基于电话网络的智能家电控制系统的设计

1、下载之后可以联系QQ1074765680 索取图纸，PPT，翻译=文档摘 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The Smart home control design based on the PSTN AbstractThis article describes in

2、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 signa

3、l 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

4、the interface between the control methods.Key words: PSTN, Intelligent control, DTMF, Voice prompts目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231235986 1 引言 PAGEREF _Toc231235986 h 1 HYPERLINK l _Toc231235987 2 总体设计方案 PAGEREF _Toc231235987 h 2 HYPERLINK l _Toc231235988 2.1系统设计要求 PAGEREF _Toc231235988 h 2 H

5、YPERLINK l _Toc231235989 2.2系统总体设计可行性分析 PAGEREF _Toc231235989 h 3 HYPERLINK l _Toc231235990 2.3 信息传输方案选择 PAGEREF _Toc231235990 h 3 HYPERLINK l _Toc231235991 2.4 核心控制方案的选择 PAGEREF _Toc231235991 h 4 HYPERLINK l _Toc231235992 2.5 DTMF信号处理方案的选择 PAGEREF _Toc231235992 h 4 HYPERLINK l _Toc231235993 2.6电器控制

6、方案选择 PAGEREF _Toc231235993 h 5 HYPERLINK l _Toc231235994 3 系统总体框图 PAGEREF _Toc231235994 h 5 HYPERLINK l _Toc231235995 4系统硬件设计 PAGEREF _Toc231235995 h 6 HYPERLINK l _Toc231235996 4.1 核心控制及接口电路 PAGEREF _Toc231235996 h 6 HYPERLINK l _Toc231235997 4.1.1 AT89S52外形图 PAGEREF _Toc231235997 h 6 HYPERLINK l _

7、Toc231235998 4.1.2 AT89S52引脚功能 PAGEREF _Toc231235998 h 6 HYPERLINK l _Toc231235999 4.2 DTMF双音多频编/解码电路 PAGEREF _Toc231235999 h 8 HYPERLINK l _Toc231236000 4.2.1 DTMF信号介绍 PAGEREF _Toc231236000 h 8 HYPERLINK l _Toc231236001 4.2.2 DTMF信号的特性 PAGEREF _Toc231236001 h 9 HYPERLINK l _Toc231236002 4.2.3 DTMF信

8、号的应用 PAGEREF _Toc231236002 h 9 HYPERLINK l _Toc231236003 4.2.4 DTMF收发模块 PAGEREF _Toc231236003 h 10 HYPERLINK l _Toc231236004 4.2.5 DTMF编解码电路 PAGEREF _Toc231236004 h 13 HYPERLINK l _Toc231236005 4.3语音提示电路设计 PAGEREF _Toc231236005 h 14 HYPERLINK l _Toc231236006 4.3.1语音芯片介绍 PAGEREF _Toc231236006 h 14 HY

9、PERLINK l _Toc231236007 4.3.2语音提示电路原理图 PAGEREF _Toc231236007 h 16 HYPERLINK l _Toc231236008 4.4振铃检测电路设计 PAGEREF _Toc231236008 h 16 HYPERLINK l _Toc231236009 4.5模拟摘挂机电路 PAGEREF _Toc231236009 h 17 HYPERLINK l _Toc231236010 4.6电器控制电路设计 PAGEREF _Toc231236010 h 18 HYPERLINK l _Toc231236011 5 系统软件设计 PAGER

10、EF _Toc231236011 h 19 HYPERLINK l _Toc231236012 6结束语 PAGEREF _Toc231236012 h 19 HYPERLINK l _Toc231236013 致谢 PAGEREF _Toc231236013 h 19 HYPERLINK l _Toc231236014 参考文献 PAGEREF _Toc231236014 h 20 HYPERLINK l _Toc231236015 附录1 系统总体设计原理图 PAGEREF _Toc231236015 h 21 HYPERLINK l _Toc231236016 附录2 系统软件设计流程图

11、 PAGEREF _Toc231236016 h 22 HYPERLINK l _Toc231236018 附录3 软件程序清单 PAGEREF _Toc231236018 h 241 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

12、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

13、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、

14、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:（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

15、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

16、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

17、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。2.2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： 通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）； 控制器可以实现自

18、动模拟摘挂机； 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： 铃音检测、计数；自动摘挂机；密码校验； 在线修改密码； 双音频信号解码； 输入信息分析； 控制电器开关；电器状态查询； 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

19、。 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

20、率会大大的降低。目前情况下我们暂不考虑这种方案。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

21、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

22、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

23、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DTMF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

24、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

25、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

26、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。用户电话机家电控制切换电路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在图1

27、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VCC：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（）。一般情况下，ALE是以晶振频

28、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0000H到FFFH单元的指令，必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位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

29、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

30、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（IIL）。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（IIL）。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，P

31、2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（IIL）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P3.0RXD (串行输

32、入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0 (外部中断0)P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器都选通）4.2 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

33、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。4.2.2 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数字键盘高频组/Hz1209133614771633低频组/Hz697123A770456B852789C9410#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

34、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30ms40ms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信号的应用主 叫 用 户程 控 交 换 系 统

35、主 叫 用 户程 控 交 换 系 统被 叫 用 户图3 DTMF用于拨号系统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。信道信道主 控 系 统被 控 系 统图4 DTMF用于控制系统4.2.4 DTMF收发模块（1）芯片外

36、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； TONE：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； R

37、SI：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RSIR/W内部寄存器及功能00写数据发送寄存器01读数据接收寄存器10控制寄存器CRA或CRB11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

38、。 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、035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

39、，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、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

40、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RW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

41、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FLOWFHIJHDIGITD3D2D1D0697120910001697133620010697147730 0117701209401007701336501017701477601108521209701118521336810008521477910019411336010109411209*10119411477#11006971633A11017701633B11108521633C11119411633D0000 控制寄存器CRA、CRB以及状

42、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

43、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

44、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

45、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IN-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。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

46、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

47、脚功能如表5所示。表5 ISD25120引脚功能引线端名称功能1-7A0/M0A6/M6地址8-10A7A9地址11AUX IN辅助输入12,13VSSD、VSSA数字和模拟地14,15SP+、SP-扬声器输出16,28VCCA 、VCCD模拟、数字信号电源正极17,18MIC、MIC REF麦克风输入和输入参考端19AGC自动增益控制20,21ANA IN、OUT模拟信号输入和输出22OVF溢出23CE片选(低电平允许芯片工作)24PD芯片低功耗状态控制25EOM录放音结束信号输出26XCLK外部时钟27P / 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

48、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/M5CE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，

49、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

50、表十进制 二进制 信息时间(秒)A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 2560257525900 00 0 00 0 00 0 0 0 0 050 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5.0 6.25 7.50100 0 00 1 1 0 0 10 0 10.0 12.50 15.00250 0 01 1 1 1 1 0 1 0 25.0 31.25 37.50300010 0 1 0 1 1 0 0 30.0 37.50 45.00400 0 1 10 0 1 0 0 0 0 40.0 50.00 60.00500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 50.0 62.50 75.

51、00599 10 0 1 0 1 0 1 1 1 59.9 74.8789.854.3.2语音提示电路原理图电路原理图如图8所示。图8 语音提示电路4.4振铃检测电路设计当用户被呼叫时，电话交换机发来幅度为253V的正弦波振铃信号，振铃信号失真少于10%，电压有效值为9015V，振铃信号的周期为5S，即1S送。4S断。 根据振铃信号的特点，使用稳压二极管将大幅度的正弦波信号削波成小幅度的矩形波，经光电耦合器放大耦合，RC滤波后，送到单片机的T0引脚与单片机的程序配合完成振铃检测。 图9 振铃检测电路电话振铃信号通过电容C31隔直、R33限流电阻输入至光电耦合器JP4的输入端1口，C31、D32

52、和R33共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器JP4起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单5。 振铃信号通过光耦JP4的4脚输出振铃正弦波，输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数

53、5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。4.5模拟摘挂机电路只有在摘机状态下，控制系统才能与用户的终端通信设备通信，完成用户从远方发送的指令，实现智能控制。所以在接收振铃信号时，主人在规定时间没有接电话时，控制系统将自动模拟摘机，与远方的用户进行通信。通信完毕后，控制系统将自动挂机。 程控电话交换机对电话的摘机响应是电话线路回路的电流突然变大为约30mA，交换机检测电话线路回路的电流变大约为30mA就认为电话机已经摘机。 模拟摘机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关来实现，当继电器动作时，电话线路并联一个大约300，使电话线路的电流突然变大约为30mA。当控制系统与用户通信完毕

54、后，单片机控制断电器断开，从而断开关联的电阻，自动挂机。 图10 模拟摘/挂机电路模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的240电阻。摘挂机信令由单片机通过使TXD/P3.1口变为高电平，使三极管Q1处于导通状态，从而开启继电器K1，K1使电阻R32接入电话线两端。因为R32的电阻为240，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。4.6电器控制电路设计图11 电器控制电路图5 系统软件设计结合硬件电路的设计和软件实现的功能，系统应用程序主要由主程序、中断服务程序、延时子程序

55、等部分组成。主程序所要完成的主要工作包括单片机系统各接口芯片的初始化，设置中断，给相应各内存单元赋初值，调用中断处理程序，延时子程序等。系统设置的中断服务程序的作用主要是识别用户的按键，控制相应控制器的工作，其中还包括验证密码、判断输入错误密码次数、更改密码、更改预定的报警号码。总流程图及中断流程图如附录2所示。6结束语几个月的时间匆匆而过，在这即将离开学校的时刻，不禁让我想起了这五年来学校对我的照顾和关怀。在这里我首先要感谢母校河南科技学院机电学院！感谢河南科技学院机电学院为我提供一个学习深造的机会。感谢机电学院曾经给予我关怀、教育和培养的各位老师，感谢同学们对我的帮助与鼓励。在论文即将完成

56、之际，我要衷心感谢我的指导教师邵老师，本设计自始至终都是在邵老师的悉心指导下完成的。从论文的选题、方案论证、开题、研究工作的开展、关键问题的解决、论文的撰写乃至修改，每一环节都凝聚着恩师的心血，老师为我提供了很多宝贵的意见，避免让我少走了许多弯路。邵老师严谨的教学态度、渊博的知识、对学生诲人不倦的指导与帮助，不仅使我顺利的完成了毕业设计，也使我们具备了从事科研工作的一些基本技能，为以后的工作奠定了坚实的基础，令我受益匪浅，是难得的良师益友。同时其他老师和同学的大力支持和协助，在此一并表示衷心的感谢。在整个设计过程中，他们也为我提供了不少帮助，帮我解决了很多困难，使我的论文得以顺利完成。致谢这次

57、毕业设计是在邵老师的精心指导和大力支持下完成的。在课题选定、理论基础和方案的论证上，邵老师为我们做了认真的分析和耐心的讲解，从理论指导到实际操作邵老师也给我提供了极大的帮助。他思路开阔、治学严谨、平易近人处事态度和幽默风趣的话语，让我们在学习知识和解决问题时感到无比的轻松和愉快。至此论文定稿之际，对老师表示衷心的感谢! 感谢老师能在繁忙的教学之中抽出时间为我提供耐心的指导，帮我们解决在设计过程中遇到的种种问题。这次的毕业设计是由我们小组两个人共同完成的，正是我们的团结合作、坚持不懈才能取得现在的结果。所以在这里还要感谢弋福气同学的鼎力帮助，他们给我的软件设计提出了不少建议，使我思路开阔，程序也

58、因此更加完善。在这里一并向他们表示感谢！最后，再次向各位领导、各位老师致以衷心的感谢！参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天出版社,2005.102张立臣.DTMF信号收/发芯片MT8880原理及应用J.国外电子元器件,2001.3黄天戍.孙东. 智能电话远程控制系统的设计与实现J. 电工技术杂志,20084刘连吉.ISD单片语音录放器件及电路实现J. 青岛海洋大学学报，20085 陈汝全. 电子技术常用器件应用手册M.第二版，机械工业出版社，2002年5月第一版6肖质红.基于公用电话网络的远程控制家电设备J.浙江万里学院学报,2006,37 刘飞飞,葛继,唐宏.基于PS

59、TN的家用电器远程控制系统J.今日电子，2004，(2)： 20-28 8李传南.单片机与DTMF信号收发芯片MT8870的直接接口设计J.电子与自动化.1992,2:30-359何琳琳，张海军.基于电话网络的家用电器远程控制系统的实现J.单片机开发与应用,2006,6:74 10谢自美编著.电子线路设计实验测试M.华中理工大学出版社,200211陈永甫编著.电子电路智能化设计M.实例与应用.北京：电子工业出版,2002.812康华光主编.电子技术基础(第四版) M.北京：高等教育出版社，199913窦振中.单片机外围器件实用手册(存储器分册) M,北京：北京航空航天大学出版社,199814

60、李光飞，楼然苗.单片机课程设计实例指导M.北京：北京航空航天大学出版社，200415 马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计（第四版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.116Samule P.Harbsion III.Guy L.Steele Jr.著；邱仲潘等译.C语言参考手册M.北京：机械工业出版社，2003.817 戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计M.北京：电子工业出版社，2006.418 汤竞南，沈国琴.51单片机C语言开发与实例M.北京：人民邮电出版社，2008.219 HYPERLINK /ndoasp/webdetail.asp?id=20267