電話遠(yuǎn)程控制接口電路的設(shè)計(jì).doc

電話遠(yuǎn)程控制接口電路的設(shè)計(jì)摘要：電話遠(yuǎn)程控制作為一個(gè)嶄新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需要進(jìn)行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時(shí)，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可以跨省市，甚至可以跨越國家。本論文主要介紹了一種以單片機(jī)AT89C51和振鈴檢測(cè)集成芯片TCA3385為核心的電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的接口電路。該系統(tǒng)實(shí)用、功能靈活多樣，可以對(duì)電話振鈴的狀態(tài)進(jìn)行查詢。本論文還詳細(xì)介紹了主要電路的實(shí)現(xiàn)方法，包括由TCA3385組成的振鈴檢測(cè)電路的分析，單片機(jī)控制的模擬摘機(jī)電路。本文簡(jiǎn)述了振鈴檢測(cè)集成芯片TCA3385的工作原理及用法。該電路與語音錄放電路、脈沖解碼電路通過單片機(jī)結(jié)合在一起，組成電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：電話遠(yuǎn)程控制；振鈴檢測(cè)；自動(dòng)摘機(jī)；單片機(jī)控制 Design of Interface Circuitfor Telephone Remote ControlAbstract ：Comparing to the conventional methods of remote control , the telephone remote control as a new issue shows certain advantages. It neednt to carry on specialized wiring, to take up radio frequency resources, and to avoid producing electromagnetic pollution. At the same time, for telephone lines throughout the network, we can take full advantage of the existing telephone network. So the remote distance can cross the cities and even cross nations. In this thesis, a interface circuit is being introduced, which is a part of the telephone remote control and is mainly consists of a microcontroller AT89C51 and ringing detection integrated chip TCA3385. The system is practical and flexible, and it can inquire the state of phone ringing. The thesis also detailedly introduces the achievement way of the main circuit, including the analysis of ring detection circuit compositing of the TCA3385, and the analog picking circuit controlled by the microcontroller. The thesis introduces the work principle and usage of ringing detection integrated chip TCA3385. The circuit combines with the voice recorders circuit and the pulse decoder circuit through the microcontroller, which forms the telephone remote control system.Key word: Telephone remote control; Ringing detection; Take off machine automatically; Controls by the microcontroller目錄目錄3 1 緒論4 1.1 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究意義4 1.2 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程5 1.3 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景5 1.4 本課題研究的內(nèi)容6 2 電話遠(yuǎn)程控制接口電路的設(shè)計(jì)7 2.1 電話遠(yuǎn)程控制接口電路7 2.1.1 振鈴檢測(cè)電路 8 2.1.2 摘掛機(jī)控制電路10 2.1.3 語音信號(hào)耦合電路12 2.1.4 雙音多頻信號(hào)耦合電路13 2.2 構(gòu)成電路的分立元件13 2.2.1 光耦4N25/A13 2.2.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算14 2.2.3 光耦隔離14 2.3 分立元件構(gòu)成的電路14 3 集成芯片構(gòu)成電話遠(yuǎn)程控制接口電路15 3.1 TCA3385芯片介紹16 3.1.1 TCA3385引腳注釋17 3.1.2 線性輸入和保護(hù)電路18 3.1.3 振鈴檢測(cè)器18 3.1.4 開關(guān)電源19 3.1.5 外部保護(hù)電阻20 3.2 集成芯片電路與分立元件電路的優(yōu)缺點(diǎn)20 4 結(jié)論22 參考文獻(xiàn)23 致謝24 1 緒論1.1 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，越來越多的家用電器進(jìn)入了人們的生活，這些家用電器給人們的生活帶來了很多的方便和享受，同時(shí)隨著電話在生活的普及，利用電話實(shí)現(xiàn)家用電器遙控是家用電器未來發(fā)展的方向?；趩纹瑱C(jī)的電話遙控裝置，用戶可以通過任意一部雙音多頻電話（包括固定電話和移動(dòng)電話）遙控家中的電器。比如，用戶下班前，可以通過電話提前打開空調(diào)和電飯鍋；當(dāng)用戶到家時(shí)，飯已經(jīng)煮好了、房間的溫度也剛好達(dá)到設(shè)定的溫度。另外，用戶還可以通過電話隨時(shí)監(jiān)控家中電器的使用情況，還可以隨時(shí)修改家用電器的控制命令等?？傊?，它可以使每個(gè)人在任何地方通過電話就可以控制家用電器，方便而又時(shí)尚。為此，設(shè)計(jì)了電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，另外系統(tǒng)控制線路簡(jiǎn)單，安裝空間小，可以在很大程度上節(jié)省空間，而且便于安裝。由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們渴望高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的生活。希望能夠隨時(shí)隨地對(duì)家庭安全實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控以及對(duì)家用電器實(shí)行自動(dòng)控制。以GSM模塊和嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)的控制器功能強(qiáng)大，但成本過高，而利用現(xiàn)有的個(gè)人通信終端，實(shí)現(xiàn)基于PLMN和PSTN的電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，既可以節(jié)約投資，又便于推廣。為此，研究電話遠(yuǎn)程控制接口電路就成為必要。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以用于家庭，也可以用于無人看守的公共場(chǎng)所和工業(yè)場(chǎng)所。只要將電話控制器并接在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電話線上，就可以隨時(shí)隨地對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程設(shè)置等而且。隨著半導(dǎo)體與集成電路的快速發(fā)展，芯片的集成程度越來越高，價(jià)格越來越便宜這使利用通用電器實(shí)現(xiàn)電話的多功能成為可能。電話屬于雙工通信手段，因此，這可以大大的體現(xiàn)出利用電話進(jìn)行遙控的更大的優(yōu)越性。操作者可以通過各種提示音即時(shí)了解受控對(duì)象的有關(guān)信息，從而進(jìn)行進(jìn)一步的操作。電話遙控這一課題目前已有涉足者，但是只是初步使用階段，還沒有得到廣泛的使用，尤其是對(duì)于日常生活尚有一定的差距。本文為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達(dá)到非常高性價(jià)比。故未對(duì)電話裝置的其他功能進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，而且所有使用的集成電路和其他元器件都盡量選擇廉價(jià)的。1.2 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程近年來，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、信息、電子、控制、通信等技術(shù)得到迅速的發(fā)展，促使了社會(huì)生產(chǎn)力的提高，也使人們的生產(chǎn)方式和生活方式產(chǎn)生了日新月異的變化。現(xiàn)代家庭更加注重生活品質(zhì)，健康、安全、舒適、便捷成為人們?nèi)蘸笊畹南蛲推惹行枰?，這就必將導(dǎo)致人們?cè)诩彝ゾ幼⌒枨笥^念上的徹底變革，即從以往追求居住的物理空間和豪華裝修向著享受現(xiàn)代精神內(nèi)涵與浪漫生活情趣的方向發(fā)展，追求更高的層次和境界的居住環(huán)境，從而導(dǎo)致智能建筑的誕生，推動(dòng)了住宅智能化的發(fā)展。從智能大廈走向智能小區(qū)，進(jìn)而走進(jìn)智能家庭。一九八四年，世界上第一座智能大廈誕生于美國哈特福德市，隨后，引起了各國的重視和效仿，在智能化家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，美國一直處于世界領(lǐng)先水平。目前，美國有7000萬家庭依靠智能化家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生活，近年來，以美國微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國際知名企業(yè)，先后擠身于智能家庭網(wǎng)絡(luò)的研究及開發(fā)中，微軟的開發(fā)的“夢(mèng)幻之家”、IBM公司開發(fā)的“家庭主任”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”家庭網(wǎng)絡(luò)，3COM公司一直在通過因特網(wǎng)向用戶宣傳家庭網(wǎng)絡(luò)這一概念，并研發(fā)出家用無線網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。Intel公司也將家庭網(wǎng)絡(luò)視為非常重要的市場(chǎng)，并為此專門設(shè)立了設(shè)備制造部門。其推出的Anypoint家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以通過電話線或是無線方式將PC機(jī)與家庭中的各類家用電器設(shè)備連接起來。1.3 電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景遙控技術(shù)是通過一定的手段對(duì)被控物體實(shí)施一定距離的控制，常用的方式有無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。電話遙控作為無線遙控領(lǐng)域中的一個(gè)嶄新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需要進(jìn)行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時(shí)，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可以跨省市，甚至跨越國家。它是構(gòu)成智能化家庭產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要部分。利用智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)固定電話和移動(dòng)電話對(duì)空調(diào)器、電燈、電飯鍋等家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，如可以提前將居室的空調(diào)打開，一進(jìn)家門便享受清涼世界；用戶外出旅游或出差時(shí)，通過本系統(tǒng)開關(guān)居室的電燈、電視，造成有人在家的假象，提高家居安全。另外，本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人值守崗位的遠(yuǎn)程控制。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)、控制、通信技術(shù)的不斷發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)的突破，必將進(jìn)一步促進(jìn)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正向著集成化、智能化、協(xié)調(diào)化、模塊化、規(guī)?；?、平民化方向發(fā)展。1.4 本課題研究的內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容是電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的接口電路，該電路是由振鈴檢測(cè)電路、自動(dòng)摘機(jī)實(shí)現(xiàn)電路、雙音多頻信號(hào)耦合電路和語音信號(hào)耦合電路四部分組成。振鈴檢測(cè)部分利用振鈴檢測(cè)專用芯片TCA3385組成的電路來實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)摘機(jī)部分通過繼電器組成的電路來實(shí)現(xiàn)；雙音多頻信號(hào)耦合電路和語音信號(hào)耦合電路部分是通過兩個(gè)小型變壓器組成的電路來實(shí)現(xiàn)。它是利用振鈴檢測(cè)專用芯片TCA3385組成的電路來實(shí)現(xiàn)其功能的，該電路與語音錄放電路、脈沖解碼電路通過單片機(jī)結(jié)合在一起，組成電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。2 電話遠(yuǎn)程控制接口電路的設(shè)計(jì)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的整體框圖如下圖2.1所示1：圖2.1 系統(tǒng)硬件整體框圖本系統(tǒng)主要包括語音錄放電路、脈沖編碼解碼電路、系統(tǒng)接口電路以及整個(gè)系統(tǒng)的控制心臟CPU電路。當(dāng)有電話打入時(shí)，電話振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)到有振鈴并等待至系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后，控制器自動(dòng)摘機(jī)，并在語音電路的提示下依次輸入用戶的操作密碼和操作指令。DTMF解碼電路將接收到的DTMF解碼后的數(shù)字信號(hào)送入CPU，若輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)3次以上，系統(tǒng)自動(dòng)掛斷電話。當(dāng)進(jìn)入正常遙控狀態(tài)后，CPU用控制命令來開啟家用電器接口電路，從而控制家用電器。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。CPU是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，本系統(tǒng)采用AT89C51，它的主要功能是接收鈴流檢測(cè)電路和DTMF解碼電路的中斷信號(hào)，發(fā)送對(duì)上線/離線/復(fù)位電路和受控設(shè)備的控制信號(hào)，對(duì)語音錄放電路進(jìn)行尋址操作，接收DTMF解碼電路的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)2。2.1 電話遠(yuǎn)程控制接口電路圖2.2 接口電路方框圖接口電路在傳輸?shù)饶K與控制系統(tǒng)連接的工程中起了非常重要的作用。而它主要是提供單片機(jī)與電話線的連接，因此接口電路應(yīng)該根據(jù)電話線上的工作狀態(tài)和參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。它主要包括振鈴檢測(cè)電路、摘掛機(jī)控制電路、語音耦合電路和雙音多頻信號(hào)耦合電路四部分組成。公用電話網(wǎng)的傳輸線路為二線模擬線路，采用直流環(huán)路信號(hào)方式，能向模擬話機(jī)提供直流饋電、振鈴信號(hào)、話音數(shù)據(jù)、雙音頻數(shù)據(jù)等等。我國規(guī)定：掛機(jī)時(shí)的反饋電電壓為-48V，當(dāng)用戶被叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來鈴流信號(hào)，振鈴信號(hào)是正弦波，頻率為25Hz，電壓有效值9015V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷1。用戶話機(jī)的摘掛機(jī)狀態(tài)是通過對(duì)直流環(huán)路上電流的通斷來實(shí)現(xiàn)的，用戶掛機(jī)時(shí)，直流環(huán)路斷開，饋電電流為0，反之，摘機(jī)時(shí)，饋電電流在30mA左右，當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)通過叉簧接上約300的負(fù)載，使整個(gè)電話線回路流過約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)。2.1.1 振鈴檢測(cè)電路 當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路與用戶電話線連通時(shí)，我們稱系統(tǒng)處于上線(Online)狀態(tài)；反之，當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路與用戶電話線斷開時(shí)，我們稱系統(tǒng)處于離線(Offline)狀態(tài)。只有在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)才應(yīng)處于上線狀態(tài)。這樣做的目的是避免用戶呼叫系統(tǒng)時(shí)的高壓振鈴信號(hào)(可達(dá)120VMS)及線路上其他高壓噪聲對(duì)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路產(chǎn)生危害。上線/離線/復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)，也是由系統(tǒng)硬件電路和軟件共同實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)上線電路的功能是檢測(cè)程控交換機(jī)發(fā)送的振鈴鈴流信號(hào)，然后通過中斷方式通知8051單片機(jī)，根據(jù)軟件設(shè)定，閉合系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路，開啟UrMF信號(hào)解碼電路和語音提示電路與電話用戶線的連接。上線電路的主要部分是鈴流檢測(cè)電路。用戶對(duì)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作完成后，發(fā)出結(jié)束命令，8051單片機(jī)斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路，系統(tǒng)離線。如果用戶出現(xiàn)誤操作或忘記發(fā)送結(jié)束命令時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)軟件設(shè)定，斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路，使系統(tǒng)離線。在沒有振鈴前，電話線路由電活交換機(jī)提供大約48 V的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來振鈴信號(hào)。振鈴信號(hào)為253 V的正弦波，電壓有效值為9015 V。根據(jù)振鈴信號(hào)的特征，設(shè)計(jì)振鈴檢測(cè)電路如圖2.3所示。LINED5圖2.3 振鈴檢測(cè)電路當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上的供電電壓為48 V(老式交換機(jī)為60 V)，經(jīng)二極管D1D4整流后不足以使穩(wěn)壓管D5導(dǎo)通，振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0 V；當(dāng)振鈴信號(hào)到來時(shí)，線路上的交流振鈴信號(hào)經(jīng)過二極管D1D4整流變換成為峰值90 V的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿穩(wěn)壓管D5，經(jīng)R對(duì)C充電，振鈴輸出端電壓升高。因?yàn)檎疋忞妷阂绕綍r(shí)高許多，所以可靠性高，干擾信號(hào)不會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，可在軟件部分進(jìn)行振鈴次數(shù)的檢測(cè)，設(shè)置在一定次數(shù)的振鈴后再摘機(jī)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此之外，用光耦電路來完成振鈴檢測(cè)功能。該電路是以光耦為核心元件構(gòu)成的。根據(jù)振鈴信號(hào)電壓比較高的特點(diǎn)，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過光電耦合器的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進(jìn)行濾波輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號(hào)就可以直接輸出至單片機(jī)的中斷計(jì)數(shù)器輸入口，完成整個(gè)振鈴音檢測(cè)和計(jì)數(shù)的過程。電路圖2.4如下： 圖2.4 振鈴檢測(cè)電路原理說明：電話振鈴信號(hào)通過電容5C1隔直、5D1穩(wěn)壓二極管、5R1限流電阻輸入至光電耦合器4N25的輸入端1口，5C1、5D1和5R1共同組成振鈴信號(hào)變換電路，它們使輸入電壓和電流不會(huì)太大，對(duì)后面的光電耦合器起保護(hù)作用。光電耦合器4N25起的是隔離作用，光電耦合器是一種電信號(hào)的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號(hào)加于發(fā)光二極管上，輸出信號(hào)由光敏三極管取出。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。速度高、價(jià)格低、接口簡(jiǎn)單。振鈴信號(hào)通過光耦4N25的4腳輸出振鈴正弦波，5R2和5C2共同組成濾波電路，信號(hào)到了開關(guān)三極管T1的基極就變成了方波。經(jīng)過三個(gè)反向器的整形輸出到單片機(jī)AT89C51的T0/P3.4口，中斷方式采用外部中斷，計(jì)數(shù)5次產(chǎn)生T0中斷，控制繼電器模擬摘機(jī)，完成振鈴音檢測(cè)。檢測(cè)振鈴信號(hào)的方法有很多種，最普通是利用光耦來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橛霉怦顏韺?shí)現(xiàn)的振鈴檢測(cè)電路，具有價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)只需提供給光耦適當(dāng)?shù)妮斎腚娏骷纯墒蛊涔ぷ?。同時(shí)，設(shè)置在一定次數(shù)的振鈴后再摘機(jī)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此我選用光電耦合電路來完成設(shè)計(jì)。2.1.2 摘掛機(jī)控制電路根據(jù)國家有關(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)300，有“R”鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)350。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流5A。用戶話機(jī)的摘掛機(jī)狀態(tài)，是通過直流環(huán)路上電流的通斷來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)通過叉簧接上約300的負(fù)載，使整個(gè)電話線回路流過約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?，完成接通。主機(jī)摘掛機(jī)控制電路的作用是：在接收到與解碼器相同的編碼后通過摘機(jī)繼電器的動(dòng)作，接通發(fā)射電路及低放電路的電源，完成摘機(jī)動(dòng)作，而又在接收到電話發(fā)射的延時(shí)導(dǎo)頻后， 釋放摘機(jī)繼電器， 完成掛機(jī)動(dòng)作。摘掛機(jī)控制電路是主機(jī)工作狀態(tài)的指揮系統(tǒng)，其控制信號(hào)來源于電話發(fā)出的各種指令。模擬摘掛機(jī)電路主要由一個(gè)三極管開關(guān)電路控制繼電器組成的開關(guān)電路，繼電器控制接入電話線兩端的5R6電阻。摘掛機(jī)信令由單片機(jī)通過使ZHAIJI信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綄?shí)現(xiàn)，ZHAIJI信號(hào)經(jīng)過5R1和5C6組成的RC濾波器后，改變?nèi)龢O管5Q2的基極電壓，使5Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而開啟繼電器K1，K1使電阻5R6接入電話線兩端。因?yàn)?R6是可變電阻，可以根據(jù)需要改變它的阻值，將它設(shè)定為100，則可使回路電流變大，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。當(dāng)ZHAIJI信號(hào)為高電平時(shí)，三極管5Q2不導(dǎo)通，此時(shí)為防止5Q2發(fā)射極的電壓高于Vcc而存在壓降從而使得繼電器5K1同樣有電流通過，可以用一個(gè)二極管5D3與繼電器并聯(lián)，根據(jù)二極管的單向?qū)ㄐ钥芍?，它可以在上述情況下短路5K1，使得繼電器在此時(shí)無電流經(jīng)過從而達(dá)到預(yù)期的目的。整個(gè)電路完成自動(dòng)模擬摘機(jī)過程。R5C3R3K1D3R6圖2.5 摘機(jī)控制電路2.1.3 語音信號(hào)耦合電路在語音錄放模塊中，由于為了方便使用者對(duì)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的操作控制，一般會(huì)將預(yù)先錄放的一些使用提示性語音儲(chǔ)存在語音芯片中，在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)剛接通時(shí)，語音錄放電路需將提示語音通過電路傳輸?shù)诫娫捑€上，在語音錄放模塊與電話線之間就需要用語音信號(hào)耦合接口電路來連接。語音耦合電路是由兩個(gè)對(duì)接的穩(wěn)壓二極管和一個(gè)小型變壓器（變壓器的匝數(shù)比為2 ：1，功率小于5W）組成，從語音錄放電路輸出的語音信號(hào)5YPXH經(jīng)過兩個(gè)穩(wěn)壓二極管后信號(hào)電壓將被限制在一個(gè)范圍內(nèi)，再經(jīng)過小型變壓器將語音信號(hào)耦合到電話線上，此時(shí)還可以將語音信號(hào)中的一些高頻噪音濾除。電路圖如下圖2.6所示： 圖2.6 語音信號(hào)耦合電路2.1.4 雙音多頻信號(hào)耦合電路DTMF雙音多頻信號(hào)是目前在固定電話、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一種信號(hào)。它是一組由高頻信號(hào)和低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào)，電話鍵盤上的任何一個(gè)鍵都由兩個(gè)互不為諧波關(guān)系的頻率組成。DTMF在使用電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，使用者要通過電話線來傳輸其控制命令，這些控制命令在電話線的傳輸過程中都是以雙音多頻信號(hào)的形式傳送的，而單片機(jī)又不識(shí)別該形式的信號(hào)指令，因此在該系統(tǒng)中就使用到了由MT8880芯片組成的雙音多頻信號(hào)解碼電路，它主要是將雙音多頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。在該電路與電話線之間同樣需要使用一個(gè)耦合電路來實(shí)現(xiàn)雙音多頻信號(hào)的耦合傳輸，該電路的電路組成和主要工作原理都與語音信號(hào)耦合電路的工作原理一樣，只不過在語音信號(hào)耦合電路中信號(hào)是從語音錄放電路中耦合到電話線上，而該電路的信號(hào)則是從電話線上耦合到雙音多頻信號(hào)解碼電路中。電路圖如下圖2.7所示：圖2.7 雙音多頻信號(hào)耦合電路2.2 構(gòu)成電路的分立元件2.2.1 光耦4N25/A光耦4N25/A器件由砷化鉀紅外光二極管和硅晶體檢測(cè)器光耦構(gòu)成，是一種發(fā)光二極管與光電晶體管面對(duì)面封裝的單回路、內(nèi)光路光點(diǎn)耦合器，也是一種晶體管輸出6腳DIP封裝光電耦合器。該光電耦合器是振鈴檢測(cè)電路的核心。2.2.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算 運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱為“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。該電路中雖然只用了一個(gè)運(yùn)算放大器，但芯片的封裝都是兩個(gè)運(yùn)放封裝在一起的，分別對(duì)應(yīng)于1，2，3，8和4，5，6，7兩組管腳。它們將遠(yuǎn)程傳來的經(jīng)過衰減的信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)放大，然后再送給解碼芯片MT8880，并用100K電阻保證信號(hào)的電流范圍。2.2.3 光耦隔離光耦隔離就是采用光耦合器進(jìn)行隔離,光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號(hào)，又有隔離作用。光耦隔離具有體積小，種類多，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。采用光耦隔離實(shí)現(xiàn)了電路間的光學(xué)隔離，即使輸入信號(hào)能無阻通過，而且防止輸出信號(hào)反饋到輸入端，有力的抑制強(qiáng)脈沖和各種噪聲的干擾。光耦電路如圖2.8所示。我們用到的電話接口電路需要注意電源必須是懸浮的。由于許多控制電器采用接地設(shè)計(jì)，所以兩部分的電源必須隔離開。在這個(gè)接口間加入光電耦合器以方便隔離電源，采用普通的4N35，電路簡(jiǎn)單方便。 圖2.8 光耦電路2.3 分立元件構(gòu)成的電路 圖2.9 分立元件構(gòu)成的電路當(dāng)電話線路上沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線路由電話交換機(jī)提供大約48V的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)出的約為70V的交流信號(hào)，經(jīng)全橋BRIDGE1極性校正后，使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光耦4N35的輸入端，輸出的脈沖方波信號(hào)再經(jīng)放大、整形后送至AT89C51的T0端，CPU對(duì)振鈴信號(hào)計(jì)數(shù)，完成整個(gè)振鈴音檢測(cè)和計(jì)數(shù)的過程。自動(dòng)摘掛機(jī)部分的電路原理和上述相同。3 集成芯片構(gòu)成電話遠(yuǎn)程控制接口電路T2YPXH圖2.10 接口電路的原理圖該接口電路是由振鈴檢測(cè)電路、自動(dòng)摘機(jī)實(shí)現(xiàn)電路、雙音多頻信號(hào)耦合電路和語音信號(hào)耦合電路四部分混合組成。振鈴檢測(cè)部分利用振鈴檢測(cè)專用芯片TCA3385組成的電路來實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)摘機(jī)部分通過繼電器組成的電路來實(shí)現(xiàn)；雙音多頻信號(hào)耦合電路和語音信號(hào)耦合電路部分是通過兩個(gè)小型變壓器組成的電路來實(shí)現(xiàn)。它是利用振鈴檢測(cè)專用芯片TCA3385組成的電路來實(shí)現(xiàn)其功能的，該電路與語音錄放電路、脈沖解碼電路通過單片機(jī)結(jié)合在一起，組成電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該電路中使用了振鈴檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器件TCA3385，它主要用于振鈴檢測(cè)模塊中，當(dāng)檢測(cè)到鈴流時(shí)，8引腳輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，該引腳將從低電平轉(zhuǎn)為高電平， 送至單片機(jī)的T0端口，使單片機(jī)的計(jì)數(shù)器工作，當(dāng)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)目時(shí)，TX端口發(fā)出低電平，從而使接口電路啟動(dòng)其自動(dòng)摘機(jī)功能。為了單片機(jī)與多音頻解碼電路和語音錄放電路的通信，該接口電路還用了兩個(gè)小功率變壓器，通過信號(hào)耦合將系統(tǒng)中的模塊連接起來。3.1 TCA3385芯片介紹在設(shè)計(jì)振鈴檢測(cè)與模擬摘掛機(jī)電路中，為避免高壓振鈴信號(hào)機(jī)線路及其他高壓噪聲對(duì)解碼電路和語音信號(hào)的危害，系統(tǒng)采用專用芯片TCA3385作為鈴流檢測(cè)核心部件。TCA3385是一種性能穩(wěn)定的振鈴檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換、檢測(cè)器件，常用于電話機(jī)、應(yīng)答器等儀器儀表。當(dāng)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)處于離線狀態(tài)時(shí)，只有鈴流檢測(cè)電路與用戶電話線相連，而TCA3385能承受較高電壓的沖擊，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。芯片的引腳圖如下圖2.11：圖2.11TCA3385芯片引腳圖它的RDO端是振鈴檢測(cè)輸出端，在振鈴信號(hào)穩(wěn)定后，此端會(huì)變?yōu)楦唠娖捷敵?。RDO端可直接與9051單片機(jī)相連，作為8051的中斷信號(hào)INTO。3.1.1 TCA3385引腳注釋引腳1 GND 接地，整個(gè)系統(tǒng)的參考地。引腳2 Vcc 工作電壓，這個(gè)輸出是通用的，它是在負(fù)載回路與電壓調(diào)節(jié)器之間產(chǎn)生的一個(gè)電壓（通常電路應(yīng)用路中都是5v6v）。引腳3 DRV 驅(qū)動(dòng)輸出，這個(gè)輸出直接為系統(tǒng)提供一個(gè)PNP管為核心的開關(guān)電源。引腳4 CO 輸出直流引腳5 LI 線性輸入，這個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)直流電壓或沒有濾波的已整流的交流電壓，在通常的電話應(yīng)用中，它接在二極管電橋正極。引腳6 RIN，連在RIN與LI引腳之間的一個(gè)外部電阻RIN，電路提供輸入阻抗。引腳7 MS，模式選擇，連接在這個(gè)引腳與地之間的一個(gè)外部電阻RL可以設(shè)置振鈴檢測(cè)閾值電壓的數(shù)值。如果RL=0，那么電路選擇了模式1，一個(gè)為12V的固定電平由內(nèi)部的電平傳感器電路自動(dòng)選擇。另外，選擇模式2，RL決定著振鈴檢測(cè)閾值，在模式2中，RL經(jīng)常影響著電路中的輸入阻抗值。引腳8 RDO 振鈴檢測(cè)輸出，這是一個(gè)微波處理器的數(shù)字輸出，它表示著一個(gè)檢測(cè)的振鈴信號(hào)。這個(gè)引腳在輸入電壓超過預(yù)制的閾值電壓的時(shí)候由低電平變?yōu)楦唠娖?，依靠著它的?fù)載（帶有阻抗性的或者容抗性的負(fù)載），在振鈴期間信號(hào)在這個(gè)引腳能夠維持高電平，或者在兩倍于振鈴信號(hào)頻率的時(shí)候輸出方波。3.1.2 線性輸入和保護(hù)電路在輸入電壓變化不超過默認(rèn)的電壓范圍內(nèi)，在閾值電壓之上的時(shí)候，這個(gè)直流轉(zhuǎn)換器有線性輸入阻抗，這意識(shí)著這個(gè)電路的輸入阻抗是電阻性的和持續(xù)性的?？梢杂靡粋€(gè)或者兩個(gè)電阻來表示3和15K的阻值，這要根據(jù)具體的操作方式來看。在模式1是電路的輸入阻抗ZIN是一個(gè)接在5引腳與6引腳間的電阻RIN數(shù)值的比率：ZIN= RIN/100。在模式2中，ZIN是一個(gè)關(guān)于RIN與7引腳與地之間的電阻RL的函數(shù)：ZIN= RIN+2RL/100。另一方面，為了避免影響電路性能，輸入電路保證輸入阻抗在低電壓下很高。這個(gè)過壓保護(hù)電路裝置由兩個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體閘流管構(gòu)成，它在120V到150V時(shí)被開啟。這個(gè)輸入電流被100的內(nèi)部電阻限流，但外部電阻被強(qiáng)制去阻止過大的電流。一個(gè)500電阻串聯(lián)是被認(rèn)為最小可取的。3.1.3 振鈴檢測(cè)器TCA3385包括一個(gè)振鈴檢測(cè)器（通常叫做電平傳感器），它的作用是為MPU提供一個(gè)數(shù)字輸出。它只在電路有足夠電壓時(shí)才能工作。這個(gè)電壓要求直流直流轉(zhuǎn)換器輸出Vcc大于3V。它通常讓電平傳感器工作電平滯后在2V上。數(shù)字輸出從低電平轉(zhuǎn)到高電平，主要由線性輸入電平，一個(gè)預(yù)置的檢測(cè)電平和8引腳上的負(fù)載來決定。這個(gè)振鈴檢測(cè)的電平可能由預(yù)先標(biāo)示確定一種或兩種工作模式。工作模式1中，接地的7引腳上，一個(gè)內(nèi)部固有的電平值作為振鈴檢測(cè)閾值電壓，這個(gè)電壓通常是12V。在工作模式2中，有一個(gè)接在7引腳與地之間的外部電阻RL。這個(gè)電阻的振鈴檢測(cè)電壓可以由程序控制。它的數(shù)值是一個(gè)關(guān)于RL的函數(shù)關(guān)系的值。它應(yīng)該根據(jù)IC設(shè)計(jì)構(gòu)造而被標(biāo)示，工作模式1不是工作模式2的一個(gè)特殊情況。實(shí)際上，在模式2中，必須選擇足夠大的RL，讓振鈴檢測(cè)器能夠高效工作（最小范圍是由上層限制的振鈴檢測(cè)閾值電壓來決定）。在一個(gè)電話應(yīng)用中，輸入信號(hào)是一個(gè)被整流的振鈴信號(hào)，我們可以在8腳處選擇兩種工作模式：脈沖信號(hào)還是連續(xù)信號(hào)；因?yàn)樵?腳上沒有一個(gè)電容，那么輸出電壓在輸入短路振鈴檢測(cè)的開啟或關(guān)閉閾值時(shí)改變情況；另一方面，如果8引腳上的負(fù)載是一個(gè)電容時(shí)，輸出電壓會(huì)在第一次輸入短路開啟閾值電壓時(shí)由低電平變?yōu)楦唠娖?。在振鈴脈沖的下降沿時(shí)保持高電平不變。在8引腳處有一個(gè)內(nèi)部輸入電路系統(tǒng)，它由一個(gè)射極跟隨器和一個(gè)非線性電流源構(gòu)成。3.1.4 開關(guān)電源TCA3385是一個(gè)基于直流直流轉(zhuǎn)換器的器件。它與一些外部的器件協(xié)同工作，這些器件包括一個(gè)PNP晶體管，一個(gè)電感，一個(gè)穩(wěn)壓二極管，一個(gè)二極管。這個(gè)電路驅(qū)動(dòng)外部的PNP管讓電流流進(jìn)電感線圈。這個(gè)PNP管是一個(gè)開關(guān)晶體管，它的開關(guān)時(shí)間小于整個(gè)脈沖時(shí)間的2%，T0=1/f0（f0是開關(guān)頻率）。例如，一個(gè)50KHz的三極管（T0=20us），上升時(shí)間與下降時(shí)間都應(yīng)該小于400ns；這樣開關(guān)模式下，電路的效率高于50%。當(dāng)然，這個(gè)PNP管必須承受高達(dá)150V的電壓。在具體的事例中通常使用MPSA92。這個(gè)二極管必須有一個(gè)低的前向壓降和好的開關(guān)特性來保證需求的高電壓輸出，它必須是承受高達(dá)150V的電壓，這個(gè)電感應(yīng)該保證它的損耗最?。òù判院统庑裕?。這個(gè)直流直流轉(zhuǎn)換器包括了三個(gè)主要模塊：一個(gè)電流鏡像電路產(chǎn)生一個(gè)為外部電容充電的持續(xù)電流，這個(gè)電流由VIN決定。一個(gè)電源開關(guān)頻率比較器，這個(gè)開關(guān)頻率主要由內(nèi)部電壓VIN與內(nèi)部輸入阻抗ZIN決定。一個(gè)PNP晶體管驅(qū)動(dòng)級(jí)。3.1.5 外部保護(hù)電阻這個(gè)裝置可以接受過壓輸入信號(hào)，經(jīng)過兩個(gè)輸入的半導(dǎo)體閘流管置ON，讓5腳的電壓超過120V。這種情況下，電流由一個(gè)內(nèi)部100和外部電阻Rv（通常是500）限制。a) 快速輸入信號(hào)如果過壓脈沖的翻轉(zhuǎn)速率大于500V/ms（一個(gè)1Ufde 電容的限制直流500mA是可行的）。這樣最高電流通常是由外部電阻Rv分離出與之對(duì)應(yīng)的最高電壓。在這種情況下，最大電流通常是500mA，無論這個(gè)脈沖有多窄。例如：最大400V電壓：Rv=400V/0.5A=800。b)慢速輸入信號(hào)這個(gè)慢速信號(hào)（例如：振鈴信號(hào)25，50，100Hz）最大電流必須限制在250mA。因此，按照法國標(biāo)準(zhǔn)的振鈴電壓：Rv=400VMAX/0.25A=500。如果過壓太高，Rv必須由新的最大輸入電壓來計(jì)算。按照上面芯片的用法，我們選擇芯片工作模式2，在7引腳與地之間接一個(gè)電阻RL，讓芯片根據(jù)RL的大小來決定電路的閾值電壓，在8腳處不接任何負(fù)載，保證8腳輸出的是一個(gè)脈沖信號(hào)，以便單片機(jī)檢測(cè)振鈴信號(hào)的次數(shù)，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)功能。3.2 集成芯片電路與分立元件電路的優(yōu)缺點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，可以看出用集成芯片構(gòu)成的電話遠(yuǎn)程控制接口運(yùn)用方便、結(jié)構(gòu)較分立元件構(gòu)成的簡(jiǎn)單，對(duì)電路以及整個(gè)系統(tǒng)有比較好的保護(hù)作用。具體概括以下幾點(diǎn)：1. 分立元件的功率消耗比集成芯片大；2. 集成芯片