制器功能本系统主要解决的问题是如何利用电话线传递控制信息。电话线上所传输的是双音多频信号（DTMF信号），这里直接利用电话线传递的DTMF信号来传递控制信息实现对远端控制对象的控制操作。系统主要完成的功能是对DTMF信号的解码，通过单片机对解码结果进行译码，根据译码结果发出相应的控制信号，驱动控制电路进行指定的控制操作。系统还必须能够识别电话振铃信号，在指定的时间内检测到规定的振铃次数（5次）则接通电话，播放提示语音。通过对电话按键的操作来远程控制被控对象。12远程控制器的结构本系统主要设置了振铃检测、模拟摘机、模拟挂机、DTMF解码、语音、继电器驱动等电路。系统结构框图如图1振铃检测电路MT8870模拟摘/挂机电路继电器输入缓冲输出驱动语音电路单单单单片片片片机机机机图1系统结构图电话线基于DTMF芯片的远程控制器的设计第7页共11页7系统工作过程振铃检测电路用于检测振铃信号，当检测到有振铃信号时，对振铃进行记数如果振铃次数小于5次该控制器不动作，若振铃次数大于5次表示要进行控制，单片机输出信号给模拟摘/挂机电路模拟摘机，此时控制器就和控制中心的电话接通。该控制器为防止误操作设置了密码保护功能，当控制中心通过拨打电话与控制器接通后，单片机输出信号给语音电路播放密码提示语音，控制者可以通过电话按键输入密码，控制系统接收由电话线传送来的DTMF信号，由MT8870对电话按键的DTMF信号进行解码，如果密码正确操作者就可以根据语音提示完成状态查询或是控制动作。2、硬件电路组成硬件电路组成硬件电路组成硬件电路组成系统硬件主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF信号解码电路、语音电路和输出驱动电路等几部分组成。21振铃检测、模拟摘机电路振铃检测、模拟摘机电路如图2，振铃检测电路是由光耦TLP5211和74LS123构成。当有电话呼入时，电话线上传输的25HZ、90V的交流振铃信号由C1、C2隔离直流后由整流桥整流，整流后的直流电压值较高，经光电隔离器U1后输出TTL脉冲信号，该脉冲经74LS123整形成大方波信号，该方波信号送至单片机的P35引脚进行计数，当计数值达到预设值时，单片机P10引脚输出高电平，三极管Q1导通则继电器K1动作，将负载电阻R5（330）接入电路实现模拟摘机。这里所说的模拟摘机是指将R5接入电路后，电话线上就会出现大于10MA的电流，交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。人们手动摘机接通电话时的工作过程与此一致，因此称为模拟摘机。如果振铃信号没有达到预设值就消失，则单片机的计数值清零，控制器不动作。基于DTMF芯片的远程控制器的设计第8页共11页8图2振铃检测及模拟摘机电路22DTMF信号解码电路频率（HZ）1209133614771633697123A770456B652789C9410DDTMFDURALTONEMULTIPLEFREQUENCY表1电话按键DTMF频率对应表DTMF信号解码主要用于电话交换系统，它是由两个不同频率的音频信号叠加而成的复合信号，这些音频信号不存在任何谐波关系，分为高音组和低音组，电话机每个按键对应一组DTMF信号，对应关系如表1所示。本系统采用MT8870作为DTMF信号的解码芯片。MT8870是加拿大MITEL公司生产的一种集成度高，应用普遍的通信类集成电路芯片，MT8870可以方便的和单片机接口，其主要功能是完成双音多频（DTMF）信号的接收和识别，它可用于有线电话网，无线移动通信和计算机通信网的终端设备。DTMF信号通过IN端输入MT8870,GS引脚接反馈电阻对输入的DTMF信号进行放大，OSC1和OSC2引脚之间接。基于DTMF芯片的远程控制器的设计第9页共11页9一个35795MHZ的晶振，产生DTMF信号双音对中各单音比较信号。信号在MT8870内经过滤波、放大、高低频分离，再经过数字处理转化为与DTMF信号相对应的二进制编码。DTMF信号解码为4位二进制码，由Q1Q4直接输出，如按下电话“1”号键,则电话线上就有高频1209HZ和低频697HZ的DTMF信号表2MT8870解码表传播，此信号进入MT8870进行解码，解码的结果由Q1、Q2，Q3、Q4，输出，MT8870输出结果与电话按键的对应关系如表2所示。芯片STD引脚提供DTMF信号检测输出，当MT8870接收到DTMF信号并解码完成后该引脚为高电平，平时该引脚为低电平，该信号通过反相后可向单片机申请中断，TOE引脚为输出使能端，当TOE为高电平时解码结果可以从Q1Q4输出。TOE为低电平时Q1Q4引脚为高阻态。MT8870与单片机接口电路如图3所示基于DTMF芯片的远程控制器的设计第10页共11页10图3MT8870与单片机接口23语音电路在语音控制与语音录放电路中采用ISD1110芯片制作数字录音器件，该语音芯片是美国ISD公司的ISD系列单片语音录放集成电路的一种。它采用直接模拟量存储技术，将每个采样值直接存储在片内的快速闪存中，能较好的保留模拟量中的有效成分，音质较好，该器件采用CMOS工艺制造，片内含时钟、话筒运放、自动增益控制、噪声滤波、平滑滤波和扬声器放大器。最小的语音录放系统仅由一个话筒、喇叭和几个电阻电容、按键组成。目前在语音录放设计中应用十分广泛。ISD1110引脚排列如图5所示。各引脚功能如下A0A7地址输入/模式控制；VSSA、VSSD模拟地和数字地；SP、SP扬声器输出的正负端；VCCA、VCCD模拟和数字电源正端；MIC话筒输入端；MICREF话筒输入参考端；AGC自动增益控制；ANAIN、ANAOUT模拟输入输出；/REC录音低电平有效；/PLAYL电平触发放音；/PLAYE边沿触发放音；XCLK外部时钟；/RECLED录音指示。基于DTMF芯片的远程控制器的设计第11页共11页11四四四四、设计总结设计总结设计总结设计总结嵌入式电话遥控作为一种较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出很大的优越性，它不需要专门的布线，不占用无线电频率资源，同时可以利用现有的成熟的电话网络实现跨省市的远程控制。本文所介绍的基于电话网的嵌入式远程控制器，工作可靠，制造成本低，应用对象不受限制，具有广泛的实用性和推广价值。设计过程中遇到很多问题，譬如说元件的选择、PROTEL的使用等等，很多时候在一个问题上就花费了大量时间