單總線單片機多機通訊系統(tǒng)設(shè)計

　　傳統(tǒng)的多機通訊系統(tǒng)一般需要四條線完成：

　　1.電源線；2.地線；3.發(fā)送信號線；4.接收信號線。然而，對于主機和分機距離較遠(yuǎn)、分機臺數(shù)較多的系統(tǒng)，采用四線制的經(jīng)費投入較大，安裝起來也頗困難?；谶@一問題，本文結(jié)合為某醫(yī)院研制的既有模擬信號（語音）又有數(shù)字信號的傳輸呼叫系統(tǒng)，提出用單總線實現(xiàn)多機通訊，并給出了一個完整的技術(shù)方案。

　　1 單總線制多機通訊系統(tǒng)的總線設(shè)計方案

　　本設(shè)計實現(xiàn)的多機呼叫系統(tǒng)的主要功能是：分機呼叫主機，利用單片微機向主機發(fā)送數(shù)字呼叫信息，主機響應(yīng)后，顯示出呼叫的分機號，打開主機和分機的模擬通道進行主機與分機的對講；主機呼叫某分機，主機部分輸出分機號，直接打開相應(yīng)分機的模擬通道，進行分機與主機的對講；群呼，主要逐一發(fā)送打開所有分機的數(shù)字信息，數(shù)秒之內(nèi)打開所有分機的模擬通道，主機向各分機傳送語音信號。用單總線制實現(xiàn)這種多機通訊的核心問題是電源、地線和信號線如何分配，如何進行信號的雙向傳輸，如何解決它們之間的相互干擾。作者將信號（包括數(shù)字信號和模擬信號）和電源共用一根線，另一線為地線——單總線制。在電路結(jié)構(gòu)和技術(shù)上，采用電源隔離電路，極大限度地減小電源濾波對信號的影響；用消側(cè)音電路完成對模擬信號的處理。主機電路原理框圖如圖1所示。

　　當(dāng)主機需要與某機通話時，操作者拿起話筒，通過常用的電話機鍵盤撥號，顯示器顯示出被呼叫的分機號，同時，將數(shù)字信號發(fā)送到總線，分機接到數(shù)字信號并確認(rèn)主機要求通話時，接通模擬通道。主機的語音信號經(jīng)功放、單總線到分機的功放推動揚聲器。分機的語音信號經(jīng)功放放大、消側(cè)音電路、單總線到主機的功放推動揚聲器或聽筒。通話完畢，主機掛斷，與此同時，主機的微機發(fā)出停止顯示信號和分機掛斷信號，顯示器熄滅，分機接到掛斷信號后，使分機的模擬通道的地懸浮，從而完成了一次通話過程。

　　在主機需要與各分機同時接通時，例如醫(yī)院里需要把某件事通知所有病床時，如果用鍵盤逐一撥通分機，就不可思議了。本設(shè)計考慮到這方面的問題，只要操作者按動群呼鍵，可在數(shù)秒之內(nèi)接通各分機實現(xiàn)群呼。

　　在分機需要與主機通話時，按一下通話按鍵（分機僅此一按鍵），單片微機發(fā)出數(shù)字信號，經(jīng)單總線送到主機的單片微機。主機單片微機接到信號后，顯示分機號碼，判斷話機是否掛斷，若為掛斷狀態(tài)，則循環(huán)判斷直至話機掛起，拿起話筒后，主機立即向相應(yīng)的分機發(fā)出允許通話的信號，分機接通模擬通道便可進行通話，通話完畢，話筒掛斷，主機向分機發(fā)送掛斷信號，分機將模擬通道的地懸浮。這樣，既節(jié)約了電能又不影響佞機部分人員的正常工作。

　　通訊的優(yōu)先級，對于醫(yī)院的重病號、機關(guān)的要害部門等，在呼叫系統(tǒng)中必須優(yōu)先考慮。在本設(shè)計中，在主機接到眾多的呼叫信號后，首先判斷優(yōu)先級，接通優(yōu)先級最高的分機通話，而后逐步與低優(yōu)先級的分機通話。

　　2 電源隔離

　　在單總線制多機通訊系統(tǒng)中，數(shù)字信號、模擬信號和電源共用一條線，如果不采取措施，交變的數(shù)字信號和模擬信號將被電源的濾波電容器吸收。在本設(shè)計中，未加電源隔離電路時，交變的5V信號經(jīng)傳輸線到分機后僅有10mV。采用如圖2所示隔離電路后，信號傳到分機大于250mV，信號的衰減程度得到明顯改善。圖中的二極管、三極管、穩(wěn)壓管、電感和電阻的隔離電路用于主機，而分機只需一只電感和一只二極管即可。

　　3 模擬信號處理電路

　　單總線既要發(fā)送語音信號，又要接收語音信號，勢必形成環(huán)流。為了解決講話時聽到自己的聲音（稱為側(cè)音），采取了消側(cè)音措施。一般地，消側(cè)音有種方法：一種是橋式消側(cè)電路；另一種是相位抵消法的消側(cè)音電路，后者效果更佳?？紤]到一臺主機和多臺分機的成本調(diào)試因素，故主機部分采用相位抵消消側(cè)音電路，分機則用橋式消側(cè)音電路。

　　相位抵消消側(cè)音電路如圖3所示，該電路由三個運算放大器及相應(yīng)的電阻、電容和電位器組成。由總線來的分機信號經(jīng)RW1、F3至功放，主機的話筒信號一路經(jīng)功放1、總線、RW1至F3的同相輸入端，另一路經(jīng)F1、F2、RW2至F3的反相輸入端。調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腒、C、RW1、RW2值可使主機的話筒信號在F3輸出端接近零伏，從而側(cè)音被消除。

　　橋式消側(cè)音電路如圖4所示。整個電路由國個晶體管（語音發(fā)送放大）及R、C元件組成，圖中ZL為外線路的等效阻抗。當(dāng)該分機發(fā)送話機信號時，由三極管發(fā)射極輸出單頻信號電流，國路經(jīng)外線ZL和電阻R3再加到三極管的發(fā)射極形成電流環(huán)路；另國路則經(jīng)R1、C1、R2和C2形成電流環(huán)路。若電橋平衡，即

ZL（R2-j1/ωC2）=R3(R1-j1/ωC1)則Vc0=0

　　由于后級功放的輸入信號為零，故揚聲器不發(fā)聲，側(cè)音被消除。主機通過總線來的模擬信號，經(jīng)R1、C1和RC到電壓放大器進行電壓放大再進行功率放大。