簡易家用電器遠程遙控器的設(shè)計（附電路圖及源程序）

1、 2011 屆屆畢業(yè)畢業(yè)生生 畢業(yè)論畢業(yè)論文文 題題 目目: : 簡易家用電器遠程遙控器的設(shè)計簡易家用電器遠程遙控器的設(shè)計 院系名稱：院系名稱： 信息科學與工程學院信息科學與工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電子信息科學與技術(shù)電子信息科學與技術(shù) 級級 班班 學生姓名：學生姓名： 學學 號：號： 指導教師：指導教師： 教師職稱：教師職稱： 20 年年 6 月月 3 日 i 摘摘 要要 隨著社會的發(fā)展和科技的進步，越來越多的家用電器進入了人們的生活，這些家用 電器給人們的生活帶來了很多的方便和享受，同時隨著電話在家庭的普及，電話機的功 能將進一步得到開發(fā)和利用。利用電話實現(xiàn)家用電器遙控是家電未來的發(fā)

2、展方向之一。 本文設(shè)計的是一種基于 at89c51 單片機的遠程電話控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是以單片機 at89c51 為核心、基于電話網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的家用智能電話控制電器。利用電話網(wǎng)傳輸數(shù)字和 語音信息，遠程控制部分接收電話網(wǎng)發(fā)送來的 dtmf 信號，對其進行解碼，解碼后由中 央處理器 at89c51 根據(jù)解碼信息控制家用電器；本系統(tǒng)設(shè)計實用，功能靈活多樣，可靠 性高，操作方便，可以廣泛地應(yīng)用于家庭或者其它場所的智能控制。該系統(tǒng)通過嵌入式 的智能語音提示, 突出的語音提示功能和密碼控制系統(tǒng), 可使操作者根據(jù)各種提示音及時 了解受控對象的有關(guān)信息。系統(tǒng)可實現(xiàn)通過發(fā)出語音命令用電話遠程控制多個家電, 用 戶

3、可以查詢家電狀態(tài), 提供密碼功能, 只有輸入正確的密碼才能控制家電, 從而提高了安 全性。 關(guān)鍵詞：單片機 電話 遠程遙控 雙音解碼 ii title summary of household appliances remote control to the design of the text abstract with the development of scientific technology,an increasing number of home appliances have come into peoples daily lives. these home appliance

4、s have brought in much convenience and enjoyment to peoples life. the function of telephones will be further utilized and developed along with the popularization of telephones. home appliances will probably be controlled by the telephone using the remote control technique in the future. the article

5、designed the remote telephone control system which based on microcontroller at89c51. basing on the telephone net, the system which uses the core controller single-chip microcomputer at89c51 realizes long-distance control household appliances . the telephone control system, which uses the telephone n

6、et convert and voice information receives dtmf code from the telephone net, and interpret the code, the core controller at89c51 controls the state of household appliances responded to the interpretation. this system is practical, and the function is flexible, and the operation is convenient with hig

7、h reliability, which can be used extensive in various kinds of control equipment to home and others field. the designing of a system of long-distance control based on sound processing technology and dtmf decoding technology is presented in this paper. by using sound commands of sound recognition tec

8、hnology, this system realizes its control of household electrical appliances through telephone networks and so realizes the intelligently control of them in residence. the embedded and intelligent sound indication, its outstanding sound function of prompt and its code control system enable the opera

9、tors to timely obtain the relative information of the controlled objects through indicated sounds. the system can use telephone to control many household electrical appliances in long distance through uttering sound commands and provides the code safeguard function. only through inputting the correc

10、t password to control them, the users can control the condition of household electrical equipment, so the system security can be improved. key words : mcu telephone remote control dtmf iii 目目 錄錄 摘 要 .i abstract .ii 1. 緒論 .1 1.1 課題背景 .1 1.2 本設(shè)計的任務(wù) .2 1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計.2 2. 系統(tǒng)方案和主要芯片的選擇 .5 2.1 系統(tǒng)整體方案 .5 2.2

11、主要芯片選擇 .5 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .13 3.1 振鈴檢測和模擬摘機 .13 3.2 聲音監(jiān)聽和語音提示電路 .14 3.3 單片機控制和密碼存儲電路 .15 3.4 dtmf 檢測電路 .16 3.5 繼電器控制電路 .17 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .19 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計基本思路 .19 4.2 定時中斷子程序 .20 4.3 mt8870 中斷子程序 .21 5. 系統(tǒng)的調(diào)試 .23 5.1 整體系統(tǒng)調(diào)試 .23 5.2 硬件及軟件調(diào)試 .23 總結(jié) .24 致謝 .25 參考文獻 .26 附錄一：元器件清單 .27 附錄二：電話遠程控制器原理圖 .28 附錄三：電話遠程控制器 p

12、cb 圖 .29 附錄四：電話遠程控制器程序 .30 1 1.1. 緒論緒論 1.11.1 課題背景課題背景 20 世紀 90 年代初，美國、歐洲等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了“智能住宅” 的概念1?；舅枷胧牵簩⒓彝ブ懈鞣N與信息相關(guān)的通信設(shè)備家用電器和家庭保安 裝置通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上，以進行集中的或異地的監(jiān)視 控制和家庭事物性管理，并保持這些家庭設(shè)備與住宅環(huán)境的和諧及協(xié)調(diào)2。因此， 住宅智能化即是通過家庭總線這個通信網(wǎng)絡(luò)，把住宅的安全防范系統(tǒng)，能源管理系 統(tǒng)，公共服務(wù)系統(tǒng)，信息系統(tǒng)集成起來。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的追求越來越高，在人們快節(jié)奏工作和學習 的同時

13、，迫切希望在家中有一個靈活自如的，能為人們提供方便的環(huán)境。由于現(xiàn)代 家庭中設(shè)備或電器越來越多，且通訊線路高速發(fā)展，所以利用現(xiàn)有的通訊線路對家 中的設(shè)備或電器進行控制，已成為未來家居自動化發(fā)展的趨勢。遠程電話控制有其 優(yōu)越性，利用電話進行遠程控制不需要專門布線，不占用無線電頻率資源，不受距 離和環(huán)境影響，可跨省市、甚至跨越國家進行遠程控制3。所以設(shè)計一種遠距離電 話控制的電路，必然給人們的生活帶來諸多方便。用手機遠距離控制家用電器智能 化家庭信息中心平臺已成為國家“八六三”計劃重點課題4。 目前家庭的網(wǎng)絡(luò)化是住宅的熱點5。國外的同類產(chǎn)品的性能雖然很好，但是其 價格很難讓中國百姓所接受，而國內(nèi)的系

14、統(tǒng)開發(fā)商、房地產(chǎn)開發(fā)商只青睞于新建住 宅，而對舊有住宅的網(wǎng)絡(luò)化需求關(guān)注不夠。問題的癥結(jié)在于住宅內(nèi)部及其與外界信 息交換的通信網(wǎng)絡(luò)。電力線載波和無線通信可做為住宅內(nèi)部通信手段，但電力線載 波通信的可靠性較差，無線通信的價格偏高，故應(yīng)用較少，目前主流產(chǎn)品均采用單 獨布線的通信方式，但對已建住宅，不免會使重新布線困難重重。由于 dtmf(雙 音多頻)編碼通信技術(shù)的發(fā)展，使得借助低壓電力線進行數(shù)據(jù)通信成為可能6。電話 遠程控制器主要接收電話線上傳來的控制家電的信息，譯碼后經(jīng)并行通信向智能控 制器發(fā)控制家電指令；接收由智能控制器傳來的報警或求援信息（經(jīng)并行通信） ， 自動撥號（可由鍵盤預先設(shè)置）后，以語

15、音形式將信息傳送給用戶或直接報警。都 是在線調(diào)試，已經(jīng)在宿舍連接電話經(jīng)過真正的交換機實驗并且成功。本設(shè)計的各種 電器接口、各項標準都嚴格遵循國家有關(guān)標準，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。 2 家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由電話遠程控制器、智能控制器、一些功能模塊組成。電話 遠程控制器主要接收電話線上傳來的控制家電的信息，譯碼后經(jīng)并行通信向智能控 制器發(fā)控制家電指令；接收由智能控制器傳來的報警或求援信息（經(jīng)并行通信） ， 自動撥號（可由鍵盤預先設(shè)置）后，以語音形式將信息傳送給用戶或直接報警。 1.21.2 本設(shè)計本設(shè)計的任務(wù)的任務(wù) 電話遠程智能遙控系統(tǒng)的具體設(shè)計要求： 通過電話網(wǎng)對異地的電器實現(xiàn)控制（開/關(guān)

16、） ； 控制器可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機； 控制器設(shè)置密碼校驗； 設(shè)計目標： (1)控制系統(tǒng)能對家中電器實現(xiàn)遠程控制； (2)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)雙方通信； (3)控制系統(tǒng)主人的身份校驗、在線密碼修改及存儲； (4)控制系統(tǒng)有語音功能提示，以方便主人操作； (5)控制系統(tǒng)有聲音監(jiān)聽功能，隨時了解家中情況； (6)控制系統(tǒng)外加了電器延時開、關(guān)的功能。 1.31.3 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計 本系統(tǒng)是一個用來控制各種家電的設(shè)備，它通過來自電話的控制信號來實現(xiàn)對 家電的控制。當用戶不在家時，通過隨身攜帶的移動電話或者身邊的固定電話，拔 通家里的電話，依照事先規(guī)定的一些規(guī)則，通過在電話里的語音提示，進行不同的

17、 數(shù)字按鍵操作來完成對不同家電的控制，達到用戶的預期目的。系統(tǒng)的功能以確定 設(shè)計具體要求如下： (1)控制系統(tǒng)能通過電話終端通信設(shè)備對家中電器實現(xiàn)遠程控制； (2)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機，以實現(xiàn)雙方通信； (3)控制系統(tǒng)主人的身份校驗、在線密碼修改及存儲； (4)控制系統(tǒng)有語音功能提示，以方便主人操作； (5)控制系統(tǒng)有聲音監(jiān)聽功能，隨時了解家中情況； (6)控制系統(tǒng)外加了電器延時開、關(guān)的功能。 本系統(tǒng)由單片機構(gòu)成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作指令形成 3 各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機與電話外線的接 口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、雙音頻dt

18、mf識別、語音提示電路及電器控 制。總體電路框圖如圖1.1所示。 圖 1.1 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)主要由 at89c51 單片機、dtmf 解碼芯片 mt8870 和語音芯片 isd2560 組成。at89c51 單片機完成電話機振鈴信號次數(shù)的檢測、控制和加密。此系統(tǒng)具 有以下單元功能模塊： （1）鈴音檢測、計數(shù)； （2）自動模擬摘掛機； （3）密碼校驗； （4）在線修改密碼； （5）雙音頻信號解碼； （6）輸入信息分析； （7）控制電器開關(guān)； （8）電器狀態(tài)查詢； 根據(jù)電話機和交換機發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要求，結(jié)合 實際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上的不同分工，具體

19、如下。 理論上交換機所發(fā)出的各種信號音都可以通過軟件編程而識別，即通過單片機 發(fā)出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)計算出其頻率，從而完成信號 音識別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，我選擇了硬件來解決振鈴 音檢測、忙音檢測、雙音頻信號解碼等功能模塊。自動摘掛機和電器的控制必須使 用具體硬件電路來實現(xiàn)。振鈴音計數(shù)、忙音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入 電源電路 繼電器 2 繼電器 1 模擬摘機 單 片 機 振鈴檢測電路 監(jiān)聽電路 dtmf 解碼電路 語音提示電路 電 話 機 端 口 4 信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實 現(xiàn)也很容易。

20、綜上所述，本系統(tǒng)信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊 使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、信息分析、電器狀 態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。 系統(tǒng)為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達到非常高性價比。故未對電 話裝置的其他功能進行進一步的擴展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡 量選擇廉價的。譬如:在各路終端上接上傳感器即可實現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；加上 留言電路，主人不在家時客人留言。利用遙控方式可使主人很方便地在異地提取留 言信息；在各路終端上接上傳感器即可實現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；接上自動撥碼電路 可定時將預定信息轉(zhuǎn)至主人傳呼機或特定電話，從而達到定

21、時提醒主人的目的。本 系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。 5 2.2. 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案和主要芯片的選擇和主要芯片的選擇 2.12.1 系統(tǒng)整體方案系統(tǒng)整體方案 由于采用 plc 技術(shù)和 web 服務(wù)器實現(xiàn)家電控制價格昂貴一般人承受不了，且 用電話實現(xiàn)家電控制解決了電力線載波通信的可靠性較差，無線通信的價格偏高以 及布線困難的問題，使得借助低壓電力線進行數(shù)據(jù)通信成為可能，而且開發(fā)周期短。 所以我選擇利用電話實現(xiàn)家電控制。 該系統(tǒng)利用遍及千家萬戶的電話線來傳輸信息，這是目前可以實現(xiàn)住宅內(nèi)與住 宅外信息交換最有效的方法。主要應(yīng)用于電話遙控控制的家用電器，用戶在戶外可 通過任意一部雙音多頻

22、電話(包括手機、電話分機)，根據(jù)語音提示可以對各種電器 （如電飯鍋、微波爐等電器）進行遠程控制，使人們的生活更加便捷與享受。該系 統(tǒng)可以使用單片機配合新型的 dtmf 解碼芯片和語音電路來實現(xiàn)了電話對家用電 器的遠程控制。 在使用時只需先將電話線的進線插入本裝置，用戶使用本裝置時只要撥打家中 的電話，裝置檢測到有鈴流(可以設(shè)定 30s 以后還有鈴流)，裝置發(fā)出模擬摘機信號， 并控制語音處理電路提示用戶輸入密碼(預先設(shè)定)，用戶聽到這一提示音后就在自 己所使用的雙音頻電話機或手機上按下密碼所對應(yīng)的數(shù)字鍵即可，密碼所對應(yīng)的雙 音頻信號經(jīng)電話線傳給雙音頻接收發(fā)送電路，檢測譯碼，傳給主控單元，識別正確

23、 后，語音芯片再提示用戶進行控制家用電器的操作，最后，主控單元把控制家電的 信息譯碼，經(jīng)并行通信傳給智能控制器，由控制器執(zhí)行控制家電的操作。 2.22.2 主要芯片選擇主要芯片選擇 電話智能遙控器由單片機構(gòu)成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作 指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機與電話 外線的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻 dtmf 識別， 及語音提示電路。 2.2.1 主控制器選擇 單片機就是在一塊芯片上集成了 cpu、ram、rom(eprom 或 eeprom)、 時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行 i/o 口。如 int

24、el 公司的 8031 系列等。 除了以上基本功能外，有的還集成有 a/d、d/a，如 intel 公司的 8098 系列。概括 6 起來說，單片機具有如下特點：具有位處理能力，強調(diào)控制和事務(wù)處理功能，價格 低廉。如低檔單片機價格只有人民幣幾元錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用 資料眾多。后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機課程和單片機實驗。本 系統(tǒng)我們采用美國 atmel 公司生產(chǎn)的 at89c51。 at89c51 的介紹 at89c51 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 cmos8 位單片機，片內(nèi) 含 4k bytes 的可反復擦寫的 flash 只讀程序內(nèi)存和 12

25、8bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器， 器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 mcs-51 指令 系統(tǒng)，片內(nèi)置用 8 位中央處理器和 flash 存儲單元，功能強大的 at89c51 單片機 可以提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用各種控制領(lǐng)域。其引腳如圖 2.1 所 示。 at89c51 主要性能參數(shù)： 1、與 mcs-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 2、4k 字節(jié)可反復擦寫 flash 閃速內(nèi)存； 3、1000 次擦寫周期； 4、全靜態(tài)操作：0hz24hz； 5、三級加密程序內(nèi)存； 6、1288 字節(jié)內(nèi)部 ram； 7、32 個可編程 i/o 口線； 8、2 個

26、 16 位定時、計數(shù)器； 9、6 個中斷源； 10、低功耗空閑和掉電模式。 at89c51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片。它具有32個外部雙向輸入 /輸出（i/o）端口，2個外部中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，1個全雙工串行通 信口。按其功能可分為電源、時鐘、控制和i/o接口四大部分： 1、電源引腳 vcc：芯片主電源，外接+5v。 gnd：電源地線。 2、時鐘引腳 xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 圖 2.1 at89c51 單片機引腳 7 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。 3、控制引腳 （1）ale/：地址鎖存控制信號。當訪問外部內(nèi)存時，地址鎖存允

27、許輸prog 出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部 數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale 脈沖。此時，ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 （2）：外部程序內(nèi)存讀選信號。在由外部程序內(nèi)存取指期間，每個機器psen 周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不psenpsen 出現(xiàn)。

28、 （3）/vpp：訪問程序內(nèi)存控制信號。當信號為低電平時，只訪問片外eaea 程序內(nèi)存；而當為高電平時，則對 rom 的讀操作是從內(nèi)部程序內(nèi)存開始，并ea 可延續(xù)至外部程序內(nèi)存。 （4）rst/vpd：復位/掉電保護信號輸入。當輸入的復位信號延續(xù) 2 個機器周 期以上高電平即為有效，用以完成單片機的復位操作。 4、i/o 引腳 p0 口（p0.0p0.7）：8 位雙向并行 i/o 接口。擴展片外內(nèi)存或 i/o 口時，作 為低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)總線的分時復用接口，它為雙向三態(tài)。p0 口可帶 8 個 ttl 負載電流。p0 口作為 i/o 輸出口使用時，由于 p0 口為開漏輸出，必須外接上

29、 拉電阻才能有高電平輸出。 p1 口（p1.0p1.7）：8 位準雙向并行 i/o 接口。p1 口每一位都可以獨立設(shè)置 成輸入輸出位，p1 口可以驅(qū)動 4 個 ttl 電路。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為 高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。 p2 口（p2.0p2.7）：8 位準雙向并行 i/o 接口。擴展外部數(shù)據(jù)、程序內(nèi)存時， 作為高 8 位地址輸出端口。p2 口可以驅(qū)動 4 個 ttl 電路。 p3 口（p3.0p3.7）：8 位準雙向接口并行 i/o。除了與 p1 口有一樣的 i/o 功 8 能外，每一個引腳還兼有第二功能。如表

30、2-1 所示。p3 口的第二功能信號都是單片 機的重要控制信號，因此，在實際使用時，先按需要選用第二功能信號，剩下的才 以第一功能的身份作為數(shù)據(jù)位的 i/o 使用。p1、p2、p3 口片內(nèi)均含有固定的上拉 電阻，故稱為準雙向并行 i/o 接口。p0 口片內(nèi)無固定的上拉電阻，由兩個 mos 管 串接，既可開路輸出，又可處于高阻的“懸空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)并行 i/o 接口。 表 2.1 p3 口各引腳對應(yīng)的第二功能 p3.0p3.1p3.2p3.3p3.4p3.5p3.6p3.7 rxdrxd 0int1int t0t1 wrrd 2.2.2 dtmf 芯片概述 8870 芯片它集成了陷波濾波

31、器和數(shù)字解碼功能。在濾波器部分，使用了開關(guān) 電容技術(shù)；解碼部分，用數(shù)字計數(shù)的方法檢測所有 16 種 dtmf 音頻對，并將它們 編成 4bits 的碼。通過在芯片上放置差分輸入放大器，時鐘晶振和可鎖存的三態(tài)輸 出，可以使外圍元器件最少。本系統(tǒng)的解碼芯片我們采用 mt8870。 mt8870 是一個完整的 dtmf 接收解碼電路。和其它電路，如 lcd 驅(qū)動電路 一起，可實現(xiàn) callerid 功能。它集成了陷波濾波器和數(shù)字解碼功能。在濾波器 部分，使用了開關(guān)電容技術(shù)；解碼部分，用數(shù)字計數(shù)的方法檢測所有 16 種 dtmf 音頻對，并將它們編成 4bits 的碼。通過在芯片上放置差分輸入放大器，

32、時鐘晶振 和可鎖存的三態(tài)輸出，可以使外圍元上件最少。 信號經(jīng)過輸入放大，過濾掉噪聲，再被由 6 階高頻組帶通濾波器和 8 階低頻組 帶通濾波器組成的陷波濾波器濾出 dtmf 信號，然后經(jīng)過平滑濾波，再由過零檢 測器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入數(shù)字部分。信號在數(shù)字部分分為兩路，一路 直接送到頻率檢測部分，分別對信號進行高頻和低頻檢測。如果輸入信號頻率在預 先設(shè)置的范圍內(nèi)，則將檢測結(jié)果送到編碼部分進行編碼，并等待 d 觸發(fā)器的同步 輸出信號；如果輸入信號頻率不在預先設(shè)置的范圍內(nèi)，檢測結(jié)果維持為 0 不變。另 一路則送到頻率平均算法部分，分別經(jīng)過 4，8 分頻，以初步檢測信號的持續(xù)時間， 將諸如噪

33、聲之類的干擾消除掉；同時，進一步設(shè)置更為嚴格的頻率檢測范圍。如果 信號通過了檢測，就使 est 端輸出高電平，通過外圍 rc 回路對 st 端充電(r，c 的 值可以根據(jù)不同的工業(yè)標準進行選擇)，如果 est 端高電平持續(xù)時間足夠長，使充 9 電后 vc=vtst(235v，這是通過比較器比較)，這就意味著所檢測的信號滿足 dtmf 的工作標準，則使引導邏輯部分的輸出同步脈沖到編碼部分，使 4 位編碼輸 出，經(jīng)過延遲單元，鎖存進三態(tài)輸出單元，輸出正確的碼；同時，引導邏輯部分產(chǎn) 生 std 端高電平信號，同時使 gt 維持兒高電下。如果充電時間不夠長，這就是說 即使被檢測信號的頻率在 dtmf

34、頻率范圍內(nèi)，但它的持續(xù)時間不足以滿足 dtmf 的工業(yè)標準，輸出同步脈沖保持為 0，編碼結(jié)果不輸出。 2.2.3 語音芯片 本系統(tǒng)采用的是美國isd公司的2500芯片，按錄放時間60秒。isd2500系列和 1400系列語音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在 于片內(nèi)e2prom容量為480k(1400系列為128k)，所以錄放時間長；有10個地址輸入 端(1400系列僅為8個)，尋址能力可達1024位；最多能分600段；設(shè)有ovf（溢出） 端，便于多個器件級聯(lián)。 2.2.4 存儲芯片 對于存儲芯片的選擇，我們選擇at24c02是美國atmel公司的低功耗cmos 串行

35、eeprom。它是內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬（2.55.5v） 、擦寫 次數(shù)多（大于10000次） 、寫入速度快（小于10ms）等特點。 at24c02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在at89c51 試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳sda為串行數(shù) 據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向i2c總線串行傳送，在at89c51試驗開發(fā)板上和單 片機的p3.5連接。第6腳scl為串行時鐘輸入線，在at89c51試驗開發(fā)板上和單片機 的p3.6連接。sda和scl都需要和正電源間各接一個5.1k的電阻上拉。第7腳需要接 地。 24c02中帶有片內(nèi)地

36、址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器 自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為 降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 i2c總線是一種用于ic器件之間連接的二線制總線。它通過sda（串行數(shù)據(jù)線） 及scl（串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別 每個器件：不管是單片機、存儲器、lcd驅(qū)動器還是鍵盤接口。 1i2c總線的基本結(jié)構(gòu)采用i2c總線標準的單片機或ic器件，其內(nèi)部不僅有 i2c接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟 10 件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。cpu不僅

37、能通過指令將某個功能單元 電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的 既簡單又靈活的擴展與控制。 2雙向傳輸?shù)慕涌谔匦詡鹘y(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一 條線，如mcs51系列的txd和rxd，而i2c總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使 其可工作于發(fā)送或接收方式。當某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也 叫主器件)，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于 啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認 為是從器件。i2c總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。 在總線上，既沒有中

38、心機，也沒有優(yōu)先機。 總線上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳 送的方向。sda和scl均為雙向i/o線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時， 兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線 “與”功能。i2c總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為100kbit/s，在快速方式下， 最高傳送速率可達400kbit/s。 3i2c總線上的時鐘信號在i2c總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接 在scl時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。scl線上由高電平到低電平的跳變 將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使scl線一直保

39、持 低電平，使scl線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘 由低至高的跳變并不能影響scl線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài)。 當所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結(jié)束，scl線被釋放返回 高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結(jié)束高電平期的 器件又將scl線拉成低電平。這樣就在scl線上產(chǎn)生一個同步時鐘?？梢?，時鐘低 電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短 的器件確定。 4數(shù)據(jù)的傳送在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。在i2c 總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號（也稱啟動和停止信號）的定義。

40、當時鐘線scl 為高電平時，數(shù)據(jù)線sda由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號；當scl線為高 電平時，sda線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。開始和結(jié)束信號都是由 11 主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信號以后的一段 時間內(nèi)，總線被認為是空閑的。 i2c總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在i2c總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是 用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(r/w)。方向位為“0” 表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從 器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的 地址進

41、行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋 址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(r/w)確定。 在i2c總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位，而且每個 傳送的字節(jié)后面必須跟一個認可位（第9位） ，也叫應(yīng)答位（ack） 。送過程如每次 都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響應(yīng)，即釋放scl線返 回高電平，準備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一 個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時， （例如正在處理一個內(nèi)部中斷，在這個中斷處理完 之前就不能接收i2c總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時鐘scl線保持低電平，從器件必 須使sda保

42、持高電平，此時主器件產(chǎn)生1個結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器 件處于等待狀態(tài)。當從器件處理完畢時將釋放scl線，主器件繼續(xù)傳送。 當主器件發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應(yīng)于scl線上的一個時鐘 （ack）認可位，在此時鐘內(nèi)主器件釋放sda線，一個字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的 響應(yīng)信號將sda線拉成低電平，使sda在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。從 器件的響應(yīng)信號結(jié)束后，sda線返回高電平，進入下一個傳送周期。 i2c總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個器件不 需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數(shù)據(jù)，則可以忽略該地址不作響應(yīng)。如果該器件 需要廣播呼叫尋址中提供的數(shù)據(jù)，則應(yīng)

43、對地址作出響應(yīng)，其表現(xiàn)為一個接收器。 5總線競爭的仲裁總線上可能掛接有多個器件，有時會發(fā)生兩個或多個主 器件同時想占用總線的情況。例如，多單片機系統(tǒng)中，可能在某一時刻有兩個單片 機要同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競爭。i2c總線具有多主控能力，可 以對發(fā)生在sda線上的總線競爭進行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當多個主器件同 時想占用總線時，如果某個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送低電平，則發(fā) 送電平與此時sda總線電平不符的那個器件將自動關(guān)閉其輸出級?？偩€競爭的仲裁 是在兩個層次上進行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則 12 進入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可

44、靠性。由于是利用i2c總線上的信息 進行仲裁，因此不會造成信息的丟失。 6. i2c總線接口器件目前在視頻處理、移動通信等領(lǐng)域采用i2c總線接口器件 已經(jīng)比較普遍。另外，通用的i2c總線接口器件，如帶i2c總線的單片機、 ram、rom、a/d、d/a、lcd驅(qū)動器等器件，也越來越多地應(yīng)用于計算機及自動 控制系統(tǒng)。 13 3 3. . 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電 路的可靠性、穩(wěn)定性，使整體電路達到比較高的穩(wěn)定性。此電路主要包括電話線路 摘機檢測和線路振鈴信號的檢測電路，語音提示電路，單片機控制和密碼存儲電路, dtmf 檢測電

45、路及電器驅(qū)動電路。 3.13.1 振鈴檢測和模擬摘機振鈴檢測和模擬摘機 振鈴檢測的功能是檢測有無鈴流，當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。 振鈴為 253hz 的正弦波，諧鈴失真不大于 10%，電壓有效值 9015v。振鈴信號 以 5 秒為周期，即 1 秒送，4 秒斷。振鈴檢測電路如圖 3.1 所示。 p3.7 是振鈴信號檢測端，根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點，可以先使用高壓穩(wěn) 壓二極管進行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過 rc 回路進行濾波，輸入給光電 耦合器的波形，經(jīng)過光電耦合器的隔離轉(zhuǎn)換輸出很標準的方波。方波信號就可以直 接輸出至單片機的端口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。 模擬摘機

46、電路的功能是當電話振鈴到一定時間后接通電話，其電路如圖 3.1 所 示。如果電話線路上出現(xiàn)了振鈴信號，90vpp 的振鈴電壓使得光電耦合器 u2 輸出 端按振鈴頻率導通和截止，單片機在每次振鈴信號結(jié)束后進行振鈴次數(shù)計數(shù)，并將 單片機振鈴次數(shù)計數(shù)器中的數(shù)據(jù)與已經(jīng)設(shè)定的振鈴摘機數(shù)據(jù)比較，兩者相等 p3.1 下拉，光電耦合器 u1 導通，則 q1 和 q2 也導通，從而實現(xiàn)模擬摘機。 圖 3.1 振鈴檢測與模擬摘機電路 14 監(jiān)測電路是為了監(jiān)測電話機是否模擬摘機，電路如圖 3.1 所示。 電路中的 dw1、r2、r13、c6、q3 組成電話線路摘機檢測，平時電話線路電 壓使得 dw1 擊穿，使 q3

47、 的基極電位為高，三極管導通，p3.0 腳被下拉成低電平， 此時單片機主要任務(wù)是監(jiān)測 p3.0 腳的電壓升高變化。當該系統(tǒng)接收到振鈴信號， 且達到規(guī)定的振鈴次數(shù)后模擬摘機，電話線路上電壓均由原來的 48v 下降到 7- 8v，此時 dw1 截止，p3.0 被本身的上拉電阻上拉成高電平。單片機測試到 p3.0 腳的高電平后，開啟外部中斷 0，單片機隨時接收 mt8870 發(fā)出的選通信號，單片 機根據(jù)選通信號的到來及時接收 mt8870 數(shù)據(jù)端 11-14 腳上的雙音多頻信號數(shù)據(jù)。 3.23.2 聲音監(jiān)聽和語音提示電路聲音監(jiān)聽和語音提示電路 語音提示電路是此系統(tǒng)的重要組成部分，能提供給用戶直觀的的

48、反饋信息，為 了使系統(tǒng)更加人性化，語音提示直接采用了語音芯片，將一些操作規(guī)則事先存于芯 片中，根據(jù)不同的 dtmf 信號產(chǎn)生不同的提示信息，從而來完成控制整個系統(tǒng)的 目的，由于需要存儲的信息容量比較大，電路采用了 isd2560，此芯片可錄一分鐘 的語音信息，對本系統(tǒng)以足夠使用，電路如圖 3.2 所示。 圖 3.2 語音提示電路 聲音監(jiān)聽和語音提示都由 p3.6 控制，聲音信號是由 mic 話筒產(chǎn)生的，而語音 信號是由 isd2560 語音芯片輸出的。當 p3.6 為高電平時，三極管 q6 截止，因此對 聲音信號和語音信號沒有放大功能；當 p3.6 為低電平時，三極管 q6 導通，對信號 有放

49、大作用，此時可以監(jiān)聽聲音或者自動語音提示。 語音提示電路包括語音芯片及外圍電路，語音放大反饋回路，反饋信息由單片 機控制，2500 系列最多可分為 600 段，只要在分段錄/放音操作前(不少于 300 納秒)， 15 給地址 a0a9 賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止 鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標志（eom） ；而放音時芯 片遇到 eom 標志即自動停止放音。 使用操作模式時需要注意兩點： 1、所有操作模式下的操作都是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而 從相應(yīng)的地址開始工作。當電路中錄音轉(zhuǎn)放音或進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位 為0。 2、

50、操作模式位不加鎖定，可以在 msb（a8、a9）地址位為高電平時，ce 電 平變低的任何時間執(zhí)行操作模式操作。如果下一片選周期 msb（a8、a9）地址位 中有一個(或兩個)變?yōu)榈碗娖?，則執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，原來設(shè) 定的操作模式狀態(tài)丟失。 3.33.3 單片機控制和密碼存儲電路單片機控制和密碼存儲電路 本電路單片機采用了 at89c51 作為控制芯片，并采用 eeprom 作為密碼的存 儲。為了減小電路的體積及單片機 i/o 口，存儲器采用了 24c02，有 2k 的存儲空 間，當系統(tǒng)掉電后密碼也不會丟失。密碼存儲電路如圖 3.3 所示。 圖 3.3 密碼存儲電路 at24c0

51、2 的 1、2、3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在與 at89c51 連接時它們都接地，第 8 腳和第 4 腳分別為正、負電源。第 5 腳 sda 為 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向 i2c 總線串行傳送，和單片機的 p1.7 連接。 第 6 腳 scl 為串行時鐘輸入線，和單片機的 p1.6 連接。sda 和 scl 都需要和正 電源間各接一個 10k 的電阻上拉?？梢酝ㄟ^軟件編程對密碼進行修改和存儲。 16 3.43.4 dtmf 檢測電路檢測電路 此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。dtmf 編、 解碼方式在電話撥號系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，其突出的優(yōu)

52、點是抗干擾能力很強。經(jīng)過 翻閱大量的文獻資料，發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進行輸入雙音頻信號 的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強。 經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取。 一般常用的電話雙音頻編解碼集成電路有 8870、8880、8888 等，經(jīng)過反復論證比 較，決定使用雙音頻解碼集成片 mt8870 來完成此功能模塊。dtmf 檢測電路如圖 3.4 所示。 圖 3.4 dtmf 檢測電路 p3.2 為單片機的中斷引腳，當 mt8870 接收來自電話線的雙音多頻信號并準備 好輸出時，產(chǎn)生中斷信號。 mt8870 的

53、 2、3 腳接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號，該雙音多頻信號先 經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器， 將雙音頻信號按高、低音頻信號分開，再經(jīng)高、低群濾波器，幅度檢測器送入輸出 譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（11-14 腳）輸出相對應(yīng)的 8421 碼。 mt8870 的數(shù)據(jù)輸出端 q1-q4 連到 at89c51 的 p1 口的 p1.0-p1.3，cpu 經(jīng) p1 口識 別 4 位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼（q4-q1）輸出見表 3-1。其中，a，b，c，d 4 17 個按鍵常被當作 r/p，redial，hold，handsfree 等功能使用

54、。注意，需要 特別指出的是，對于“0”號碼，mt8870 輸出的 8421 碼并非是“0000”，而是“1010”； 另外，“*”，“#”字號碼，mt8870 輸出的 8421 碼分別為“1011”和“1100”。有些技術(shù) 資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權(quán)威的手冊，所以在實驗中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù) 后，才把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于程序當中。為了使單片機 at89c51 獲取有效數(shù)據(jù)， mt8870 的 std 有效端經(jīng)反相后接 cpu 的/int0 引腳。當 mt8870 獲取有效雙音 多頻信號后，std 電平由低變高，再反相為低，cpu 檢測后，指示 p1 口接收有效 二進制代碼。而無效的雙音頻信號（電

55、話線路雜音、人們的語音信號等）是不會引 起 mt8870 的 std 端變化的。dtmf 數(shù)據(jù)輸出如表 3.1 所示。 表 3.1dtmf 數(shù)據(jù)輸出表 低通（hz)高通（hz)數(shù)字oed4d3d2d1 69712091hlllh 69713362hllhl 69714773hllhh 77012094hlhll 77013365hlhlh 77014776hlhhl 85212097hlhhh 85213368hhlll 85214779hhllh 94113360hhlhl 9411209*hhlhh 9411477#hhhll 6971633ahhhlh 7701633bhhhhl 852

56、1633chhhhh 9411633dhllll -anylzzzz 3.53.5 繼電器控制電路繼電器控制電路 電器控制可采用繼電器，可控硅等來控制強電的通與斷，為了達到電話機能控 制家用電器的開關(guān)作用，此設(shè)計采用了繼電器，一共設(shè)定了兩路繼電器開關(guān)，電器 控制電路如圖 3.5 所示。 18 圖 3.5 電器控制電路 繼電器的開關(guān)由單片機控制，并可設(shè)定延時開延時關(guān)的功能。在系統(tǒng)中還設(shè)置 了三個當?shù)匕存I，其中兩個控制兩路繼電器的開和關(guān)，另一個用于復位初始密碼的， 當用戶忘記自己設(shè)定的密碼時，可以用此按鍵進行密碼的復位，初始密碼為 123456。 19 4.4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.14

57、.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計基本思路系統(tǒng)軟件設(shè)計基本思路 本系統(tǒng)反應(yīng)軟件主要完成各種狀態(tài)的檢測以及數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收工作,程序的 基本流程如圖 4.1 所示。 圖 4.1 系統(tǒng)軟件流程圖 為提高控制系統(tǒng)的可靠性、可維護性和編程的效率性，控制系統(tǒng)的軟件采用模 功能操作 結(jié)束 掛機 操作完成否 密碼正確否 信號音提示 模擬摘機 5 次正常振鈴 振鈴檢測 開始 n y n n y y 20 塊化結(jié)構(gòu)，用 c 語言編寫，簡潔、明了。在硬件的基礎(chǔ)上，智能型電話遙控器的所 有功能都是由軟件實行的，通過軟件編程可以控制電器的開關(guān)、延時開關(guān)、聲音監(jiān) 聽、密碼修改和語音提示等等。因此，電路的設(shè)計中，軟件編程也起到了關(guān)鍵性的

58、 作用。軟件設(shè)計包括振鈴檢測、模擬摘機、語音提示、密碼存儲、各功能操作、 8870 中斷作這些模塊。 在圖 4.1 系統(tǒng)軟件流程圖中，功能操作包括了很多的功能，如圖 4.2 所示。 圖 4.2 系統(tǒng)功能圖 4.24.2 定時中斷子程序定時中斷子程序 在軟件編程中，需要考慮到電路中中斷的使用。智能型電話遙控器系統(tǒng)里用到 了一個定時中斷。定時中斷是用于兩路電器延時開和關(guān)時間的計時，50ms 中斷一 次，電器的延時時間最小單位是分，延時開和關(guān)都有計數(shù)值，當計數(shù)值減為 0 時， 對電器進行操作。 void timer0() interrupt 1 using 1 tl0=0 xb0; th0=0 x3

59、c; dlycount1-; if(dlycount1=0) dlycount1=1200; if(opencount1!=0) opencount1-; if(opencount1=0) p24=0; if(opencount2!=0) opencount2-; if(opencount2=0) 延 時 開 關(guān) 電 器 無 延 時 開 關(guān) 電 器 2 無 延 時 開 關(guān) 電 器 1 開 關(guān) 監(jiān) 聽 修 改 密 碼 狀 態(tài) 查 詢 功能操作 21 p25=0; if(closecount1!=0) closecount1-; if(closecount1=0) p24=1; if(closec

60、ount2!=0) closecount2-; if(closecount2=0) p25=1; if(!(opencount1|opencount2|closecount1|closecount2) tr0=0; 4.34.3 mt8870mt8870 中斷子程序中斷子程序 在軟件編程中還用到一個外中斷，外中斷是用于 mt8870dtmf 解碼芯片的， 當 dtmf 信號解碼成功后，解碼芯片會產(chǎn)生一個高電平，提示單片機已經(jīng)解碼成 功。 void int0() interrupt 0 using 1 uchar i,j,k; k=0; dat=p1; dat=dat if(allow=1) f