智能电话报警器的设计

1、智能电话报警器的设计1. 引言1. 1课题的研究现状随着计算机技术的迅速发展和各种新技术的不断涌现，人们对银行、仓库、商场、家庭等部门的防盗报警系统提出了更高的要求。目前市场上防盗系统种类繁多，按探测器的探测原理不同或应用的传感器不同来分，可以分为:雷达式微波探测器、微波墙式探测器、智能探测器、开关式探测器、超声波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、电场感应式探测器、电容变化探测器、视频探测器、微波一被动红外双技术探测器、超声波一被动红外双技术探测器等等。面对如此众多的防盗报警系统，性价比的高低无疑将成为人们选择的首要条件。智能报警系统是目前应用最广泛、效果较好、性价比较高的一类防

2、盗报警系统。智能报警技术经过几十年的发展已经比较成熟，如何能够有效的提高报警器的探测距离和探测灵敏度是世界各大公司的研究人员所不遗余力要解决的问题。就目前情况来看，主要有以下两种途径:(1)提高智能传感器的性能。目前双元热释电智能传感器已得到广泛的应用，主要代表产品有:日本KDS公司:PIS-209SPIS-2045;尼塞拉公司:RE200B RE03B ;德国海曼公司:LHI968 LHI778等，它们与菲涅耳透镜配合使用可使探测距离达到12一15米。(2)提高外围处理电路的性能。传感器信号输入到外围处理电路，对其进行准确的判断和处理也是至关重要的。桑斯达公司开发的BISS0001是一款具有

3、较高性能的热释电红外传感信号处理芯片，它是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器和双向鉴幅器，可有效抑制干扰，内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调节范围宽。 本课题也将从这两方面入手来进行研究设计。1. 2智能报警技术简介智能红外传感技术可分为主动式传感技术和被动式传感技术。因此智能红外报警器又分为主动式智能报警器和被动式智能报警器。1.2.1主动式报警技术主动式智能报警器是由发射和接收装置两部分组成，如图1.1所示。图1. 1主动式智能探测器的基本组成Fig 1.1 The cose of active infrared sensor发射机驱动发光

4、二极管发出一束调制的红外光束。在距发射机一定距离处，与之对准放置一红外接收机。它通过光敏晶体管接收发射端发出的红外辐射能量，并经过光电转换将其转换为电信号。此电信号经过适当的处理再送往报警控制器电路。分别在收、发端放置一光学透镜，将红外光聚集成较细的平行光束，以使红外光的能量能集中传送。采用调制的红外光源具有以下几个优点: (l) 降低电源的功耗。(2) 使探测器具有较强的抗干扰能力，提高了工作的稳定性。红外光束构成了一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或阻挡这条红外光束时，接收机输出的电信号强度就会发生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。 1 .2. 2被动式报带技术被动式智能探测器不需要附

5、加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式智能探测器是利用热释电效应进行探测的。2课题的主要研究内容及方案选择2. 1课题的主要研究内容为了使智能报警系统具有更优越的性能，本课题主要进行了以下几个方面的研究和设计:(l)掌握热释电红外传感器的工作原理并在此基础上设计一种性能更加优越的智能传感器。(2)通过软硬件相结合的方法来改进传感器的外围处理电路，使其能够对传感器的输入信号做出更精确的判断，减少误报、漏报。(3)在传统的声光报警的基础上增设电话自动拨号报警功能，通过电话线自动拨打预先设定好的电话号码，向有关部门或房主报警(

6、如果条件允许的话可以用无线GSM通讯模块代替电话线拨打用户的手机，实现无线报警)。在本课题研究结果基础上，还可在报警系统中增设防火、防烟、防煤气泄露等探测器，只须在电路和程序中作少许改动，即可成为一种多功能的防护装置。2. 2课皿方案的选择智能传感技术可分为主动式传感技术和被动式传感技术。因此智能报警器又分为主动式智能报警器和被动式智能报警器。主动式智能探测器主要具有以下特点:(1)属于线控制型探测器，其控制范围为一线状分布的狭长的空间。(2)主动式智能探测器的监控距离较远，可长达百米以上。(3)探测器还具有体积小、重量轻、耗电省、操作安装简便、价格低廉等优点。(4)主动式智能探测器用于室内警

7、戒时，工作可靠性较高。但用于室外警戒时，受环境气候影响较大。(5)由于光学系统的透镜表面是裸露在空气之中，极易被尘埃等杂物所污染。(6)由主动式智能探测器所构成的警戒线或警戒网可因环境不同随意配置，使用起来灵活方便。被动式智能探测器主要具有以下特点:(1)监控距离较远，根据探测器的不同，探测距离一般能达到4-10米。(2)灵敏度较高。(3)探测器体积小、重量轻、耗电省、操作安装简便、价格低廉等。(4)抗干扰能力差，受外部环境影响较大，容易引起误报、漏报等现象。(5)只对运动的物体产生感应，对静止的物体“视而不见”。(6)智能化不够，报警形式过于单调。由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较

8、高，节能价廉等优点，本课题采用被动式红外探测器作为报警探测器，提出了一种对热释电信号进行自主切换的被动式热释电红外传感器的原理结构，利用其特殊构造可以克服传统被动式红外传感器由于菲涅尔透镜对热释电信号的分割带来的灵敏度下降和对静止人体“视而不见”的问题，通过相应的信号处理电路达到很高的抗干扰性。并在设计中增加了电话自动拨号报警的功能，使报警系统更加趋于完善。3.智能防盗报替系统的硬件设计3.1电话自动拨号报警电路的设计用户端自动拨号报警电路是本课题的设计重点，主要包括拨号模块、语音模块以及电话接口模块。本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。3. 1. 1 . DYMF拨号电路的设计DY

9、MF芯片在通信系统中应用极为广泛，如公用电话网中心交换局的DYMF拨号、中继系统、有线及无线调度系统中的DYMF选呼信令等。本系统设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼，对所指定的机构或人员发出求救信号，简述事故性质及地点，使救援人员采取相应措施来制止事故，系统主要功能如下: 报警优先功能:主机与用户电话机共用一条电话线，非报警时，不影响电话的正常使用，电话机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时，优先拨打报警电话。(1) 自动拨号功能:可设定1-6组电话或手机号码，每组不超过15位数。(2) 可自行录制语音:语音播送，由使用者自行录制，存录“状况”(如有人闯入，失火等)，使用者的

10、姓名，地址，电话等。(3) 自动探测通话状态:报警时自动探测对方电话机的使用状态，若对方为占线或响铃后无人接，则保留跳过，等下一轮续拨。(4) 记忆储存功能:本系统采用X25045为记忆元件，电话号码，报警信息存录等所有输入都不会因为电源失去而变动。3. 1. 2.MT8888芯片简介加拿大Mitel公司生产的DTMF信号编/解码芯片MT8888芯片，不仅具有DTMF信号收发功能，而且具有电话信号音检测功能。由于是采用CMOS制造工艺，芯片集成度高，功耗低(只有57. 8mW)，工作稳定可靠，因此在必须同时具备DTMF信号接收和发送的功能的系统中倍受人们的青睐。另外，MT8888可以方便与MC

11、S51系列单片机接口，外围电路简单。因此，MT8888被广泛应用于信用卡系统、寻呼系统、中继系统、移动通信、互连拨号以及个人电脑等领域。MT8888引脚排列如图3.1所示。图3.1 MT8888引脚排列图Fig 3.1 Pins of MT8888MT8888芯片特点:(1) 具有多种工作模式，可由内部控制寄存器选择，所以功能很强。如编程选择双音群(BURST)发送模式时，它间歇发送任意个数的双音信号，双音信号持续时间精确控制在51ms士lms，符合DTMF信号解码标准。也可扩充为102ms士2ms双音群模式，符合电话自动拨号标准。编程选择呼叫进程检测(call progress)模式时，能检

12、测电话信号音。(2) 频率精度高，片内对双音群模式的占空时间精确定时。3. 1. 2 MT8888的主要引脚功能描述IN+、IN-差分运算放大器的同相和反相输入端。GS:增益选择端。在差分运算放大器的输出端与IN一端连接反馈电阻，用以调节运放的增益。VRef:基准电压输出端(VDD/2)。作为运放的偏置电压。OSCI, OSC2:振荡器的输入和输出端。通常在OSCI和OSC2之间连接一个3.579545MHz的晶振，与内部电路组成完整的振荡电路。也可以直接在oscl端外接频率源，此时OSC2应保持开路。TONE: DTMF信号输出端。WR:写控制信号输入，低电平有效，与TTL电平兼容。RD:读

13、控制信号输入，低电平有效，与TTL电平兼容。CS:片选信号输入，低电平有效。RSO:寄存器选择控制输入，与TTL电平兼容。IRQ ICP:中断请求或呼叫进程音输出。在中断模式下，当发送或接收到有效的DTMF信号时，该管脚输出变低。在呼叫进程音模式下，若输入信号落在呼叫进程音滤波器的允许带宽内则该管脚将会输出代表由运放工N+端输入的信号的矩形波信号。DOD3:微处理器数据总线。当CS=1或RD =1时呈现高阻，与TTL电平兼容。Est:初始控制输出端。St/GT:控制输入/时间检测输出。3. 1. 3 MT8888内部结构MT8888内部由收发电路、振荡器和电源偏置电路组成。收码电路包括信号放大

14、、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能;发码电路包括数据锁存、行列计数D/A转换和混频等功能，MT8888的内部结构如图3.2所示。图3. 2 MT8888内部结构框图Fig 3.2 Framework of MT88883. 1. 4 MT8888的工作原理MT8888硬件电路由接收、发送和控制三个主要部分组成。接收电路包括信号放大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能，用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位(16个数字)并行二进制码的方式输出。发送电路包括数据锁存、行列计数、D/A转换和混频等功能。MT8888的发送部分采用信号失真小、

15、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号。MT8888芯片可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼容，并可方便地进行编程控制。(1) 接收部分:前置输入电路可以差分输入电压增益:差分输入阻抗:单端输入电压增益:元件典型值C1=C2=lOnF, R1=R4=R5=100K , R2=60k S2，R3=37. 5k 2，R3= (R2 XR5)/(R2+R5)DTMF信号经运放输出到两组6阶开关电容式带通滤波器，分离出低频组f low,和高频组f high信号。低频组中的陷波器把350Hz和440Hz的拨号音滤

16、除，每组滤波器连接一阶开关电容式滤波器以提高分离信号的信噪比，由高增益比较有差分输入和单端输入两种形式。器组成的限幅器去除低于检测门限的弱信号或噪声。解码器采用数字计数方式检测DTMF信号频率，利用复杂的平均算法防止外来的各种干扰，当检测器识别到有效的DTMF信号时，预控端Est输出高电平。(2) 发送部分:DTMF产生器是发送部分的主体，它产生全部16种失真小、精度高的标准双音信号，这些频率均由3. 5795Hz晶体振荡器产生。电路由数字频率合成器、行/列可编程分频器、开关电容式D/A变换器组成。行和列单音正弦波经混合、滤波后产生双音信号。DTMF编解码表把编码数据写入MT8888的发送寄存

17、器产生单独的f low和f high, flow和f high输出的幅度之比为2dB，目的在于补偿高频组信号经通信线路的衰减，即经过预加重处理。写操作时，总线上的4位数据被锁存，可编程分频器进行8中取2的编码变换，定时长度确定该信号的频率，当分频器达到由输入编码确定的计数值时，产生复位脉冲，计数器重新计数，改变定时长度可变频率。编码电路由开关电容式D/A变换器组成，得到高精度的量化电平。低噪声加法放大器完成行和列单音信号的混合。输出级有带通滤波器，用来衰减大于8kHz的谐波。(3) 控制部分前两部分为模拟信号处理系统，当满足信号条件时系统有输出。为了接收可靠，还应满足识别条件，即检测有效信号的

18、持续时间，Est信号驱动外接R1, C1积分电路，如图3.3所示。C1放电，在有效时间t。内Est维持高电平，当VC=殊L时(控制逻辑的门限电平)，GT输出信号驱动VC至电源电压VDD，经延时后，控制逻辑把片内状态寄存器的延迟输出标志位置提高。图3.3控制电路原理图Fig 3.3Control circuit如选择中断模式，当延迟标志位置高时，IRQ /CP引脚由高电平变为低电平，为CPU提供中断请求信号，延迟控制电压的跳变沿把数据锁存至输出端。3. 1. 5 MT8888的工作模式MT8888通过微处理器接口由RSO, WR , RD , DO-D3选择内部寄存器，以控制电路的工作模式。它有

19、5个寄存器:发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A (CRA)和控制寄存器B (CRB)。其中CRA和CRB占用同一地址，先写CRA，后写CRB，是否写CRB由CRA的最高位控制。寄存器的选择与操作由RSO及WR和RD口线来控制，控制功能如表3.1所列。表3.1 MT8888寄存器控制功能表Table 3.1 Function of register表3. 2 为控制寄存器功能表。表3. 2 MT8888控制寄存器功能表Table 3.2 Function of control registerMT8888有多种工作方式，它们分别为:(1) DTM

20、F模式:发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D角变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。(2) 呼叫处理(CALL)模式:电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320HZ-510HZ范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由IRQ /CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则IRQ /CP端始终保持低电平。(3) 突发(BURST)模式:在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为51士lms;在C

21、P模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为102士2ms,此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。(4) 单/双音(S/D)产生模式:电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制)，用于测试和监测。(5) 测试(TEST)模式:使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从IRQ /CP端输出。(6) 中断模式:此模式下若选择状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则IRQ /CP端下接至低电平。3. 1. 6 DTMF拨号原理现在的电话机多数是双音频电话，下面就以双音频为例介绍电话拨号的原理。双音多频(DTMF)是指用两个特定的单音信号的组合来

22、代表数字或功能。两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同。双音多频拨号方式中有16个按键，对应有8种不同的单音信号，因其采用的频率有8种，所以称为多频，如表3.3所示。从中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方法。根据国际电话电报咨询委员会(CCITT) Q.23号建议，DTMF选号方式选用8个频率，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率:679h-Iz, 770MHz, 852MHz, 941NQ-Iz，高频群也有4种频率:1209MHz,1336MHz, 1477MHz, 1633hiz。从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组

23、合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。表3.3 DTMF拨号方式中16键组合表Table 3.3 Combination of the modes用双音多频拨号方式传递音频信号，其传播速度快，不发生畸变，传输方便，抗干扰能力强，可以减少交换机的差错。3. 1. 7 MT8888外围电路MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用MHz的单片机mcsC51，也无需插入等待周期。在本系统中，MT8888及外围电路参见图3.4。它的接收部分采用单端输入，由R1 R2和C1

24、组成，其输入电压增益为RZ/R1=2。它的发送部分由RL和Xca构成，其中Xm为3.5795MHz的晶体振荡器，负责产生全部16种标准双音信号。它的控制部分由R3和C2构成。另外，由于IRQ /CP端为开源输出，故要用上拉电阻R4，与单片机P3.4脚相连。C3为去藕电容。DTMFiNPUT和DTMF OUTPUT与电话接口电路相连。MT8888与微机接口非常很方便，通过改变R2可调节输入信号的增益。图3. 4 MT8888外围电路图Fig 3.4 Periphery circuit of MT88883.2语音电路的设计3.2. 1 ISD1420芯片简介本课题中的语音芯片我们采用ISD142

25、0语音录放芯片。ISD1420语音芯片是由美国ISD(Information Storage Device)公司开发的高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。其片内设有时钟振荡器、128K字节E2PROM(电可编程可擦除只读存贮器)、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。ISD1420引脚排列如图3. 5所示。图3. 5 ISD1420引脚排列图Fig 3.5 Pins of ISD1420ISD系列语音芯片特点:(1) 所需外围元件少，电路简单，操作方便。(2) 采用直接模拟量存贮技术DA

26、ST(Direct Analog Strorage Technology)，再现优质原声。(3) 零功率信息存贮，省掉备用电源。(4) 信息可保存10年以上，可反复录放达10万次之多。(5) 易于使用，语音固化无需专用编程或开发装置，可随意改变录音内容。(6) 较强的选址能力，可进行分段管理和分段存储多段信息。(7) 具有自动省电模式，录音和回放后即刻进入等待模式，此时仅需0.5A的维持电流。(8) 自带时钟源，高抗干扰性能。(9) 可直接驱动8-r 16 S喇叭工作，输出不失真功率大于50mW。也可作激励信号单端输出，外接功率放大器，输出功率为额定输出功率的1/4，约为120mW左右。(10

27、)采用总线技术，适于同单片机接口。ISD1420电气特性如下:(1) 工作电压:5Vo(2) 静态电流:典型值0.5tA，最大值2uAa(3) 工作电流:典型值15mA，最大值30mA (16欧姆)。图3. 21为ISD1420内部原理框图。图 3.6 ISD1420内部结构知图Fig 3.6 Framework of ISD 14203.2.2 ISD1420主要引脚功能描述A0A7:地址输入端。VCCA, VCCD:电源。芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去藕电容应量靠近芯片。VSS

28、A, VSSD:地线。芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。/REC:录音。低电平有效。只要/REC变低(不管芯片处在节电状态还是正在放音)，芯片即开始录音。录音期间，/REC必须保持为低。/REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志(EOM )，使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。/PLAYE:边沿触发放音。此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE 。 /PLAYL:电平触发放音。此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平

29、，遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。 /RECLED:录音指示。处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出低电平脉冲。MIC:话筒输入。此端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路(AGC)将前置增益控制在一15至24dB。外接话筒应通过串联电容祸合到此端。祸合电容值和此端的lOK。输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。MIC REF:话筒参考。此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。AGC:自动增益控制。AGC动态调节器整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量(从耳语到喧哗

30、嚣声)时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的SK 2输入阻抗和外接的对地电容的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻的时间常数。ANA OUT:模拟输出。前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端的电平。 ANA IN:模拟输入。此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3K S输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流祸合直接连至本端。SP+,SP-:喇叭输出。这对输出端能驱动16以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接祸合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时，它们都呈高阻态;节电模式

31、下，它们保持为低电平。XCLK:外部时钟。此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。A0A7:地址输入。地址端有两个作用，取决于最高(MSB)两位A7, A6的状态。 当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE, /PLAYL、或/REC的下降沿锁存。NC:空脚。3.2.3 ISD1420工作原理录音过程中，ISD1420在进行存储操作之前，要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态范围的最佳电平，这个阶段由前置放大器、放大器

32、和自动增益控制部分来完成。前置放大器通过隔直流电容与麦克风连接，隔直流电容用来去掉交流小信号中的直流成份(大约2mV-20mV)。信号的放大分两步完成，先经过输入前置放大器，然后经过固定增益放大器。完成信号的通路要在模拟输出端(ANA OUT)和模拟输入端(ANA IN)两个管脚之间连接一个电容器。自动增益控制电路动态的监控放大器输出的信号电平并发送增益控制电压到前置放大器。前置放大器增益自动调节以便维持进入滤波器的信号为最佳电平，这样录音的信号能得到最高电平又使削波减至最小。我们可以通过选择连接到AGC管脚的电阻和电容值来调节描述自动增益电路特性的两个时间常量，即响应时间和释放时间。下一个阶

33、段的信号调整是由输入滤波器完成的。由于模拟信号的存储仍然是采用取样技术，因此还需要一个抗混淆滤波器以去掉(或至少减到可忽略不计的程度)取样频率1/2以上的输入频率分量。这样就满足了所有数据采集系统都遵循的奈奎斯特取样定律。语音的质量要想优于电话的音质，取样频率要用8kHz。低通滤波器的高频频限选在3.4kHz，可满足奈奎斯特取样定律，而且仍有足够宽的频带以得到高音质的语音。滤波器是一个连续时间五极点低通滤波器，在3. 4kHz每个倍频程衰减40dBo信号的调整完成后，将输入波形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由8kHz取样时钟取样，并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压，同时补偿

34、与Fowler-Nordheim隧道效应相关的一些实际因素。取样时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序的写入存储阵列。放音时，录入的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形，平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器，两个输出管脚直接驱动扬声器。3.2.4 ISD1420工作模式ISD 1420内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制，当A7和A6都为1时，其它地址端置高就选择某个(或某几个)模式。因为操作模式和直接寻址互相排斥，操作模式可由微控制器，也

35、可由硬件实现。使用操作模式有两点注意:(1) 所有操作最初都是从0地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据所选用的模式可从其它的地址开始。此外，A4模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为0，而由放转为录则不复位。(2)当控制信号(/PLAYL, /PLAYE或/REC)变低，同时A6和A7为高时， 执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。表3.4为ISD 1420操作模式简表。表3. 4 ISD1420操作模式简表Table 3.4 Modes of ISD1420A0(信息检索):快速跳过信息而不必知道其确切的

36、地址。控制端每输入一个低脉冲，内部地址计数器就跳到下一条信息。此模式仅用于放音，通常与A4同时使用。A1 ( EOM删除):使分段信息变为一条信息，仅在信息最后留一个EOM标志。这个模式完成后，录入的所有信息就作为一条连续的信息。A3(信息循环):循环重放位于存储空间起始处的那条信息。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就从头至尾进行。给/PLAYE发低脉冲后循环开始，给/PLAYL发低脉冲后循环结束。A4(连续寻址):正常操作中，重放遇到WOM标志时，地址计数器会复位。A4模式禁止地址计数器复位，使得信息可连续录入或重放。当芯片既非录音又非放音时，将A4短暂拉低可使地址计数器复位为。A2,

37、 A5:未用。3.2.5 ISD1420分段及其外围电路图3.7是ISD1420的分段及外围电路图。“瓦万五”和“两丽元，键只需选接一个即可，地址输入端AOA7有效值范围为0000000010011111，这表明最多可被划分为160个存贮单元，可录放多达160段语音信息。由AO-A7决定每段语音的起始地址，而起始地址又直接反映了录放的起始时间。其关系见公式: TQ=0.125s x(128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A 1 +0)图3. 7 ISD1420外围电路图Fig 3.7 Periphery circuit of ISD1420图3.7中AO-A2置为低电平，

38、此时电路共分为4段。A3 -A7平时通过电阻接至高电平，如果要将某一地址置低电平时，则在该位与地之间接一个隔离二极管。图3.7中的各段的起始地址和时间安排如下:第一段语音从0秒开始，地址设置为00000000;第二段语音从2秒开始，地址设置为00010000;第三段语音从S秒开始，地址设置为00100000;第四段语音从12秒开始，地址设置为01010000录放时，将S7打致“REC"，再按住S3, LED亮就开始录音，录音时间致2秒时就必须松开S3，否则下一段无效。录制其它段的方法相同。分段放音时，先将S7打向"PLAY"，只需按下相应的S3S6键就可以播放出事

39、先录制好的语音信息。3. 2. 6电话接口电路的设计电话接口电路参见图3.23。此电路起着很重要的作用，拨号电路、语音电路均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。平时电话机连在电话线上，系统与电话线断开，不会干扰电话通信。若需报警时，系统控制继电器转换，系统接上电话线，电话机与电话线隔离，不会影响系统的工作。为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为+5 V。 目前，交换机的工作电压为直流60V或者48V，通过外线a, b接入用户话机。为了确保拨号电路的DTMF信号正常发送和语音电路语音信号的正常拨出，须设置极性保护电路，由二极管桥路构成，不论用户如何将外线接入L

40、INE IN口，都能确保电路内部的2线为正电压。另外，有的交换机可提供的工作电流为SOmA或者120mA，因此，极性保护电路中的二极管反向耐压必须大于180V，允许的正相电流必须大于180mA。可以选用IN4004, IN4007等。根据邮电部关于电话入网的标准，摘机状态下的直流电阻应该小于等于300，因此，在极性保护电路后直接接一个200 S2的大功率电阻，以模拟摘机挂机。当模拟摘机时，用户外线电压降至l OV左右。模拟摘挂机由继电器吸合配合实现，三极管与单片机P2.2口相连，模拟挂机时，工作于截止状态，当单片机发出模拟摘机命令时，P2.2变为低电平，三极管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭

41、合，300Q电阻接入电话网，实现模拟摘机操作。拨号电路、语音电路可通过1: 1隔离变压器与电话接口电路相连。图3. 8电话接口电路Fig 3.8 Circuit of telephone entrance3. 8 MCU资源扩展电路的设计为了实现电路的复位和系统数据的掉电保护，我们扩展了具有可编程的串行EEPROM-X25045。X25045是美国公司XICOR低功耗CMOS的产品(备用电流10 a A,工作电流3mA)，它把看门狗定时器、VCC监控电路和EEPROM三种常用功能组合在单个封装内，增大了电路密度，减少了体积，提高了系统的可靠性，是设计成直接与许多通用的微控制器系列的同步串行外设

42、接口(SPI)相接的512 X 8位EEPROM。本系统中X25045依次存储了标志字段、用户编号、话机号码、报警器编号、警情代号、系统设置等数据信息。VCC监控功能是指只要VCC电平降至低于最小转换电压或者看门狗定时器达到其编程的超时极限值，RESET的输出为高电平。X25045的工作原理:X25045包括一个8位指令寄存器，它可以通过SI输入来访问，数据在SCK的上升沿由时钟同步输入。在整个工作周期内，/CS必须为低电平，/WP必须为高电平。X25045监视总线，如果在预置时间内没有总线活动，那么它将提供RESET信号输出。在SI线上输入的数据在/CS变为低电平后的SCK的第一个上升沿被采

43、样，由SCK的下降沿输出到SO线上。SCK是静态的，允许用户停止时钟并在其后恢复操作。所有的指令、地址和数据都以MSB(最高有效位)在前的方式传送，读和写指令的指令格式中均包含有地址高位Ag，此位用于选择器件的上半部或下半部。在上电和字节、页或状态寄存器写周期完成以后及/WP变为低电平时，写使能锁存器被复位(即禁止写操作)，因此写操作前必须设置写使能锁存器。本系统中对X25045的读数据、写数据、置位写使能的操作过程简述如下:（1）X25045中读数据的操作为:把/CS拉低以选择芯片;发送8位的读(READ)指令;（2）送8位的字节地址;将所选定地址的存储器中的数据移到SO线上。继续提供时钟脉

44、冲可连续读出接下的地址空间中的数据。每移出一个字节数据之后，字节地址自动增加到下一个较高地址。达到最高地址($1FFH)时，地址计数器翻转至$00H，无限循环下去。把/CS置为高电平，可以中止操作。（3）置位写使能锁存器操作为:/CS先被拉到低电平;由时钟同步送入写使能指令;将/CS变为高电平，否则写操作忽略。（4）写数据到X25045的操作为:拉低/CS并保持在低电平;发送写指令;写数据。可以连续写多达4个字节的数据，但必须是这4个字节驻留在同一页上。否则计数器将翻转到页的首地址并重新写可能己有数据写入的任何单元。X25045具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口(Serial Perip

45、heral Interface,SPI)，最高可达1 MHz串行时钟频率。X25045接口电路如图3.9所示，P1.5与X25045的串行输入/输出脚 SI/SO相连，用于输出操作码、字节地址以及写入和读出数据;P1.6与X25045串行时钟输入脚SCK相连，作为串行数据输入和输出的时钟信号。由于X25045的复位输出信号为高电平有效，故和MCU复位方式一致。本系统中自动报警器也将处理过的数据存入X25045，以备管理中心中央控制器快速查询。看门狗定时器(WDO和WDl)位用于设置延时时间，具体设置如表3.5所列。这些非易失性的位通过WRSR指令来设置。本系统中采用0. 6s的超时周期。表3.

46、 5看门狗延时时间设置Table 3.5 Set of X250453.3电源电路及工作状态指示电路的设计智能报警系统采用的是220V交流供电，此外为方便系统调试和方便了解控制系统的工作状态，在电路加入了一些工作状态指示灯，如通过P1. 2和P1. 3接了RED和GREEN两个LED，当GREEN LED亮时表示系统处于正常监控状态，当RED LED亮时表示系统探测到人体的活动，处于报警状态，具体的电路如图3. 10和3. 11。图3.9 X25045接口电路图Fig 3.9 Circuit of X25045图3. 10电源电路Fig 3.10 Electrical source circu

47、it图3. 11状态指示电路Fig 3.11 Circuit of state show4.红外防盗报警系统的软件设计系统的自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主控模块、摘挂机模块、拨号模块、语音模块及读写数据模块。应用汇编语言编程，在Wave 6000环境里，使用SUPERPRO/L型编程器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用MCS-51汇编语言编写自动报警器中相关程序(如拨号、语音、读写X25045等)。4. 1主控模块程序设计主程序流程图参见图4.1。图4. 1主程序流程图Fig 4.1 Flow chart of main programe单片机在初始加电时，电压处于不稳定状态，

48、导致此时的单片机不稳定，一般在上电后都要对系统加一段延时。由于单片机的P1口接了多路传感器，因此，要对P1口进行循环检测，首先对P1.0口进行检测，如果为高标识没有险情发生，则自动转到对P1.1口的检测，依次循环，当任何一路发生险情时，都会跳转到报警处理(PROCESS)程序。图4.2为报警处理模块PROCESS流程图，它是整个系统软件的核心，控制整个系统完成摘机，信号音判断、拨号，发出语音求救信号，最后挂机。由于考虑到拨号音、忙音、回铃音的存在，因此这个模块较主程序复杂一些。图4. 2报警处理模块PROCESS流程图Fig 4.2 Flow chart of process program首

49、先，调用摘机子程序模拟摘机，再调用检测和判断子程序判别是否有拨号音，如果没有，则跳转到ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序加果检测到拨号音，则接下来调用拨号子程序，在拨号子程序里，将拨相关部门的电话，如管理中心电话或户主电话等。拨号完毕后，重新调用检测和判断子程序，判别此时是忙音还是回铃音，如果是忙音，则跳转到ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序:如果是回铃音，则重新调用检测和判断子程序，判别此时对方是否摘机，如果仍然是回铃音，则继续调用检测、判断子程序，直到50s计时时间到，则调用挂机子程序，延时后，再重新调用摘机子程序;如果不是回铃音，则调用语音程序，将事先

50、录制好的报警语音回放出来，最后调用挂机子程序，结束PROCESS模块的执行，返回主程序，等待再次被调用。4. 2拨号模块程序设计4. 2. 1信号音检测与判断MT8880在工作之前要进行初始化，它的初始化过程要经过下面的步骤:读状态寄存器、写CRA=OOOOB、写CRA=OOOOB、写CRA=1 OOOB、写CRB=OOB、读SR、写CRA=1101B，写CRB=DOOOOB。为了检测信号音，应将MT8888设置为呼叫处理模式，即CP模式。该模式下MT8888可检测各种信号音，如拨号音、忙音、回铃音。只要位于中心频率450Hz，带宽250Hz左右的信号音就可以经滤波器选择、高增益比较器限幅、从

51、施密特触发器得到代表信号音的方波信号，并从IRQ/CP端输出，微处理器可通过IRQ/CP端分析呼叫过程。根据程控交换机的标准，拨号音为450Hz的连续正弦波，正负误差25Hz，忙音为450Hz的正弦波，0.35s通，0.35s断，回铃音为450Hz的正弦波，is通，4s断。因此，依据MT8888的CP检测模式，可对IRQ脚输出的方波计数5s，根据结果判断是哪种信号音。拨号音计数上限:(450+25) *5=2375，计数下限:(450-25 ) *5=2125;同理，忙音的计数范围是1041一1212，回铃音的计数范围是425475，无信号音的计数为0。考虑到计数误差，我选择了2000作为拨号

52、音和忙音的分界线，900作为忙音和回铃音的分界线，400作为回铃音和无信号音的分界线。检测子程序流程图如图4.3。首先将MT8888设置为呼叫处理模式，接着将单片机的TO设置成定时方式，TI设置成计数方式，由于需要定时5s，而选择定时方式1，晶体振荡器选择12MHz，则最大定时时长为65.53ms，所以，需要用软件扩展定时。计时开始后，计数也即开始。在定时中断服务子程序里，判断Ss定时时间是否到，如果时间到，则从检测子程序里跳出，否则，继续计数。最后，计数值高八位存储到TH1中，低八位存储到TLI中，供判断子程序进行判断。图4. 3检测子程序流程图 图4. 4判断子程序流程图F i g 4.

53、3 Flow chart of detect program Fig 4.4 Flow chart of judge program 判断子程序流程图见图4.4。在此子程序里，将计数值分别与2000, 900, 400这三个数进行比较，即调用MINUS子程序，将计数值与上述比较值做双字节的无符号减法，然后根据寄存器C被置位情况，对拨号音标志位7CH、忙音标志位7BH、回铃音标志位7AH进行置位或清零，然后返回。4. 2. 2 DTMF拨号程序设计MT8888在自动拨号应用里，应将工作方式设置为突发方式，在此种情况下，双音频信号持续和暂停时间为S lms，符合自动拨号要求。在将MT8888设置为

54、突发模式的时候，需要进行如下步骤:写控制寄存器A、写控制寄存器B、写发送数据寄存器、等待中断或读状态寄存器。4. 3语音模块程序设计语音子程序流程图参见图4.5。根据放音内容的不同，单片机相应的P2.4-P2.7中某一位由高电平变为低电平(以P2.4为例)，触动ISD1420的放音脚，放音开始，因为ISD 1420最长录音时间为20秒，所以，延时23秒后，单片机P2.4脚由低电平变为高电平，放音结束，然后进入下一次放音状态，直至三次放音结束，清除警情标志位7EH后，程序返回。图4. 5语音子程序流程图F i g 4. 5 Flow chart of sound program4.4摘挂机模块程序设计单片机当单片机P2.2口为高电平时，三极管处于截止状态，继电器没有动作，系统挂机。当单片机P2.2口为低电平时，三极管处于饱和状态，继电器动作，系统摘机。4.5读写数据模块程序设计本系统中对X25045的编程包括上电初始化、系统工作时对X25045的读写以及看门狗的访问。上电初始化包含看门狗定时器的启动设置、X25045中数据的有效性检查、以及必要的数据块保护设置等。对于自动报警器，因为X25045中只