考試資料考試資料51單片機(jī)智能型遠(yuǎn)程遙控器1本裝置并聯(lián)于機(jī)的兩端，不會(huì)影響到機(jī)的正常使用。用戶通過異地的機(jī)撥通本裝置所連接外線的，通過市局交換機(jī)向機(jī)發(fā)出振鈴信號(hào)。本裝置如果檢測到振鈴五次，即五次響鈴后無人接，自動(dòng)摘機(jī)，進(jìn)入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關(guān)進(jìn)行遙控電器，完成后返回。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性分析2.1總體設(shè)計(jì)分析根據(jù)遠(yuǎn)程智能遙控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求：⑴通過網(wǎng)對異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開/關(guān)）；⑵控制器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬摘掛機(jī)；⑶控制器設(shè)置密碼校驗(yàn)；我設(shè)計(jì)此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：⑴鈴音檢測、計(jì)數(shù)；⑵自動(dòng)摘掛機(jī)；⑶密碼校驗(yàn)；⑷在線修改密碼；⑸雙音頻信號(hào)解碼；⑹輸入信息分析；⑺控制電器開關(guān)；⑻電器狀態(tài)查詢；⑼忙音檢測；根據(jù)機(jī)和交換機(jī)發(fā)出的不同信號(hào)音以及線各種狀態(tài)的不同要求，我結(jié)合實(shí)際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上的不同分工，具體如下。理論上交換機(jī)所發(fā)出的各種信號(hào)音都可以通過軟件編程而識(shí)別，即通過單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)來檢測信號(hào)音單位時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出其頻率，從而完成信號(hào)音識(shí)別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，我選擇了硬件來解決振鈴音檢測、忙音檢測、雙音頻信號(hào)解碼等功能模塊。自動(dòng)摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來實(shí)現(xiàn)。振鈴音計(jì)數(shù)、忙音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實(shí)現(xiàn)也很容易。綜上所述，我設(shè)計(jì)信號(hào)音檢測、自動(dòng)摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實(shí)現(xiàn)。而信號(hào)音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。下面就硬件以及軟件實(shí)現(xiàn)的單元電路分別進(jìn)行具體分析。2.2硬件模塊本作品使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電路的可靠性、穩(wěn)定性，使整體電路達(dá)到比較高的穩(wěn)定性。自動(dòng)摘掛機(jī)因?yàn)槌炭亟粨Q機(jī)對摘機(jī)的響應(yīng)是線回路電流突然變大為約30mA的電流，交換機(jī)檢測到回路電流變大就認(rèn)為機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。自動(dòng)摘掛機(jī)電路可以通過單片機(jī)控制一個(gè)繼電器的開關(guān)，繼電器的控制端連接一個(gè)大約300Q的電阻接入線兩端，從而完成模擬摘掛機(jī)。振鈴音的檢測當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，交換機(jī)發(fā)來鈴流信號(hào)。振鈴為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。根據(jù)振鈴信號(hào)電壓比較高的特點(diǎn)，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過光耦的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進(jìn)行濾波輸出很標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號(hào)就可以直接輸出至單片機(jī)的中斷計(jì)數(shù)器輸入口，完成整個(gè)振鈴音檢測和計(jì)數(shù)的過程?？刂齐娖鞔瞬糠直容^簡單，通過單片機(jī)控制多路繼電器的開關(guān)即可，常用的電路已經(jīng)很成熟，在此就不累述了。雙音頻解碼此部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過翻閱大量的文獻(xiàn)資料，我發(fā)現(xiàn)使用專用的雙音頻編解碼芯片進(jìn)行輸入雙音頻信號(hào)的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強(qiáng)。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號(hào)轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號(hào)，可以直接被單片機(jī)讀取。一般常用的雙音頻編解碼集成電路有8870、8880、8888等，經(jīng)過反復(fù)論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成片MT8870來完成此功能模塊。有關(guān)MT8870的詳細(xì)介紹請參閱本報(bào)告的附錄部分。2.3軟件模塊經(jīng)過比較，我決定使用AT89C51作為控制的單片機(jī)芯片，具體有關(guān)AT89C51的介紹不在這里累述，其詳細(xì)資料請參閱本報(bào)告的附錄部分。信號(hào)音計(jì)數(shù)本單元可以使用AT89C51的兩個(gè)計(jì)數(shù)器的外部中斷方式來實(shí)現(xiàn)對不同信號(hào)音的計(jì)數(shù)。密碼檢測本單元可以在系統(tǒng)初始化的時(shí)候，在單片機(jī)部的存儲(chǔ)器的部開辟一塊空間放置密碼。當(dāng)用戶輸入密碼的時(shí)候，單片機(jī)把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運(yùn)算比較兩者是否相等。這樣就可以實(shí)現(xiàn)密碼檢測的功能。2.3.3信號(hào)分析處理本單元可以利用查表方式，也可以用簡單的語句，稍微長一點(diǎn)的語句實(shí)現(xiàn)，例如CASE語句等。經(jīng)過翻閱大量的技術(shù)資料，對具體要現(xiàn)的功能進(jìn)行完整的系統(tǒng)分析，我認(rèn)為我的遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本符合實(shí)際情況，可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)所要現(xiàn)的基本功能。第三章硬件單元電路設(shè)計(jì)3.1振鈴檢測電路在線路未來鈴流前，線路由交換機(jī)提供大約48V的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，交換機(jī)發(fā)來鈴流信號(hào)。振鈴信號(hào)為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。在本電路檢測鈴流信號(hào)時(shí)，以五次鈴響為準(zhǔn)，即五次振鈴后無人摘機(jī)，便由單片機(jī)控制自動(dòng)模擬摘機(jī)。原理說明：振鈴信號(hào)通過電容C1隔直、D1穩(wěn)壓二極管、R1限流電阻輸入至光電耦合器4N25的輸入端1口，C1、D1和R1共同組成振鈴信號(hào)變換電路，它們使輸入電壓和電流不會(huì)太大，對后面的光電耦合器起保護(hù)作用。光電耦合器4N25起的是隔離作用，光電耦合器是一種電信號(hào)的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號(hào)加于發(fā)光二極管上，輸出信號(hào)由光敏三極管取出。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。速度高、價(jià)格低、接口簡單。振鈴信號(hào)通過光耦4N25的4腳輸出振鈴正弦波，R2和C2共同組成濾波電路，信號(hào)到了開關(guān)三極管T1的基極就變成了方波。經(jīng)過三個(gè)反向器的整形輸出到單片機(jī)AT89C51的T0/P3.4口，中斷方式釆用外部中斷，計(jì)數(shù)5次產(chǎn)生TO中斷，控制繼電器模擬摘機(jī)，完成振鈴音檢測。原器件選?。?、C1隔直電容，因?yàn)槭沁^濾直流，濾出低頻信號(hào)，而且振鈴信號(hào)的電壓還比較高，因此選取1pF耐壓100V的瓷片電容（由于條件限制，本人用兩個(gè)2pF耐壓60V的電解電容負(fù)極相連代替之）；2、D1為穩(wěn)壓二極管，選取36V的穩(wěn)壓二極管；3、R1是4N25的限流電阻，取33kQ；4、IC1選取光電耦合器4N25；5、R2和C2共同組成振鈴信號(hào)音濾波電路，根據(jù)振鈴的技術(shù)指標(biāo)：頻率25Hz的正弦波，1秒通，4秒斷,t=RC可以推出0.02wt=4（S）。為了使振鈴信號(hào)音輸出很好的方波波形，如圖3.2所示，計(jì)算后選取R2=10kQ，C2=100pF，t=1s；圖3.26、R3和D3共同組成振鈴指示燈，R3=100Q，D3為黃色5mm發(fā)光二極管；7、T1和R4組成模擬開關(guān)電路，T1選取9013，根據(jù)分壓原理和74LS04的低電平有效值，R4取2.9kQ；8、反向器由74LS04中的三組反向器組成，起整流作用；3.2模擬摘掛機(jī)電路設(shè)計(jì)主要思路：根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不論任何機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)W300Q，有“R”鍵的電子機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)W350Q。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流＜5pAo當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，機(jī)通過叉簧接上約300Q的負(fù)載，使整個(gè)線回路流過約30mA的電流。交換機(jī)檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?，完成接續(xù)。根據(jù)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，模擬摘掛機(jī)電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示：模擬摘掛機(jī)電路主要由一個(gè)三極管開關(guān)電路控制繼電器的開關(guān)，繼電器控制接入線兩端的200Q電阻。摘掛機(jī)信令由單片機(jī)通過使TXD/P3.1口變?yōu)楦唠娖綄?shí)現(xiàn)。經(jīng)過兩個(gè)反向器驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D1指示摘機(jī)，同時(shí)改變?nèi)龢O管T1的基極電壓，使T1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而開啟繼電器J1,J1使電阻R3接入線兩端。因?yàn)镽3的電阻為200Q，使回路電流變大，控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)的信號(hào)，交換機(jī)響應(yīng)摘機(jī)信號(hào)，完成線路接通。整個(gè)電路完成自動(dòng)模擬摘機(jī)過程。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，原器件選取如下：1、反向器取74LS04中的兩組反向器;2、R1是摘機(jī)指示燈限流保護(hù)電阻，取220Q；3、D1是摘機(jī)指示燈，取5mm綠色發(fā)光二極管；4、R2是三極管限流電阻，取2kQ；5、T1三極管是起模擬開關(guān)控制繼電器的作用，取9013；6、D2二極管是起繼電器反向保護(hù)的作用，取4001；7、J1是繼電器控制開關(guān)，取JRC4001F（DC5V）；8、R3是摘機(jī)電阻，取200Q；3.3雙音頻解碼原理簡介：雙音多頻DTMF信號(hào)解碼電路由MT8870（簡介詳見附錄）主要承擔(dān)。MT8870的連線如圖3.4所示，它的2、3腳接收來自機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高，低音頻信號(hào)分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（11~14腳）輸出相對應(yīng)的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4~Q1連到AT89C51的P1口的P1.4~P1.7,CPU經(jīng)P1口識(shí)別4位代碼。按鍵與相應(yīng)譯碼（Q4~Q1）輸出見附錄。其中，A，B，C，D4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P,REDIAL,HOLD,HANDSFREE等功能使用。注意，需要特別指出的是，對于“0”，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字，MT8870輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。有些技術(shù)資料會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，包括比較權(quán)威的手冊，所以我是在實(shí)驗(yàn)中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù)后，才把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于程序當(dāng)中。為了使單片機(jī)AT89C51獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的/INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼。而無效的雙音頻信號(hào)（線路雜音、人們的語音信號(hào)等）是不會(huì)引起MT8870的STD端變化的。DTMF接收器的外圍電路如圖3.4所示。其中，接在電源處的電容對抗干擾有一定的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，存在這樣一個(gè)問題：MT8870的使能控制端不允許中斷時(shí)，將使MT8870的STD端中斷關(guān)閉。其解決辦法是，將STD端接與非門的一輸入，與非門的另一輸入端接一不定電平端P。當(dāng)STD有效（即中斷開放）時(shí),P=1則/INT0中斷關(guān)閉；P=0時(shí)則/INT0中斷允許。本單元元器件列表：1、D1、D2、D3、D4共同組成整流電路，選取4001；2、R1和R2是輸入平衡電阻，取100KQ,C1隔直電容,取0.1pF；3、芯片外部晶振選擇3.579MHz；4、IC1是雙音頻解碼芯片，選取MT8870；5、C2選取0.1pF；6、R3是輸出平衡電阻，選取100KQ；7、反向器選取74LS04的一組反向器；信號(hào)音提示電路原理說明：為了方便本系統(tǒng)的使用者，本人設(shè)計(jì)了信號(hào)音提示音電路，如圖3.5。首先我規(guī)定了信號(hào)音的規(guī)以及其對應(yīng)含義：1、響1聲，頻率為500Hz:請輸入密碼;2、響2聲，頻率為500Hz:請輸入需要控制的電器號(hào)；3、響3聲，頻率為500Hz:請輸入控制開/關(guān);4、響1聲，頻率為1000Hz:完成操作;5、響3聲，頻率為1000Hz:密碼錯(cuò)誤；信號(hào)音從單片機(jī)89C51的RXD/P3.0口輸出，先經(jīng)過一組反向器進(jìn)行整流、隔離，從反向器輸出的是頻率一定，時(shí)通時(shí)斷的方波，提示信號(hào)經(jīng)過隔直電容C1輸入到音頻放大集成電路LM386N-1的輸入端。經(jīng)過LM386N-1的放大，信號(hào)音經(jīng)耦合電容C5至變壓器T1，它是音頻輸出專用的耦合變壓器，正好符合阻抗匹配的要求。本電路比較難點(diǎn)在于耦合變壓器T1的選取。因?yàn)榫€中直流電壓比較高，而且還有各種信號(hào)音，這些都會(huì)影響到語音信號(hào)加載到線上，因此本裝置使用一個(gè)耦合變壓器作為隔離器件。這個(gè)耦合變壓器的阻抗匹配問題是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)初我查閱有關(guān)資料并沒發(fā)現(xiàn)具體參數(shù)。后來看到可以郵購這種語音專用耦合變壓器，其具體性能都很優(yōu)秀，但是價(jià)格太高，不符合我的設(shè)計(jì)原則（元器件便宜），因此棄置不用。到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的后期，本裝置的基本功能已經(jīng)完成，音反饋的問題又重新提到議事日程上來了。經(jīng)過我不懈的努力，終于在電子市場上發(fā)現(xiàn)了體積很小的專用耦合變壓器，價(jià)格只有2元。這種耦合變壓器分兩種，一種是輸入，一種是輸出，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明輸入用的耦合變壓器反饋語音性能比較好，其體積大約是10mmx10mmx8mm。音頻放大集成電路LM386的連接比較簡單，本裝置的使用是LM386放大增益為50dB的連接方式。原器件選?。?、反向器選取74LS04中的一組反向器；2、C1的是對音頻信號(hào)起隔直耦合的作用，所以取100pF的電解電容，耐壓性能無特殊要求；3、IC1、R1、R2、C2、C3、C4和C5共同組成音頻放大電路,IC1選取LM386N-1，R1取1kQ，C2取10pF的電解電容，C3取10pF的電解電容，R2取1kQ，C4取10pF的電解電容，C5取100pF的電解電容；4、T1是音頻輸出專用變壓器；電器控制電路原理說明：本單元電路主要是由譯碼擴(kuò)展電路、反向電路、D觸發(fā)器和繼電器控制電路組成。電路圖如圖3.6所示。首先，單片機(jī)AT89C51從P1口的低四位輸出四位控制信號(hào)。P1.0、P1.1、P1.2作為三位數(shù)據(jù)線，P1.3作為使能控制信號(hào)，一同加在3-8線譯碼器的輸入端。當(dāng)使能端有效時(shí)，三位數(shù)據(jù)線經(jīng)過譯碼器數(shù)擴(kuò)展為八位數(shù)據(jù)線。這八位數(shù)據(jù)連接八個(gè)反向器進(jìn)行整流隔離，然后連接D觸發(fā)器進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存。每個(gè)D觸發(fā)器的輸出端都控制一路繼電器，而每一路繼電器也控制一路電器的開關(guān)。二極管指示燈并聯(lián)在開關(guān)三極管兩段作為電器開關(guān)指示。這樣就可以完成單片機(jī)對多路電器的控制。也可以把P1口的八位都用作控制電器，數(shù)據(jù)輸入口改在P2口。圖3.6所示的為一路電器控制電路圖，在本裝置中一共有八路電器可以控制，其它電器控制相同。元器件選?。?、3-8線譯碼器選取74LS138P；2、反向器選取兩片74LS04（每一片有六個(gè)反向器）中的九個(gè)反向器；3、觸發(fā)器選取四片4013（每一片有兩個(gè)D觸發(fā)器）；4、三極管選取八個(gè)9013；5、二極管起保護(hù)作用，選取八個(gè)4001；6、指示燈選取八個(gè)紅色5mm發(fā)光二極管；7、指示燈限流電阻選取八個(gè)1kQ的電阻；8、三極管的限流電阻選取八個(gè)2kQ的電阻；9、繼電器選取八個(gè)JRC-4100FDC5V繼電器；第四章軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計(jì)數(shù)、控制摘掛機(jī)、雙音頻信號(hào)分析處理、控制電器、信號(hào)音提示等部分。每個(gè)功能模塊對于整體設(shè)計(jì)都是非常重要的，單片機(jī)T89C51通過軟件程序才能很好的對外部的信息進(jìn)行采集、分析和決策。下面，就整體設(shè)計(jì)以及每個(gè)單元功能模塊分別進(jìn)行說明。整體流程圖：4.1信號(hào)音發(fā)聲部分本功能模塊主要是產(chǎn)生信號(hào)提示音，方便不同的使用者。根據(jù)普通人耳的反應(yīng)頻率為20Hz至20KHZ的圍，和CCITT規(guī)定的話音信號(hào)的頻率圍是300Hz至3400Hz，我在本功能單元的發(fā)聲頻率定為500Hz和1000Hz兩種。主要分為五種提示音：1、低音，表示裝置已經(jīng)摘機(jī)，請輸入密碼，其參數(shù)：頻率f=500Hz，延時(shí)t=0.5秒/聲；2、兩聲低音，表示密碼已經(jīng)通過，請選擇電器，其參數(shù)：頻率f=500Hz,延時(shí)t=0.5秒/聲；3、三聲低音，表示電器已經(jīng)選定，請控制（開/關(guān)），其參數(shù)：頻率f=500Hz,延時(shí)t=0.5秒/聲;4、三聲高音，表示密碼輸入錯(cuò)誤，其參數(shù)：頻率f=1000Hz，延時(shí)t=0.3秒/聲;5、一聲高音，表示控制已經(jīng)完成，其參數(shù)：頻率f=1000Hz，延時(shí)t=0.3秒/聲;提示音發(fā)生是使用有限循環(huán)，反復(fù)使單片機(jī)的RXD口的電平反轉(zhuǎn)，從而形成方波信號(hào)。子程序代碼：ORG1100HRING10:MOVR6，#20;inputpasswordRING11:MOVR7，#20;800HzRING12:LCALLDL10;sound=1CPLP3.0;delay=0.5sDJNZR7，RING12DJNZR6，RING11CLRP3.0RETORG1150HRING20:MOVR3，#03RING21:MOVR6，#20;passwordwrongRING22:MOVR7，#20;1600HzRING23:LCALLDL20;sound=3CPLP3.0;delay=0.25sDJNZR7，RING23DJNZR6，RING22CLRP3.0MOVR7，#200RING24:LCALLDL10DJNZR7，RING24DJNZR3，RING21CLRP3.0RETORG1200HRING30:MOVR3，#02RING31:MOVR6，#20;selectRING32:MOVR7，#20;800