基于电话网络的智能家电控制系统的设计

1摘 要本文详细地叙述了基于公众电话网络的智能家居控制系统的设计过程。文中探讨了利用现有的电话网络作为信号传输线路来实现设计目的的可行性，采用 AT89S52 作为系统主控芯片，控制系统中各种信号的接收与处理；采用MT8880 来处理电话线路中所传输的双音多频信号；同时辅以语音提示电路及其他单元电路从而使得系统设计更加人性化。关键词：电话网络，智能控制，DTMF，语音提示2The Smart home control design based on the PSTN AbstractThis article describes in detail the public telephone network-based intelligent home control system design process. The article discusses the use of the existing telephone network as a signal transmission line is designed to achieve the feasibility of using AT89S52 chip control as a system, control system, a variety of signal reception and processing; MT8880 to deal with the use of telephone lines in the transmission DTMF signal; circuit at the same time with voice prompts and other units in order to make circuit design more user-friendly system. The article focuses on AT89S52 MCU and DTMF signal processing circuit of the interface between the control methods.Key words: PSTN, Intelligent control, DTMF, Voice prompts3目 录1 引言 .12 总体设计方案 .22.1 系统设计要求 .22.2 系统总体设计可行性分析 .32.3 信息传输方案选择 .32.4 核心控制方案的选择 .42.5 DTMF 信号处理方案的选择 .42.6 电器控制方案选择 .53 系统总体框图 .54 系统硬件设计 .64.1 核心控制及接口电路 .64.1.1 AT89S52 外形图 .64.1.2 AT89S52 引脚功能 .64.2 DTMF 双音多频编/ 解 码电路 .84.2.1 DTMF 信号介绍 .84.2.2 DTMF 信号的特性 .94.2.3 DTMF 信号的应用 .94.2.4 DTMF 收发模块 .104.2.5 DTMF 编解码电路 .134.3 语音提示电路设计 .144.3.1 语音芯片介绍 .144.3.2 语音提示电路原理图 .164.4 振铃检测电路设计 .164.5 模拟摘挂机电路 .174.6 电器控制电路设计 .185 系统软件设计 .196 结束语 .19致谢 .19参考文献 .20附录 1 系统总体设计原理图 .21附录 2 系统软件设计流程图 .22附录 3 软件程序清单 .2411 引言随着现代信息、网络、计算机、控制技 术的飞速发展，智能化家庭已经成为现实。通 过家居智能化技术 ，实现家庭中各种与信息技术相关的通讯设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术连接到一个家居智能化系 统上进行集中或异地的监视、控制和家庭事 务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。家居智能化所提供的是由一个家居智能化系统 构成的高度安全性、生活舒适性和通讯快捷性信息化与自动化居住空间，从而满 足 21 世纪信息社会中人们追求的快节奏的工作方式，以及与外部世界保持安全开放的生活环境。就现阶段而言，由于受到传输媒体、网 络平台、集成系统以及家庭实际消费能力的制约， 还无法实现真正意 义上的家居智能化系统 。我们现在需要做的， 应该是完成目前智能化系统中条件已经成熟的系统，同时预 留相应物理接口。当条件成熟时无需重新改造即可实现系统的升级和集成。首先让我们来感受一下家居智能化带来的舒适和情趣:（1）早晨起床时间一到，卧室音响设备就会自动播放主人爱听的“ 起床曲”唤醒主人，并自动开启窗帘，卧室卫生间的电灯也会在主人进入梳洗时自动亮起;（2）厨房的咖啡壶自动煮水，等主人出来时，就有 热腾腾的咖啡等着他;（3）在客厅里，主人只需轻轻按动手持触摸终端，就可以十分方便的控制家中所有带红外遥控器的设备，可以通 过家庭影院系统播放 电视节目、v0D 点播、DVD 播放、上网 查询邮件和当天的重要新 闻;可以监控所有的设备，查看是否有报警发生、窗 户是否关好、窗帘是否拉上等;可以对所有家电进行统一控制; 可以控制摄象机云台，对家庭内外的情况 进行监视，并且如果有警情发生， 摄象机会立即转向警情发生地点，同 时电视机也将切换到 AV，显示警情。（4）三表(水、电、气)数据远程抄送;（5）当主人出门后，家居智能化系统就会自动/手动 地启动安全保卫系统，一旦有人非法进入住宅或发生意外事故(如;火灾、煤气泄漏、老人疾病 紧急求助)，系统就会立即自动通知主人的电话、手机，并报 110。主人接到 报警后，可以通过公用电话网连接家居智能化系统，远程观察并遥控，迅速作出反应;（6）主人回到家中，车库门自动打开， 车库中照明灯自动开启;（7）主人用膳完毕，进入书房，登上信息高速公路，上网 查询邮件和当天的重要新闻;（8）到了晚上睡眠时间，系统自动开启轻音乐，关 闭住宅内强光源一段时间后，音乐 随后自动关闭， 电源进入节能状态;经过市场调查分析，我们对国际及国内的家居智能化现状有了一个深入的了解，目前情况如下:2（1）就网络构成来讲有两种方式:集中式和总线式集中式网络由一个主控制器和诸多的终端组成，形成严格的主从关系。由主控制器对每个终端的信号进行识别和控制。 这样做的好 处是控制指令简单易懂，多数指令可以由单独的“0” 和“1”来完成。但这种方式存在的一个最大缺点就是网络布线极其繁琐。由于集中式控制而形成了星型网络，就必须从主控制器向每一个终端包括传感器(哪怕是最小的无源器件门磁)、驱动 模块、红外模块等布至少一条线， 这样遍布家庭内部就形成了一个星型的巨大网络，给安装施工带来了极大的不便。总线制网络即在一条总线上挂接(并联)很多不同的终端，以既定的通讯协议进行相互之间的信息传递。采用总线式的优势在于组网灵活，不必要向集中式那样呈星型分布最后形成一个星型网络，而是只需要将 总线围绕 家庭转一周，所有终端可以在相应的任何位置并入总线，这样就省却了相当大一部分的布 线工程和费用，且 组网灵活。缺点在于每个终端必须要有自己的控制器和接口芯片， 这无疑又增加了成本费用。（2）就网络类型来讲：目前的类型多种多样。常用的有 Lonworks、CAN、M一 BUS、RS485、以太网、公用电话网、无线方式以及各公司自身开 发的网络如APBUS、Homenet、Homebus 等。这些网络的共同特点是都要配置自身的网 络接口芯片或固化通信协议的芯片才能工作。随着 传输速率的提高，各种高速网也相继出现，但相 应的控制器和网 络接口芯片价格也随之提高。而家庭内部没有大的数据量需要传输，并且不需要复 杂的协议，所以并没有必要使用高速网。智能家居的方案及实现（3）就实现功能来讲：智能家居的方案在功能上大同小异，只要能想到的，方案里能找到，但是有些却因技术原因还未达到。（4）价格：价格偏高，目前一般家庭还难以接受， 这也是智能家居没有进入一般家庭的主要原因。2 总体设计方案2.1 系统设计要求电话远程家庭智能控制系统（以下简称控制系统）的功能以确定设计具体要求如下： （1） 控制系统能通过电话终端通信设备对异地电器实现智能控制。 （2） 控制系统可以实现自动模拟摘机，以实现双方通信。 （3） 控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储。（4） 控制系统有语音提示，以方便主人操作。32.2 系统总体设计可行性分析 根据电话远程智能遥控系统的具体设计要求： 1 通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）； 2 控制器可以实现自动模拟摘挂机； 3 控制器设置密码校验； 设计此系统必须具有以下单元功能模块： 1 铃音检测、计数；2 自动摘挂机；3 密码校验； 4 在线修改密码； 5 双音频信号解码； 6 输入信息分析； 7 控制电器开关；8 电器状态查询； 9 忙音检测； 根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，我结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下。 理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音 频信号解码等功能模块。 自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。 振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密 码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。2.3 信息传输方案选择方案一：基于 GSM 的控制系 统。 这种方案中我们可以使用现有的 GSM 网络作为信息传递的途径，用户 可以通过收发短讯息来实现控制目的。由于 GSM 网络的建设已经非常成熟，因而采用这种方式可以使得系统的功能强大，资源丰富，软件程序的设计会变得简单可靠。但是这种方案成本较高，同时由于我国的现有国情的制约，手机的使用受众 远没有那么普及，并且存在众多的民众不会发短信，因而采用此种控制方式时， 产品的普及率会大大的降低。目前情况下我们暂不考虑这种方案。4方案二：基于公众电话网络的控制系统。目前，我国的固定电话的普及已经达到了千家万户，电话网络 的铺设也已经走进了众多的家庭，因此采用此种信息传递方式不需要再做其他的工作便可以在大多数地区实现智能控制的目标。此方案的建设成本相对来说也比较小。另外关于电话方面的各种信号的规定也较为详细，在控制电路中也容易 实现。方案三：基于电力线网络的控制系统。虽然说现在电力线也已经铺设到了我们的家里，但要在电力线上 实现信号的传递还是有一定的难度，并且也有一定的危险性与不确定性，另外，要在电力线上实现信号的 传递还需要专门的芯片，此种芯片的价格一般比较昂贵，不宜进行大规模的普及与应用。综上所述，本设计采用方案二来实现。2.4 核心控制方案的选择本设计中各种信号的处理与控制是该系统中的核心部分，正确选择合适控制方式将关系到整个项目设计的成败。目前控制方式众多，我们将对几种常用的控制方式进行评估，以便选择 合适的方案。方案一：基于 ARM 的嵌入式系统。 这种方案中我们 可以使用现有的操作系统（COS-II），在系统的基础上进行应用程序的开发 。由于 ARM 处理器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，并且由于使用了操作系统， 应用程序的设计会 变得简单可靠。但是 这种方案成本较高，同 时使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前情况下我们不考虑这种方案。方案二：基于单片机构成的系统。目前单片机已非常普遍，基于此单片机内核的外围芯片也有众多供应厂商。例如，国内宏晶科技的 STC 系列，ATMEL 公司的 AT89S52 系列。这些 单片机都有丰富的片上资源，一般都不需要外扩其他器件就可以构成一个完整的系统。片上系统的优点在于减小了布线的麻烦，提高了系统的整体性能。通过对比以及资料的查找，我们发现 AT89S52 有众多的用户，资料介绍比较全面详细。网络上也有很多 电子爱好者对此比较感兴趣，讨论的话题比较多，更有很多调试笔记等可以参考。因此我们考虑选用单片机作为主控核心模块，这样风险较小，成功率较高，遇到问题方便解决。2.5 DTMF 信号 处理方案的 选择本设计中如何对 DTMF 信号进行处理及控制也是非常关键的部分，选择恰当的处理模块可以极大的帮助我们实现设计目标，并且易于进行电路调试。方案一：采用 MT8870 作为处理芯片。MT8870 可以很方便的实现对 DTMF5信号的接收，电路控制方面无需再加其他的电路就可以实现对 DTMF 信号的接收与处理，可以在一定程度上简化电路的设计，使 设计变得简洁明快。但是，由于此芯片只能实现对 DTMF 信号的接收，所以必 须 在考虑用另外一片芯片来完成 DTMF 信号的发送。这 在无形中又使得设计变得复 杂化。方案二：采用 MT8880 作为处理芯片。MT8880 可以称得上是 MT8870 的升级产品，利用此芯片通过单 片机的控制就可以很方便的 实现对于 DTMF 信号的接收与发送，因此说在设计时 只需要考虑如何实现其与 单片机之间的连接就可以了，因此说采用此设计可以起到事半功倍的 设计效果。 综上所述，我设计信号音检测、自 动摘挂机、控制 电 器、双音频解码、语音录放等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在 线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。2.6 电器控制方案选择电器控制部分的设计决定了控制系统的可靠性，控制系统的目的就是能实现电器的智能控制。 目前常用的电器控制电路有继电器控制、双向晶闸管控制、固态继电器控制等。 继电器控制可控制大功率电器，技术成熟，性价比高，但燥声大，电磁兼容性不好。 双向晶闸管控制是近年来电器控制领域的一个新秀，主要用于交流调压和变流和变频产品中，大功率双向晶闸管控制性价比低，需要专门的驱动电路。可靠性和过载能力不理想。 固态继电器是一种新型电子器件，一般用于小功率电器的控制，其性价比高，由于其采用过零点触发和关断，所以对其它的电器没有干扰。 由于控制系统主要控制对象是家用电器，一般的家用电器功率不是很大，但总要求控制系统不能或很小干扰对其它家用电器。从性价比和电磁兼容性方面考虑决定控制系统的电器控制部分采用固态继电器控制3 系统总体框图为实现控制系统的功能，完成设计要求，采用模 块化结构， 设计电话远程家庭智能控制系统主要由单片机主控部分、双音频解码部分、电话接口电路和语音提示部分组成。单片机主控部分主要完成信息处理和记录、控制调度其它部分正常工作、如电器的控制、密码校对和修改等工作。双音多频解码部分对用户从远端发送来的DTMF（双音多频）信号进行解码，解 码 后的信号送给单片机进行处理。电话接口电路主要完成振铃信号检测、模拟摘挂机、语音发送等。 语音提示部6分发出语音提示信号，以实现人机互交式操作界面。 根据设计要求及方案论证，系统终端硬件电路方框图如图 1 所示。图 1 系统终端硬件电路方框图在图 1 所示的方框图中，单片机系统包括 AT89S52、掉电存储芯片AT24C04。DTMF 编/解码电 路通过单片机接口以总线的方式与单片机连接。这样在进行编程的时候只需要在程序中把要使用的接口加以定义即可。4 系统硬件设计4.1 核心控制及接口电路4.1.1 AT89S52 外形图图 2 AT89S52 的管脚排列4.1.2 AT89S52 引脚功能用 户电话机 家电控制切换电路单片机控制DTMF编/解码电路语音电路模拟摘/挂机电路 家电控制电路家 电控制输入电路用户密码及信息存储电路信号放大电路振铃检测电路电话外线1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 30-Apr-2009 Sheet of File: F:MCUGSM_V1.1GSMSMS.ddbDrawn By:P0.7 32P0.633P0.5 34P0.4 35P0.336P0.2 37P0.1 38P0.039VCC 40P2.0 21P2.122P2.2 23P2.3 24P2.425P2.5 26P2.6 27P2.728ALE/PROG 30PSEN 29EA/VPP31P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.5/MOSI6P1.6/MISO7 P1.7/SCK8REST9 P3.0/RXD10P3.1/TXD11 P3.2/INT012P3.3/INT113 P3.4/T014P3.5/T115 P3.6/WR16P3.7/RD17 XTAL218XTAL119 GND20U1 AT89S527VCC：电 源电压GND：地RST：复位输 入。当振 荡器工作 时，RST 引脚出现两个机器周期的高 电平将使单片机复位。ALE/ ：当 访问外部存 储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存PROG地址的低 8 位字节。当在 Flash 编程时还可以作为编 程脉冲输出（ ）。PROG一般情况下，ALE 是以晶振频率的 1/6 输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。当 AT89C52 执行外PSEN部程序存储器的指令时，每个机器周期 两次有效，除了当访问外部数据存PSEN储器时， 将跳过两个信号。/VPP：外部 访问允许。 为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从A0000H 到 FFFH 单元的指令， 必须同 GND 相连 接。需要主要的是，如果加密A位 1 被编程，复位时 EA 端会自动内部锁存。当 执行内部 编程指令时， 应该接EA到 VCC 端。XTAL1：振荡 器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。XTAL2：振荡 器反相放大器的输出端。单 片 机 的 复 位 状 态 ：单 片 机 的 复 位 都 是 靠 外 部 电 路 实 现 的 ，在 时 钟 电 路 工作 后 ，只 要 在 单 片 机 的 RST 引 脚 上 出 现 24 个 时 钟 震 荡 脉 冲 2 个 机 器 周 期 以上 的 高 电 平 ，单 片 机 便 实 现 初 始 化 状 态 复 位 。为 了 保 证 应 用 系 统 可 靠 地 复 位 ，在 设 计 复 位 电 路 时 ，通 常 使 RST 引 脚 保 持 10ms 以 上 的 高 电 平 。P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，作为输出口用时，每个引脚能驱动 8 个 TTL 逻辑门电 路。当对 0 端口写入 1 时 ，可以作为高阻抗输入端使用。当 P0 口访问 外部程序存储 器或数据存储器时，它 还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0 口具有内部上拉电阻。在 EPROM 编程时，P0 口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。P1 口：P1 口是一带有内部上拉 电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 口的输出缓冲能接受或输出 4 个 TTL 逻辑门电 路。当对 P1 口写 1 时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输 入端使用。当作 为输入端使用时， P1 口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（I IL）。P2 口：P2 是一带有内部上拉 电阻的 8 位双向的 I/O 端口。P2 口的输出缓冲能驱动 4 个 TTL 逻辑门电 路。当向 P2 口写 1 时，通过内部上拉电阻把端口拉到8高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因 为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I IL）。P2 口在访问外部程序存 储 器或 16 位地址的外部数据存储器（例如 MOVX DPTR）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在 这种情况下，P2 口使用强大的内部上拉电阻功能当输出 1 时。当利用 8 位地址线访问外部数据存储器时（例 MOVX R1） ,P2 口输出特殊功能寄存器的内容。当 EPROM 编程或校验时， P2 口同时接收高 8 位地址和一些控制信号。P3 口：P3 是一带有内部上拉 电阻的 8 位双向的 I/O 端口。P3 口的输出缓冲能驱动 4 个 TTL 逻辑门电 路。当向 P3 口写 1 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此 时可以用作输入口。作为输入口，因 为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I IL）1。P3 口同时具有的多种特殊功能，具体如下表所示：表 1 P3 口的第二功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口)P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0 (外部中断 0)P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0）P3.5 T1（定时器 1）P3.6 （外部数据存储器写选通）WRP3.7 （外部数据存储器都选通）D4.2 DTMF 双音多 频编/ 解码电路4.2.1 DTMF 信号介绍DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信号是音频电话的拨号信号。由美国AT&T 贝尔实验 室研制，双音多频信号编码技术易于识别，抗干扰能力强，发号速度快，且比用 modem 进行远程传输的方法更为经济实用，因此这种拨号方法取代了传统的脉冲拨号。电话中的双音多频信号有两种用途：一是用于双音多频信号的拨号，去控制交换机接通被叫的用户电话机；二是利用双音多频信号遥控电话机各种动作，如播放留言，语音信箱。这些都离不开 DTMF 信号的 产生。94.2.2 DTMF 信号的特性DTMF 是由低频组(fb) 和高频组(fa)两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个叠加而成。根据 CCITT 的建议，DTMF 的编译码定义如表 2 所示。表 2 电话拨号数字对应的高低频率组高频组/Hz数字键盘 1209 1336 1477 1633697 1 2 3 A770 4 5 6 B852 7 8 9 C低频组/Hz941 0 # D可用下式表示：F(t)=A_asin(2f_at+A_bsin(2f_bt)式中两项分别表示低、高音群的值， Ab 和 Aa 分别表示低音群和高音群的样值量化基线，而且两者幅值 比为 K=Ab /Aa (0.7K0.9)。同时规定，对应于表 1中的标称频率在发送时，DTMF 信号的频率偏差不 应当超过 1.5，每位数字的信号极限时长应该大于 40ms，而接收 设备对 2%的偏差应能可靠的接收，对30ms 40ms 时长的信号可以正常的接收。与单音编码不同,DTMF 信号是采用 8 中取 2 的方式,从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表 0 - 9 十个号码和其他功能码,再加上这 8 个音频信号的各频率间不存在谐波关系,大大减少了虚假信号的干扰,因而 DTMF 信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。4.2.3 DTMF 信号的应用DTMF 信号即双音多频信号，最先用于程控 电话交换系统来代替号盘脉冲信号，如图 3 所示。图 3 DTMF 用于拨号系统主 叫 用 户程 控 交 换 系 统被 叫 用 户10主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的 DTMF 信号通过电话线传到程控交换机中的 DTMF 接受电路，交 换机中的微机 识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。DTMF 信号还用于自动控制系统，如果把 DTMF 的发送电路用于主控系统，接受电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，如图 4 所示，其通道数视需要而定，16 通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可象电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。图 4 DTMF 用于控制系统4.2.4 DTMF 收发模块（1）芯片外形图及功能图 5 MT8880 引脚图MT8880 具有与微控制器(单片机)相连的接口 2，必须与单片机配合使用，其双列直插式 20 脚封装引脚排列如图 5 所示，其引脚功能如下：IN+、IN：分别为内部放大器的同相输入端和反相输入端，即接收 DTMF信号的输入端；GS：内部放大器的输出端，外接一个 负反馈电 阻至 IN_端；UREF：内部参考 电压输 出端， 该参考电压等于 UDD2；UDD、Uss：分别为电 源的正、 负端，供电电压为 5V；OSCl、OSC2：外接一个 358MHz 晶体，形成晶体振荡器；信道主控 系 统被控 系 统11TONE：双音 频信号输出端；RW；读写控制端， 该端施以高电平时读 MT8880，施以低电平时写MT8880；RSI：用于 选择内部各寄存器的控制端，该端施以高电平时选中控制寄存器或状态寄存器，施以低电平时选中发送数据寄存器或接收数据寄存器。更具体的对应关系必须根据 RW 端的状态共同确定， 详见表 3 所示：表 3 内部寄存器功能RSI R/W 内部寄存器及功能0 0 写数据发送寄存器0 1 读数据接收寄存器1 0 控制寄存器 CRA 或 CRB1 1 读状态寄存器SYNC，同步脉冲 (时钟脉冲) 输入端，每读写 MT8880 时，必须施以一个正脉冲；IRQ：在双音频模式并且在中断模式时，当收到有效 DTMF 信号或准备发送DTMF 信号时该端由高电平变到低电平；在呼叫处理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。MT8880 有很强的功能，它可以有 6 种工作模式，下面介绍常用的 3 种模式。(1)双音频 模式：在该模式下，芯片能接收并译码 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(回铃音、 拨号音、忙音，拨号音是 450Hz 的连续信号，忙音 为 035秒通、0 35 秒断，回铃音为 1 秒通、 4 秒断) 。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， 1只 Q 端能输出对应的方波。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、12控制寄存器 CRA 及 CRB、状态寄存器 SR。芯片工作手何种功能，取决于在单片机的控制下写入控制寄存器 CRA 和 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。当需要接收 DTMF 信号时，首先往控制寄存器 CRA 和 CRB写入相应的控制字，把芯片设置为 DTMF 模式，通过读取状态寄存器中的D2 位，可以判断是否收到一个有效的 DTMF 信号并已译码。若已收到则读取内部“接收数据寄存器 ”的内容 (从芯片的 D0 一 D3 脚 读出)。当需要发送 DTMF 信号时，同样应先往控制寄存器 CRA 和 CRB 写入相应的控制字，把芯片设置为DTMF 模式，通 过读取状 态寄存器中的 D，位，可以判断是否 发送完一个 DTMF信号。若已发送完，则把下一个要发送的数字由 D。D3 写入到内部“发送数据寄存器”。如果芯片同时又被设置为中断模式，则通过检测 IRQ 端状态，也能判断一个 DTMF 信号收到或发送完毕与否。如何 选中 “接收数据寄存器”或“发送数据寄存器”，应根据表 4 的规定， 给引脚 RSI 和 R W 施以相应电平。如果要检测电话信号音(回铃音、拨号音、忙音)，则应首先向控制寄存器CRA、CRB 写入对应于该工作模式的控制字，然后检测 IRQ 端的方波信号，根据方波信号的间歇、间隔规律来判断是哪一种信号音。表 4 MT8880 各频率对应的输出电平FLOW FHIJH DIGIT D3 D2 D1 D0697 1209 1 0 0 0 1697 1336 2 0 0 1 0697 1477 3 0 0 1 1770 1209 4 0 1 0 0770 1336 5 0 1 0 1770 1477 6 0 1 1 0852 1209 7 0 1 1 1852 1336 8 1 0 0 0852 1477 9 1 0 0 1941 1336 0 1 0 1 0941 1209 * 1 0 1 1941 1477 # 1 1 0 0697 1633 A 1 1 0 1770 1633 B 1 1 1 0852 1633 C 1 1 1 1941 1633 D 0 0 0 013控制寄存器 CRA、CRB 以及状态寄存器都只有 4 个位(比特)，分别记为D。、Dl、D2、D，要写控制寄存器或 读状态寄存器，只要按照表 84 的规定给RSI 引脚及 RW 引脚施以相应电平就可以通过引脚 D0D3 写入或读出 3。控制寄存器和状态寄存器各个位的功能意义简述如下：(1)控制寄存器 CRA。D0：把该位设置为“ 1”，则芯片被设置成 DTMF 模式，允许收、发双音频信号。D1：把该位设置为“ 1，则芯片被设置为信号音检测模式 (呼叫处理模式)，当 D2 也设为“ 1”时，引脚 IRQ 端能输出与各种信号音对应的方波。D2：把该位设置为“ 1，则芯片被设置成中断模式，其具体功能见前述的 3 种模式介绍。D3：把该位设置为“ 1，表明允 许选择控制寄存器 CRB，因此应在写入控制寄存器 CRA 后，接着写控制寄存器 CRB。(2)控制寄存器 CRB。D0：把该位设置为“ 0”时芯片工作于普通双音频模式；设置为“ 1时芯片工作于突发模式，突发和暂停长度各为(51 土 2)ms。D2：把该位设置为“ 0”时允许产生双音频，否 则只产生单音频。D3：行列音选择，当 D21(单音模式)时，D3 用于选择行音或列音(即音频频率的选择)。(3)状态寄存器 SR。D0：发生中断时该位为“1，读取状态寄存器后自动清“0”。D1：准备发送新数据时为“1，读取状态寄存器后自动清“0”。D2：接收数据寄存器满(即收到有效数据)时为 “1”，读取状态寄存器后自动清“0”。D3：一定时间内检测不到 DTMF 信号时为“1， 检测到 DTMF 信号时清“0” 。4.2.5 DTMF 编解码电路本电路采用的是 MT8880 双音多频解码芯片，能实现双音多频信号(DTMF)的发送与接收。发送 DTMF 信号时，信号从 D0D3 经数据总线缓冲器送到发送数据寄存器，控制可编程行列 计数器， 经 D/A 转换合成 DTMF 信号，在音频突发开门控制和逻辑控制作用下，从 8 脚(TONE 端)发出。当接收 DTMF 信号时，模拟摘机后从 TEL0、TEL1 进入的双音多频信号经过耦合隔离变压器耦合入MT8880 的输入脚 IN-，DTMF 信号经运放、 拨号音滤波器、高频组及低频组分离带通滤波器送到数字算法与编码变换器进行确认，译成相应的 4 位二进制码，存入接收数据寄存器，需要时输 出至数据总线，送入 89C51 的 P1 口。其中输入脚14IN-和增益选择 端 GS 之间所接的反馈电阻 R22 可以调节运放的增益，CP 为中断请求或电话信号音检测输出端，它与 89C51 的 INT0 引脚相连。MT8880 电路图如图 6 所示。100KR21374R233.3KR2410KRL100nFC21 100nFC23100nFC2410nFC223.579545MX-talVCC12345678J22CON8R22100KIN+1IN-2GS3VRef4VSS5OSC16OSC27TONE8R/W9CS10 RS0 11Q2 12IRQ 13D0 148880D3 17ESt 18D1 15D2 16St/GT 19VDD 20IC2 MT88801J11J2DTMF/CPINPUTDTMFOUTPUT图 6 DTMF 信号处理电路模拟摘机后，双音多频信号经过阻容耦合进入 MT8880 输入脚。该双音多频信号先经 MT8880 内部的拨号音滤波器滤除拨号音后，再经前置放大器送入双音滤波器，将双音频信号按高、低频率信号分开，又经过高、低频滤波器、幅度检测器送入译码电路，最后从 MT8880 的数据输出端输出相应的编码。4.3 语音提示电路设计为了为用户与控制系统提供一个交互式操作平台，控制系统利用语音提示电路实现用户和控制系统的交流。语音提示电路预先存储若干段提示音，单片机根据用户发送的 DTMF 信号， 对语音提示电路进行 寻址， 发送相应的提示音，从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作。4.3.1 语音芯片介绍 VCDP/RXLKEOMPDCOVFAna utIGCMic RefiVCASP- 12 34 56 78 9102134A0/M12/A34/M5A6/78A9VSD A P+ 287625432109187615ISDux In20图 7 ISD25120 外形图语音提示电路采用美国 ISD 公司的 25120 芯片 4。此芯片的各个管脚功能如15表一所示。它具有抗断电、音质好、使用方便，无需专用的语音开发系统等有点。它最大的特点在于片内 E2PROM 容量为 480K,所以录放时间长；有 10 个地址输入端，寻址能力可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF 端，便于多个器件级联。其外形图 7 所示，各引脚功能如表 5 所示。表 5 ISD25120 引脚功能引线端 名称 功能1-7 A0/M0A6/M6 地址8-10 A7A9 地址11 AUX IN 辅助输入12,13 VSSD、VSSA 数字和模拟地14,15 SP+、SP- 扬声器输出16,28 VCCA 、VCCD 模拟 、数字信号电源正极17,18 MIC、MIC REF 麦克风输入和输入参考端19 AGC 自动增益控制20,21 ANA IN、OUT 模拟信号输入和输出22 OVF 溢出23 CE 片选(低电平允许芯片工作)24 PD 芯片低功耗状态控制25 EOM 录放音结束信号输出26 XCLK 外部时钟27 P / R 录/放控制选择此芯片在工作时具有不同的工作模式，当最高位地址 A8-A9 都为高电平时，地址端就作为工作模式选择端（高电平有效）。其工作模式如表 6 所示。本设计用此芯片设计的语音提示电路的主要功能是用以实现操作提醒，如输入密码提醒，密码错误提醒，密码修改提醒，各个按键功能提醒等。表 6 ISD25120 工作模式模式控制 功能 典型应用A0/M0 信息检索 快速检索信息A1/M1 删除EOM标志 在全部语音录放结束时，给出EOM 标志A2/M2 未用 当工作模式 操作时，此端应接低电平A3/M3 循环放音 从0地址开始连续重复放音A4/M4 连续寻址 可录放连续的多段信息A5/M5 CE电平触发 允许信号中止A6/M6 按钮控制 简化器件接口使用工作模式时需要注意两点：1、所有工作模式下的操作都 是从0地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开始工作。当 电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。2、工作模式位不加锁定，可以在MSB 地址位为高电平时，CE电平变低的任何时间执行工作模式操 作。如果下一片 选周期MSB地址位中有一个( 或两个)变16为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的工作模式状态丢失。2500系列最多可分为600段，只要在分段录/放音操作前 (不少于300纳秒)，给地址A0A9赋值 ，操作就从该地址开始。2500系列地址空间是这样分配的：地址0599作为分段用 (见下表 )，地址 600767未使用，地址7681023为工作模式选择。表7 2500系列地址空间分配表十进制 二进制 信息时间(秒)A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 2560 2575 25900 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0