基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的電話遙控器

原器件選取：

1、C1隔直電容，因?yàn)槭沁^(guò)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1μF耐壓100V的瓷片電容（由于條件限制，本人用兩個(gè)2μF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33 kΩ；
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)電話振鈴的技術(shù)指標(biāo)：頻率25Hz的正弦波，1秒通，4秒斷，τ=RC可以推出0.02≤τ≤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=10kΩ，C2=100μF，τ=1s；

圖3.2
6、R3和D3共同組成振鈴指示燈，R3=100Ω，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2.9 kΩ；
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

電話遙控器設(shè)計(jì)主要思路：
根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不論任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤300Ω，有“R”鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)≤350Ω。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流≤5μA。
當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)通過(guò)叉簧接上約300Ω的負(fù)載，使整個(gè)電話線回路流過(guò)約30mA的電流。交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(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)，繼電器控制接入電話線兩端的200Ω電阻。摘掛機(jī)信令由單片機(jī)通過(guò)使TXD/P3.1口變?yōu)楦唠娖綄?shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)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接入電話線兩端。因?yàn)镽3的電阻為200Ω，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)，完成電話線路接通。整個(gè)電路完成自動(dòng)模擬摘機(jī)過(guò)程。

圖3.3
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220Ω；
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2kΩ；
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JRC 4001F(DC5V)；
8、 R3是摘機(jī)電阻，取200Ω；

3.3 雙音頻解碼

原理簡(jiǎn)介：

雙音多頻DTMF信號(hào)解碼電路由MT8870（簡(jiǎn)介詳見(jiàn)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(lái)自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)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(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（11~14腳）輸出相對(duì)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。電話按鍵與相應(yīng)譯碼（Q4~Q1）輸出見(jiàn)附錄。其中，A，B，C，D 4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(duì)于“0”號(hào)碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字號(hào)碼，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(cè)，所以我是在實(shí)驗(yàn)中，記錄下測(cè)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，

圖3.4

STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼。而無(wú)效的雙音頻信號(hào)（電話線路雜音、人們的語(yǔ)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(duì)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(wèn)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100KΩ,C1隔直電容，取0.1μF；
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0.1μF；
6、 R3是輸出平衡電阻，選取100KΩ；
7、 反向器選取74LS04的一組反向器；

3.4 信號(hào)音提示電路

原理說(shuō)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)范以及其對(duì)應(yīng)含義：
1、 響1聲，頻率為500Hz：請(qǐng)輸入密碼；
2、 響2聲，頻率為500Hz：請(qǐng)輸入需要控制的電器號(hào)；
3、 響3聲，頻率為500Hz：請(qǐng)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(guò)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(guò)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(guò)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)殡娫捑€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(yǔ)音信號(hào)加載到電話線上，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(wèn)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(méi)發(fā)現(xiàn)具體參數(shù)。后來(lái)看到可以郵購(gòu)這種電話語(yǔ)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(wèn)題又重新提到議事日程上來(lái)了。經(jīng)過(guò)我不懈的努力，終于在電子市場(chǎng)上發(fā)現(xiàn)了體積很小的電話專用耦合變壓器，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(guò)實(shí)驗(yàn)表明輸入用的耦合變壓器反饋語(yǔ)音性能比較好，其體積大約是10mm×10mm×8mm。
音頻放大集成電路LM386的連接比較簡(jiǎn)單，本裝置的使用是LM386放大增益為50dB的連接方式。

圖3.5
原器件選?。?BR>1、 反向器選取74LS04中的一組反向器；
2、 C1的是對(duì)音頻信號(hào)起隔直耦合的作用，所以取100μF的電解電容，耐壓性能無(wú)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1kΩ，C2取10μF的電解電容，C3取10μF的電解電容，R2取1kΩ， C4取10μF的電解電容，C5取100μF的電解電容；
4、 T1是音頻輸出專用變壓器；
3.5 電器控制電路

原理說(shuō)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(guò)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(duì)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。

圖3.6
元器件選?。?BR>1、3-8線譯碼器選取74LS138P；
2、反向器選取兩片74LS04（每一片內(nèi)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（每一片內(nèi)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)1kΩ的電阻；
8、三極管的限流電阻選取八個(gè)2kΩ的電阻；
9、繼電器選取八個(gè)JRC-4100F DC5V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(cè)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(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要的，單片機(jī)T89C51通過(guò)軟件程序才能很好的對(duì)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(shuō)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的范圍，和CCITT規(guī)定的電話話音信號(hào)的頻率范圍是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(qǐng)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(guò)，請(qǐng)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(qǐng)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；