家庭智能紧急呼救系统求救终端的设计[谷风软件]

1、家庭智能紧急呼救系统求救终端的设计摘要本设计是一种基于单片机和公共电话网的智能呼救系统的求救终端，硬件方面采用“一键式”无线遥控触发。一旦用户出现险情，按下手持的无线遥控器之后，本设计即可自动拨通固定号码并通过GSM模块发送短信，当被叫电话端接通后，本设计自动播放求救录音，播放完毕或被叫端挂断后，本设计自动挂断。 本文首先介绍当今家庭智能系统及电话系统的概况，然后介绍总体设计的组成模块、硬件结构、软件流程及方案论证；之后通过对无线收发模块、室内控制模块、自动摘挂机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块这六个模块进行分别的描述，详细地阐述本设计的软硬件的原理、具体的制作方法和所

2、能实现的功能。最后给出测试结果与结论。本设计的特点是操作简单、经济实用。 【关键词】 智能求救；电话网；单片机；MT8880CE；ISD4004The Design of Emergency Call System SOS Terminal for Family IntelligenceAbstract:The design is the SOS terminal of intelligent emergency call system which based on MCU and PSTN. In aspect of hardware, the design uses A key type

3、wireless remote trigger. When the user in a dangerous situation, pressing the hand-held wireless remote controller, the design can automatically dial a fixed number, and send a message via GSM. If called telephone terminal connected, the design plays a SOS recording automatically. When the recording

4、 has finished playing or being called terminal hang up, the design hang up automatically. The paper introduces the overview of family intelligent systems nowaday and telephone systems firstly, then describes the composition modules、hardware architecture、software process, and program demonstration of

5、 the overall design . After that by describing wireless transceiver module、indoor control module、auto-hook module、automatic dialing and tone detection module、voice recording module、GSM module the six modules, explaining the principle of hardware and software、specific production methods and the funct

6、ion of the design detailed from description of five module respectively . Finally, giving the test results and conclusions.The characteristics of the operation of the design is easy、economical and practical.Key words：Intelligent SOS; PSTN; MCU;MT8880CE ; ISD4004it软件#目录1. 绪论11.1家庭智能系统11.1.1家庭智能系统发展趋势

7、11.1.2家庭智能系统的基本组成部分21.2 电话系统31.3 本设计的功能简述42总体设计521 硬件设计结构框图522 软件设计流程图523 设计方案论证6231 开发环境的选择6232 室内控制模块核心芯片的选择6233 自动拨号及信号音检测模块核心芯片的选择8234 语音录放模块核心芯片的选择8235 无线收发模块核心芯片的选择83室内控制模块931 STC89C52单片机9311 STC89C52的中断系统10312 STC89C52的定时/计数器的结构及功能1132室内控制模块的功能124自动摘挂机模块1341 电话摘机原理1342 自动摘挂机模块硬件设计原理1343 自动摘挂机

8、模块的软件设计155自动拨号及信号音检测模块1651 电话拨号基本原理1652 MT8880芯片16521 MT8880的内部结构17522 MT8880的引脚功能18523 MT8880的工作模式19524 MT8880的寄存器与控制字20525 MT8880的典型电路24526 MT8880的工作时序25527 MT8880控制端口的分配2653 自动拨号部分的硬件设计27531双音频信号简介27532 MT8880双音频信号编解码规则28533 自动拨号部分的硬件设计原理2954 自动拨号部分的软件设计3055 信号音检测部分的硬件设计32551 电话线上的三种信号音32552 MT88

9、80对信号音的判断原理33553 信号音检测部分的硬件设计原理3356 信号音检测部分的软件设计356语音录放模块3761 ISD4004芯片3762 语音录放模块原理图4063 语音录放模块的软件设计41631 语音播放部分的软件设计41632 语音停止部分的软件设计417GSM模块4371 AT指令4372 GSM模块的硬件设计4373 GSM模块的软件设计438无线收发模块4581 无线发送子模块4582 无线接收子模块459. 总体测试4891 硬件测试4892 软件测试4893 整体测试48结论51致谢53参考文献54外文资料翻译及原文56it软件#1. 绪论如今我国处于“十二五规划

10、”期间，城乡居民社会保障和公共安全体系建设依然是我国重点关注的对象，因此公共卫生服务事业仍需进一步完善，进一步细化卫生服务单位将是一个发展方向。随着人民生活水平的提升，人们更加注重自己生活的质量，更加关注家庭安全服务这一紧紧关乎百姓日常生活的一个方面。随着科学技术水平的日新月异，家庭智能系统将越来越多地应用于人们的生活当中。虽然，移动通信产业正在日新月异的发展，但是固定电话目前依旧是政府机关、企业、学校、医院、家庭等单位不可或缺的有线通信工具，利用现有的电话系统，可以拓宽智能系统的适用范围。1.1家庭智能系统 在工业化信息化时代，随着生活质量的日益提高，人们生活各方面的标准都在提高，因此人们对

11、关系到每个家庭切实利益的家庭安全、家居智能化的要求也必然越来越高，家庭智能系统也正是为此而登上人们日常生活的舞台。国家在每个五年计划中也总是提及有关公共安全体系建设的若干建议与实际规划方案。1.1.1家庭智能系统发展趋势如今与家庭智能系统有关的产业正如雨后春笋般涌现，很多公司将家庭安全、家庭智能化和家庭通讯与网络设施集成在一起，整合出一些操作十分简单的智能系统，以便在服务大众的同时谋求一定的经济效益。总体来说，随着社会信息化的加快，人们的工作生活和信息通讯的关系将日益紧密，信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，科学技术与经济水平的提升更使人们的观念随之巨变，人

12、们对家居的要求早已不仅仅是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。因此智能化将逐步进入到人们学习、工作、生活的各个方面，并随着科技的发展日趋完善。有关智能化的相关产业也会一步步完善，并逐步成为产业链中重要的一个环节。1.1.2家庭智能系统的基本组成部分家庭智能化体现在利用家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。因此通常包括：家庭安全防范、家庭设备自动化、家庭通讯这三部分。进一步细分的话，家庭智能系统又只要分为：家庭布线系统、家庭网络系统、智能家居控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。

13、其中，智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。本设计为家庭安防系统中智能求救的范畴。1.2 电话系统迈入信息时代的现代社会，信息技术无疑推动着人类文明的进步。自从1876年，Alexander Graham Bell(贝尔)发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。在一定的时间范围以内，老式号盘式电话曾经占据过一定的市场，但随着生活水平的迅速提高，人们对电话机的质与量要求越来越高，老式电话机正逐渐由集成电路或单片机等构成的高性价比的按键式电话所取代。应程控电话交换机的

14、需要，双音频电子电话机成为正在迅速发展的新型电话机。它可以大大缩短拨号时间，提高交换机设备利用率。最初问世的双音频电话机，与普通使用的号盘式电话机相比较，主要区别在于用双音频（高低频率组）选号代替断续脉冲选号，它的音频振荡回路用LC构成，通话电路方面没有明显区别。随着半导体集成电路技术及生产制造工艺的发展完善，双音频电话机已经采用了专用集成电路，音频振荡回路比LC回路要优越得多，它具有音频准确、电平稳定、失真小的特点，几乎可以做到无需调整。固定电话系统通常称为公用电话交换网（PSTN）。在交换机与用户之间通常以铜线连接（近年来，光纤开始替代铜线）。通话所使用的频率范围为0 3.5 KHz，更高

15、的频率在接入交换机时被滤掉。模拟话音信号进一步被采样量化成为数字信号，以便在数字交换传输网络中传递。端局是指用户拥有直接连线连接的交换机，用户线是指用户与端局之间的线路，中继线是指连接不同交换机的电路，中继线群是指一组介于同样两个交换机之间的中继线。多数PSTN网络在用户和端局之间使用模拟信号传输。综合业务数字网（ISDN）则是使用数字信号来连接用户和端局的系统。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。交换机之间通常使用7号信令系统传输信令。7号信令又称为公共信道信令，即以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式，通常用于局间。在

16、我国使用的7号信令系统称为中国7号信令系统。SS7网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上，是支撑网的重要组成部分。在固定电话网或ISDN网局间，完成本地、长途和国际的自动、半自动电话接续；在移动网内的交换局间提供本地、长途和国际电话呼叫业务，以及相关的移动业务，如短信等业务；为固定网和移动网提供智能网业务和其他增值业务；提供对运行管理和维护信息的传递和采集。在电话处于挂机状态的时候，电话线路上供电电压为反向电压-48V；当电话被打通需要振铃时，供电电压为正向电压48V，并叠加24V左右的25Hz的交流电，使其成为72V左右的25Hz振荡信号；当用户摘机后（无论呼叫方还是被呼叫方），

17、电话线上的电压根据线路距离局端设备的远近从48V下降到818V不等。其中，在双方电话接通之前，电话线作为信令信道传输相应的呼叫指令，一旦交换机检测到双方电话互相接通，则将电话线自动转为语音传输信道。1.3 本设计的功能简述本设计正是基于有线的公共电话网的家庭智能系统中的一个环节，是家庭安防的一个方面，简言之就是利用公共电话网这一媒介进行自动拨号呼救。此外，也附加了GSM模块进行无线远程报警。2总体设计本设计硬件方面通过设计模拟电路而搭建智能求救终端；软件部分在Keil uVision 3这一微控制器编译环境下，利用C语言进行程序设计。21 硬件设计结构框图无线收发模块无线发射子模块无线接收子模

18、块室内控制模块自动摘挂机模块语音录放模块自动拨号及信号音检测模块固定电话GSM模块固定手机本设计包括无线收发模块、室内控制模块、自动摘挂机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块、固定电话端和手机。用户利用无线发射端向空间发射无线求助信号，信号在无线接收端接收到以后，触发室内控制模块进行相关处理，并进行摘机，自动拨号，发送短信，语音呼救，挂机等操作。求救端总体设计结构框图如图2.1所示。自动摘挂机模块图2.1 求救端总体设计结构框图22 软件设计流程图由于本设计各部分功能是否开始工作是由定时检测到得电话线上的信号音信号决定的，而信号音的形式是通过同频脉冲信号表示的，因此在程序中

19、需要设置定时器中断与外部中断来完成定时检测同频脉冲这一任务，并且在中断函数中设计判断信号音的语句，进而给定不同的信号音标志位。主函数中，根据不同的标志位甄别当前具体是何种信号音，进而控制实现诸如双音频拨号、通过AT指令控制GSM模块发送短信、语音自动播放、挂机等功能。系统设计总流程图如图2.2所示。23 设计方案论证从本设计的基本功能出发，对本设计中出现的核心部件要进行一定程度的选择。主要是选择开发环境，室内控制模块，自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、无线收发模块的核心芯片。231 开发环境的选择本设计采用51内核的单片机为主要控制模块，因此采用专门针对单片机编程的、内部库函数相对丰富的

20、Keil uVision 3进行开发。232 室内控制模块核心芯片的选择 本设计要求经济实惠并且要求对外围设备的控制相对简单。由于本设计在搭接好外围电路以后就不需要改动硬件配置，并且程序方面对时序要求并非极其严格，因此决定选用市面上用途极广的STC89C52单片机作为室内控制模块。开始摘机系统初始化设置MT8880工作在CP模式5s定时同频方波计数是否按下按键大于179210001350其他范围400800否是否否否是计数清零计数清零计数清零计数清零是是是设置MT8880工作在DTMF模式发送号码点亮提示灯GSM发送短信点亮提示灯挂机停止放音结束点亮提示灯点亮提示灯播放录音图2.2 系统设计总

21、流程图233 自动拨号及信号音检测模块核心芯片的选择本设计的核心内容是通过模拟电路模仿固定电话机进行自动拨号及信号音检测，因此选择使用同时具有发送双音频信号功能和呼叫信号音处理功能的DTMF信号收发芯片MT8880CE作为该部分的核心芯片。234 语音录放模块核心芯片的选择 本设计还有一部分相对重要的功能是在电话两端正常通话后，自动播放预存的录制好的求救语音，因此需要选用一款可以长久保存较好音质的芯片来录制、存储及播放录音，所以选择适用于便携式电子类产品的ISD4004芯片作为该部分的核心芯片。235 无线收发模块核心芯片的选择本设计的用户手持求救端需要无线收发模块才能完成，但是这部分仅仅起到

22、一个触发的作用，并不需要很复杂的载波调制和编码，因此选择使用对编解码要求不是很严格而且操作较为简捷的SC2262编码芯片和SC2272解码芯片分别作为无线发送子模块和无线接收子模块的核心芯片。并且，通过声表面谐振器产生一个固定频率的载波信号就可以将简单的编码信号以ASK方式发送给解码芯片。此外，考虑到用户使用本设计时的实际情况，在非锁型（有遥控信号时数据脚为高电平，遥控信号消失时立即恢复低电平）和自锁型（数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态指导下次遥控数据发生变化时改变）锁存方式中，选择自锁型。3室内控制模块 室内控制模块的核心芯片是STC89C52单片机，本设计借助以此芯片为核心的单片

23、机学习板作为室内控制模块。31 STC89C52单片机STC89C52系列单片机是以8051为内核，结合自己的技术优势构成的，所以它和8051是兼容的系列。因此，STC系列对于以8051为基础的应用系统而言，是十分容易进行取代和构成的。而且对于熟悉8051的用户来说，选用STC系列单片机进行系统设计也是轻而易举的。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系

24、统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8K字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量二级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。STC89C52作为普通51单片机已与广泛

25、应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大。与AT系列单片机相比，STC89C52还内带4K字节EEPROM存储空间。单片机结构如图3.1。图3.1 STC89C52结构图311 STC89C52的中断系统STC89C52的中断系统共有8个中断源，6个中断矢量，两级中断优先级，可由软件设定，可实现两级嵌套，可通过软件来屏蔽或响应各对应的中断请求。INT0和INT1的中断请求信号由外部产生并输入，称外部中断，其余的中断请求信号均由主机内部产生，故称为内部中断。各中断请求信号分别由定时/计数器控制寄存器TCON和串行通信控制寄存器SCON的相应位锁存，提供给主机查询和采样。外部中断的两种触

26、发方式分别为电平触发方式和跳变触发方式。 （1）电平触发方式：通过软件编程，对中断控制寄存器TCON中的ITx（x为0或1）位设置为0（ITx）=0）时，即选择INTx为电平触发方式。主机在每个机器周期的S5P2状态采样中断请求输入信号端口INTx，若为低电平，则外部中断请求有效，置位TCON寄存器中的外部中断请求标志位IEx为1，向主机请求中断处理。 （2）跳变触发方式：当通过软件设置TCON寄存器中的ITx为1时，则选择外部中断（INTx）请求为跳变触发方式。当定义为跳变触发中断请求方式后，主机在相继两个机器周期，前一个机器周期在INTx端口检测到高电平，紧接后一个机器周期检测到低电平，则

27、置位TCON寄存器中的IEx中断请求标志位为1，向主机请求中断。中断源首地址示意表如表3.1所示。表3.1 中断源首地址示意表中断矢量名首地址外部中断0（INT0）0003H定时/计数器中断0（TF0）000BH外部中断1（INT1）0013H定时/计数器中断1（TF1）001BH串行中断（T1，R1）0023H定时/计数器中断2（TF2，EXF2）002BH312 STC89C52的定时/计数器的结构及功能STC89C52片内集成了3个16位定时/计数器，和CPU组成了一个整体。AT89S52单片机为定时、计数器设有特殊功能寄存器TMOD、TCON和T2CON，用于定义它们的工作方式及其控制

28、功能的实现。每当执行一条改变上述特殊功能寄存器内容的指令时，其改变内容将锁存于寄存器中，并在该指令的下一条指令的第一个机器的S1P1开始生效。32室内控制模块的功能以单片机为核心的室内控制模块是本设计控制中心。数据的运算、比较，控制信号的写入，中断信号的接收，指示灯的亮灭等功能均要通过本模块执行。由于其他模块必须连接一个微处理器才能进行正常工作，所以本模块不仅起到控制中心的作用，而且兼有调度的作用。无线接收子模块、自动摘挂机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块均直接与本模块相连接。当用户按下求救按键后，本模块检测到无线接收子模块的无线信号后，自行控制自动摘挂机模块摘机；摘机

29、后信号音检测子模块将音频信号以脉冲形式发送给本模块后，本模块通过程序的指示，自动进行数据的运算与比较，根据不同的运算结果，送出不同的指令，进而启动自动拨号模块、GSM模块、语音录放模块等功能。可以说，本设计“一键式”触发后的自动运行过程都是依赖本模块完成的。 4自动摘挂机模块 本设计根据固定电话摘机原理，模拟电话摘挂机后电话线上的电气指标的变化，设计一个直接改变电话线电气指数从而实现自动摘挂机的外围电路，该模块主要利用继电器的吸合与PNP三极管的输出电平来实现预期功能。41 电话摘机原理 固定电话的摘机后，电话机通过放开插簧接上大概300的负载，使整个电话线路流过大约30mA的电流，交换机检测

30、到该电流会进行自动处理。电话摘机实际上是需要在电话线路的两条双绞线上提供足够小的电压，因此不通过电话机的插簧，仅仅利用电话线也可实现摘机，即将两条电话线间的电压降到足够低。当主叫用户摘机时，程控交换机会自动为主叫用户提供信令信道并给出等待拨号信号音，当被叫用户摘机时，交换机会停止铃流发送并将信令信道转变为语音信道。此外，不管是主叫用户还是被叫用户摘机后，电话线电压均会从待机状态下的供电电压-48V反向电压下降并根据线路距离局端设备的远近而转换为+8+18V的正向电压。42 自动摘挂机模块硬件设计原理为了使电话线路上两条双绞线之间有足够低的电压，需要在需要用户摘机的时候将两条电话线近似联通。而当

31、电话待机时，两条电话线之间要相互分离不连通。为实现这一功能需要使用到继电器协调电话线的搭接以便对摘挂机不同状态进行选择。本设计利用PNP型三极管、4148开关箝位二极管和继电器来实现电话线路的摘挂机功能，此外利用一个发光二极管来指示摘挂机状态。自动摘挂机模块工作原理图如图4.1所示。图4.1 自动摘挂机模块工作原理图 ZJKZ端与单片机相连，因为单片机管脚默认为高电平，所以发光二级管不导通，PNP三极管基极反向偏置不导通，继电器5端没有高电压，继电器开关不会吸附到4端，电话线路仍保持待机状态；当ZJKZ端送出低电平的话，发光二极管导通发光，并且是PNP三极管基极变为低电平实现三极管基极与发射极

32、之间的正向偏置，三极管导通，继电器5端与三级管发射极相连的导线中产生电流，在4148开关箝位二极管的作用下，利用此电流将继电器的5端钳制为高电平。这样，继电器5端的电压将继电器内部的开关吸附到4端，将电话双绞线间电压突然降低，实现摘机功能。相反，当ZJKZ端再次送入高电平时，继电器回到初始3端位置，发光二极管熄灭，实现挂机功能。继电器是一种电控器件，具有控制系统和被控制系统之间的互动关系，通常应用于自动化的控制电路中，它实际上使用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故继电器在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本设计使用HK4100F型号的继电器进行电话线路选择，选用该款继电器

33、的好处是：价格低、结构简单易于操作。该继电器的电气指标是3A 220V AC、3A 30V DC。43 自动摘挂机模块的软件设计由于本设计通过导通PNP型三极管，并通过稳压二极管和继电器配合使用实现摘挂机，因此在系统初始化完成后即可以通过单片机上的P2.7端口给自动摘挂机模块上的ZJKZ端送出低电平，通过一系列分立元件状态的改变，实现摘机。同理，在通过单片机判断需要挂机时，只需要通过单片机的P2.7端口给自动摘挂机模块上的ZJKZ端送出高电平，继电器内部开关重新回到初始位置，电话外线电压恢复到正常状态，系统实现挂机。5自动拨号及信号音检测模块 本设计需要通过分立元件搭接的电路来模拟电话接通前后

34、的各种功能实现远程呼救。在了解电话拨号基本原理的基础上，通过操控可以收发双音多频（DTMF）信号的MT8880CE芯片来兼顾自动拨号功能和信号音检测功能。硬件方面，自动拨号部分和信号音检测部分焊在同一电路板上。51 电话拨号基本原理电话拨号分为脉冲拨号和双音频拨号。脉冲拨号就是发送1、0就是一个脉冲，老式电话机就是脉冲拨号，转到几就是几个脉冲。由于脉冲拨号较音频要慢，所以现在一般多采用音频拨号。双音多频是指DTMF(Dual Tone MultiFrequency)，DTMF信号由8个频率两两组合而成。这8个频率又分为低频群和高频群两组。低频群的4个频率依次为697Hz、770Hz、852Hz

35、、941Hz；高频群的4 个频率依次为1209Hz、1336Hz、1477Hz、1336Hz。在通信领域应用中，DTMF主要用于电话机拨号信号和CID(来电显示)信号的传送。在应用于电话机的拨号信号中，按照国家电信标准，其信号持续时间和间隔时间都不小于40ms，而频率偏差不大于1.5%。如今固定电话拨号一般采用双音多频拨号方式，利用此种双音频信号可直接与程控交换机通信，并按照号码地址，呼叫号码归属地的用户。52 MT8880芯片MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。它的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-COMS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号

36、接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行D/A转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。MT8880还具有标准的微处理器总路线与6800系列的微处理器直接连接。521 MT8880的内部结构整合了收发功能的MT8880芯片的结构包括一个带有可变增益的内部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2 个数据寄存器和2个控制寄存器，芯片内

37、部结构如图5.1所示。图5.1 MT8880芯片内部结构522 MT8880的引脚功能 MT88880具有与微控制器（单片机）相连的接口，必须与单片机配合使用，一般有三种封装形式如图5.2所示。图5.2 MT8880的三种封装形式本设计采用20管脚DIP封装形式的MT8880CE芯片，现将引脚功能做如下介绍。 IN+、IN-：分别为内部放大器的同相输入端和反相输入端，可接收DTMF 信号。 GS；内部放大器的输出端，外接一个负反馈电阻至IN-端，引入负反馈以便使信号稳定。 VRef：内部参考电压输出端，该参考电压等于VDD/2。 OSC1、OSC2：外接一个3.579545MHz的晶振，形成晶

38、体振荡器； TONE：双音多频信号输出端。 R/W：读/写控制端，该端施以高电平时读取MT8880，施以低电平时写 入MT8880。 RS0：用于选择内部个寄存器的控制端，该端施以高电平时选中控制寄存器，施以低电平时选中发送数据寄存器。 IRQ：在双音频模式和中断模式同时被选中时，当收到有效的双音多频信号或准备发送双音多频信号时，该端由高电平变为低电平，在呼叫处理模式和中断模式且检测到有效信号音时，该端输出方波。 D0D3：写入命令或读出状态的数据线。 Est：当检测到有效的音频信号对时显示高电平，一旦出现信号丢失就会引起该引脚电平置低。 St/GT：当电压高于VTSt时，设备寄存器对输出进行

39、更新锁存，当电压低于VTSt时，GT从新设置外部时间常数。523 MT8880的工作模式MT8880有很强的功能，它可以有六种工作模式： （1）双音多频模式：在该模式下，芯片能够接收并译码DTMF信号或产生并发送DTMF信号。接收信号从IN-端输入，发送信号从TONE端输出。 （2）呼叫处理模式：在该模式下，芯片可以从输入信号中检测电话呼叫过程的各种信号音。当信号频率落在320510Hz范围以内时，能从IRQ端输出方波，否则IRQ端为低电平。 （3）中断模式：在该模式下，若芯片同时被设置为接收或发送DTMF信号模式，那么当收到有效DTMF信号并译码后，IRQ端变为低电平；在准备发出DTMF信号

40、时，IRQ端变为低电平，中断模式下，若芯片同时被设置为呼叫处理模式，在收到有效信号音时，IRQ端能输出对应的同频方波。 （4）突发模式：该模式下只能发送DTMF信号而不能接收信号。 （5）单/双音产生模式：电路可产生单频或DTMF信号，用于测试和监测。 （6）测试模式：电路从DTMF接收部分得到延迟检测信号，从IRQ/CP端输出。524 MT8880的寄存器与控制字MT8880内部有5个寄存器：数据发送寄存器TDR、数据接收寄存器RDR、控制寄存器CRA、控制寄存器CRB、状态寄存器SR。一般情况下需要经常使用CRA、CRB、SR三种寄存器，芯片工作在何种模式取决于在单片机控制下写入控制寄存器

41、CRA、CRB的内容，而芯片的某些状态可以根据读出状态寄存器SR的内容来判断。通过控制字来选择MT8880的工作模式需要遵循表5.1中的规则。表5.1 MT8880的控制字规则按照先RS0后R/W的顺序，控制字00开启写数据发送寄存器功能、控制字01开启读数据接收寄存器功能、控制字10开启写控制寄存器功能、11开启读状态寄存器功能。控制寄存器CRA、CRB和状态寄存器SR都只有4bit，分别记为b0b3。在写控制寄存器功能开启后，通过按周期写入到CRA和CRB控制寄存器中的4bit控制字可以设置MT8880不同的工作模式，其规则如表5.2和5.3所示。表5.2 控制寄存器CRA的4bit位功能

42、描述表5.3 控制寄存器CRB的4bit位功能描述（1）对于CRA控制寄存器 b0：该位置1时，芯片被设置为语音输出模式，突发（burst）或非突发模式下均可设置。 b1：该位置0时，芯片被设置为双音多频（DTMF）模式，该模式下可以产生和接收双音多频信号；该位置1时，芯片被设置为呼叫处理（CP）模式，该模式下，芯片通过内部的滤波器可以接收特定带宽的音频信号，当音频信号的频率处于滤波器带通范围（一般为320Hz510Hz）之内，IRQ引脚会产生与音频信号同频的方波信号。通带范围见图5.3。 b2：该位置1时，芯片被设置为中断模式，当芯片同时被设置为双音多频模式时，IRQ端保持低电平输出。 b3

43、：该位置1时，在下一个写控制字周期允许写入CRB控制寄存器，当写入CRB的周期完结以后，自动等待写CRA控制寄存器。图5.3 MT8880呼叫处理模式下的通带范围（2）对于控制寄存器CRB b0：该位置1时，芯片被设置为普通双音多频模式；该位置0时，芯片被设置为突发模式。在该模式下，双音多频信号可以在特定的突发持续时间内写入发送寄存器，经过一个与特定的突发持续时间相同的间歇时间之后，状态寄存器SR自动准备好数据的收发以等待下一次中断的到来。 b1：该位置1时，芯片被设置为测试（test）模式，该模式下IRQ端会从接收寄存器得到经过一定时间延迟后的双音多频信号。在选择测试模式之前，一定要保证芯片

44、工作在双音多频模式。 b2：该位置0时，芯片允许产生双音频信号，否则只允许产生单音频信号。 b3：该位要与b2配合使用，功能表现在但音频模式下。当b2置1后， b3置1选择列音，置0选择行音。（3）对于状态寄存器SR b0：发生中断时该位置1，读取状态寄存器后自动清0。 b1：准备发送新数据时该位置1，读取状态寄存器后自动清0。 b2：接收数据寄存器装满（即收到有效数据）时该位置1，读取状态寄存器后自动清0。 b3：一定时间内检测不到双音多频信号时该位置1，检测到双音多频信号后该位清0。525 MT8880的典型电路为了设置合适的静态工作点，MT8880芯片设置典型电路如图5.4所示。图5.4

45、 MT8880的典型电路图其中R1和R2组合引入负反馈稳定输入信号；晶振为芯片内部产生双音频信号提供足够的可选频率；C4与RL组合滤除芯片TONE端输出地干扰信号和杂波；RS0和R/W两端口配合写控制字选择工作模式；CS端口作为片选信号端，低电平有效；2是时钟信号，高电平有效，在两个控制字周期之间要通过低电平分隔开；IRQ/CP端主要用于呼叫处理模式下输出同频方波；D0D3即为上文所述的4bit位b0b3，既可以输出控制字的4bit指令，也可以作为数据端口送入数据。526 MT8880的工作时序MT8880芯片正常工作下要不断地写控制字或收发数据，因此为保证芯片正常工作要严格按照时序图来设置工

46、作状态。MT8880读操作周期与写操作周期的时序图如图5.5和5.6所示。图5.5 MT8880的读周期操作时序图图5.6 MT8880的写周期操作时序图527 MT8880控制端口的分配MT8880芯片工作在何种工作模式决定于向控制寄存器写入何种控制字，在这个过程中，需要先对2（时钟信号）、CS（使能信号）、RS0、RW这四个端口进行设置。根据芯片工作时序图可知：不论是读操作还是写操作，只要是对MT8880芯片进行操作，则CS端口一定要保持低电平信号（低电平有效）；2端口要在CS端口的低电平信号保持一定时间后置为高电平，在这个高电平时钟信号保持期间，RS0和RW两个端口要稳定的保持对应于读操

47、作和写操作的电平状态。当这四路信号保持一定时间后，通过b0b3端口将具体控制字并行传入MT8880芯片。由于本设计需要频繁写控制字，改变MT8880的工作模式，因此将CS端口通过硬件电路直接置低，而2端口直接与MT8880的3.579545MHz的晶振相连，通过MT8880的工作时钟周期的自动分频而得到相应的高电平。RS0端口与单片机的P2.5端口相连，RW端口与单片机的P2.4端口相连，4bit数据端口b0b3与单片机的P2.0P2.3相连，加之之前在自动摘挂机模块中用到的ZJKZ端口，通过单片机的P2端口直接控制MT8880芯片。此外，本设计主要是通过单片机对MT8880芯片进行写控制字操

48、作，根据工作时序图的说明，RS0和RW可以在程序中固定设置为1和0，因此在每次写操作的程序中，单片机的P2端口高四位可以固定写作0010。53 自动拨号部分的硬件设计 自动拨号部分是本设计的重点部分，其硬件电路要保证可以发送放大过的振幅适当的双音频信号，并且通过专用变压器耦合到电话线上。531双音频信号简介双音频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表某个数字或功能，其中一个频率从低频群中取出，另一个频率从高频群中取出。双音多频信号（DTMF信号）是电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。国际上采用697 Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz、1209 Hz、

49、1336 Hz、1477 Hz、1633Hz 8个单频，并把这8个单频分成两组，即高频群和低频群。从高频群和低频群任意各抽出一个单频进行组合，共有16种不同组合，分别代表16种不同的数字或功能，对于电话机则表示09，*，#，AD这16个按键功能。532 MT8880双音频信号编解码规则MT8880芯片兼顾双音频信号的接收与发送功能，即其内部可以将双音频信号和十六进制数值自行转换。当单片机从b0b3这4位数据端口送入十六进制数据后，MT8880的双音频信号输出端TONE会自动送出相应的双音频信号；当外部设备向MT8880的反向输入端送入双音频信号后，b0b3这4为数据端口在经内部处理以后也会输出

50、相应的十六进制数。具体对应规则如表5.4所示。表5.4 双音频信号编解码对应关系533 自动拨号部分的硬件设计原理当单片机对MT8880芯片的CRA、CRB控制寄存器写入相应控制字，使芯片工作在双音多频（DTMF）模式后，从b0b3端口按MT8880编解码规则送入所需要拨打的号码的十六进制数据，之后MT8880自动将所接收到的数据转换为相应的双音频信号，并从TONE端口输出。但是一般情况下，一个MT8880不能驱动交流负载，因此需要加入一个电阻，作为信号的载体，将所需要的双音频信号送入下一级电路。这时的双音频信号已经是两种不同频率信号的叠加，但是信号幅值仍然较小，大约为0.5V左右，并且由于内

51、部元器件干扰会出现一些对有用信号产生不良影响的杂波，因此需要通过一个RC并联的电路对信号进行杂波的滤除。之后再通过一个RC串联电路，将信号中可能残存的无用的直流信号滤除，从而将一个小幅值的双音频信号送到NPN型三极管8050的基极。三极管的作用是将小幅值的双音频信号进行放大，使双音频信号的幅值达到足够实现在电话线上拨号的功能。查阅相关文献资料得知，交换机可以在电话线上识别出的双音频信号的幅值一般要高于1V，因此选用放大倍数适当的NPN型三极管8050作为分立元件的放大器，实现对双音频交流信号的放大作用。对于放大电路的直流通路，由于之前双音频信号经过RC串联的电路，将直流信号隔离，因此不能正常开

52、启8050三极管的基极-发射极，需要从其他高电位处，经过分流电阻，引入基极-发射机的开启电压，本设计选择通过5V独立电源经过51K的分流电阻所得到的电位开启基极-发射极。为防止发射极通过的电流过大，引入一个120的电阻进行限流。对于放大电路的交流通路：双音频信号从三极管的基极输入，放大信号从集电极输出并连接至EI14音频变压器上。为防止交流放大增益减小，在基极和地之间加入22pf的电容。自动拨号部分工作原理图如图5.7所示。图5.7 自动拨号部分工作原理图54 自动拨号部分的软件设计当系统得到自动拨号的命令时，单片机先向MT8880芯片的CRA控制寄存器写入控制字1001，再向CRB控制寄存器

53、写入控制字0001。向CRA写入的控制字表明，允许下个周期写入CRB控制寄存器，并且设置MT8880芯片工作在双音多频模式，允许双音频信号输出。向CRB写入的控制字表明，设置MT8880芯片在突发模式之下，允许双音频信号的收发。突发模式的突发时间和暂停时间为49ms53ms之间。由于拨号是发送不同的双音频信号的过程，因此在发送过程中需要判定每个双音频信号是否发送完毕。而状态寄存器SR的第二位为“1”时，准备发送新数据；为“0”时保持原状态，并且当程序控制读取SR寄存器后，会被软件置0。在设置芯片为突发模式下，由于该模式可以和SR寄存器进行配合，在软件置0后的一个突发时间内，SR寄存器自动置1（

54、即发送准备好），因此通过设置突发模式，并在每位双音频信号发送之后进行对SR寄存器的读取和相应的延时，可以有效地区分不同的双音频信号，避免信号混叠导致拨号失误。自动拨号部分软件流程图如图5.8所示。呼叫标志位清零呼叫标志位为1是号码地址回零号码地址大于5否是号码发送完毕，继续设置MT8880 为CP模式设置标志位检测信号音图5.8 自动拨号部分软件流程图55 信号音检测部分的硬件设计 信号音检测子模块与自动拨号子模块共用一条电话线和一个核心芯片，通过检测一段时间内的音频信号经MT8880处理后所产生的同频方波数进行信号音的判断。551 电话线上的三种信号音交换机检测到用户摘机以后，会自动将电话线

55、设置为信令传输通道。当信令传输通道开启后，会出现三种不同的信号音进行提示，这三种信号音分别为等待拨号音、回铃音和忙音。等待拨号音是连续的信号，回铃音是1s通4s断的信号，忙音是0.35s通0.35s断的信号，三种信号音的频率范围在425Hz475Hz之间，一般为455Hz左右。示意图如图5.9.所示。忙音回铃音等待拨号音图5.9 三种不同信号音的示意图552 MT8880对信号音的判断原理 对不同的信号音，MT8880采取记录IRQ端口方波数量的方式进行甄别。首先通过对CRA、CRB控制寄存器写入相应控制字来设置MT8880工作在呼叫处理（CP）模式和中断模式。在该模式下，三种信号音的频率均落

56、在MT8880内部带通滤波器接收范围之内，因此IRQ端口会同步送出与信号音同频的方波。根据三种信号音持续时间的不同，设定5s为定时周期，通过IRQ端口送出的方波数量来检测甄别不同信号音。 等待拨号音是连续信号，因此该信号在定时周期内方波数为 21252375个； 回铃音是1s通4s断的信号，因此其在定时周期内方波数为425475个； 忙音是0.35s通0.35s断的信号，因此其在定时周期内方波数约为10621188个。此外，如果主叫用户拨通电话后不久，被呼叫用户也摘机，即交换机将信令传输信道自动变更为语音传输信道（正常通话）之后，MT8880即使工作在呼叫处理模式之下，其频率也无法满足芯片内部带通滤波器的接收范围这一固定指标，因此IRQ理论上不会输出任何方波。也即，理论上来说，当IRQ不再输出同频方波以后，主叫用户和被叫用户之间就视为正常通话。553 信号音