基于GSM的家庭防盜警報系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文

1、 ii / 58基于 GSM 家庭防盜報警系統(tǒng)的設計隨著超大規(guī)模集成電路、通信技術、單片機技術的迅猛發(fā)展和人們保安意識的日漸增強，利用單片機與其它外圍芯片實現自動報警已成為可能，而且是一種發(fā)展趨勢。它不僅有體積小、安裝方便、功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，因此應用前景廣泛。但是現有市場上的家用報警器都有一些不足之處，所以在現行產品的基礎之上研制一種新型的家用智能防盜報警器，進一步完善報警器的功能，提高它的可靠性，具有實際意義。這對于保障居民的生命財產安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門的快速反應能力，有著重要的價值。本文在現有的家庭報警器基礎之上，將無線通信模塊引入報警系統(tǒng)，使系統(tǒng)可通

2、過固定線和無線通信模塊向外界報警，這樣就克服了報警器因線被惡意剪斷而失去報警功能的問題。采用模塊化的設計思想，系統(tǒng)功能劃分為三個部分：主模塊、移動通信模塊、警情采集模塊。用戶可以根據自己的需要和經濟承受能力，購買相應的模塊組合成滿意的家庭報警器。主模塊是系統(tǒng)的核心模塊，其它部分作為功能模塊。在主模塊中預先留有各個功能模塊的接口，并且將它們相應的軟件驅動程序存入主模塊之中，可以實現即插即用。本文對以上三個部分的軟硬件設計作了詳細的闡述，詳細介紹了核心芯片的選擇，外圍電路的連接，芯片與芯片之間的連接電路，程序設計方法和相應的軟件，并給出了關鍵軟件的程序源代碼。根據項目的要求研制了一款家庭報警器，滿

3、足用戶要求。本文在最后指出了家庭報警器的發(fā)展方向。關鍵詞關鍵詞：報警器，雙音多頻，GSM iii / 58Design OfGuard Against Theft And AlarmSystem Based On GSMWiththe dramatic development ofvery large-scale integrated circuit, thetelecommunication technology and micro-control unit and the improvement ofpeoplesawarenessof security it is possible to

4、 set alarm automatically bymicro-controller and other chips, which becomes a kind of trend. Because it is smalland convenient to install and the ratio of performance and cost is high, it will have abright future. But the product of alarm for family has some disadvantages. It isnecessary to do some r

5、esearch on a new type of product based on the former product, which is valuable for protecting peoples possession and increasing the reaction ofpoliceman, fireman, doctor and vigilance committee.This dissertation improves the former alarm for family in which the mobilemodem module is intzoduced. So

6、the alarm can be set by telephone and mobile phone, which overcomes the shortcoming that the system will be out of work when thetelephone line is cut off deliberately.The alarm is designed by modular method. The alarm is subdivided into three parts at include the main module, mobile module, collecti

7、ng information on alarm module. According todifferent requirement and expense, the custom can purchase different modulescombine the product that is suitable for them. The main module is the key group of thealarm. The others are the function components, which are connected conveniently withthe main m

8、odule. There are interfaces to connect with the function modules andsoftware to drive the function modules in the main module, which enables the functionmodules to plug and play.This dissertation describes the design of hardware and software of the alarm indetail, in which selecting suitable chips,

9、periphery circuit, chips iv / 58interface, and themethodology of program are discussed. Moreover. the key program is described.The alarm that is satisfied for the custom is developed in terms of the requirementof project. The development trend of alarm is discussed in the end.KeywordsKeywords: alarm

10、, DTMF, GSM I / 58目 錄任務書i摘要iiABSTRACTiii第 1 章緒論11.1 課題來源與研究意義11.2 報警器發(fā)展歷程和研究現狀1第 2 章總體方案設計22.1 報警器的功能要求22.2 總體設計方案22.3 雙音多頻收發(fā)電路32.4 GSM 數字移動通信系統(tǒng)42.5 單片機的軟件開發(fā)工具 C51 語言5第 3 章功能塊設計83.1 主機83.1.1 AT89C51 特點 83.1.2 主機硬件電路設計 83.1.3 主機軟件設計 93.2 雙音多頻收發(fā)電路103.2.1 MT8880 特點 103.2.2 MT8880 與單片機接口電路設計 133.2.3 雙音多

11、頻收發(fā)電路的軟件設計 14 II / 583.3 語音電路163.3.1 ISD1420 特點 163.3.2 ISD 1420 與單片機接口電路設計 183.3.3 語音電路的軟件設計 193.4 看門狗電路193.4.1 X5045 的特點 203.4.2 X5045 與單片機的接口電路設計 223.4.3 看門狗電路的軟件設計 22第 4 章功能模塊設計234.1 移動通信模塊234.1.1 ZXGM 18 的特點 234.1.2 ZXGM 18 與單片機接口電路 264.1.3 移動通信模塊的軟件設計 274.2 警情采集電路294.2.1 DS2450 的特點 294.2.2 DS2

12、450 與 AT89C51 的接口電路設計 324.2.3 警情采集電路的軟件設計 32第 5 章模擬仿真與軟件調試345.1 軟件仿真365.2 硬件調試365.2.1 電源調試 365.2.2 仿真器調試 365.3 軟件調試365.4 模擬運行37第 6 章總結386.1 設計總結38 III / 586.2 存在的問題和展望39參考文獻40致42附錄 1 程序源代碼431.8255A 的初始化程序432.MT8880 初始化程序433.報警驅動程序434.語音播放程序455.寫 X5045 字程序456.與 ZXGM 18 模塊操作相關的核心子程序477.有關 DS2450 的主要子程

13、序48附錄 2 接口電路圖49 1 / 58第 1 章 緒論1.1 課題來源與研究意義隨著超大規(guī)模集成電路、通信技術、單片機技術的迅猛發(fā)展和人們保安意識的日漸增強，利用單片機與其它外圍芯片實現自動報警已成為可能，且是一種發(fā)展趨勢。它不僅有體積小、安裝方便、功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，因此應用前景廣泛。但是現在市場上的家用報警器都有明顯的不足之處，所以在現行產品的基礎之上研制一種新型的家用防盜報警器，進一步完善報警器的功能，提高它的可靠性，具有實際意義。這對于保障居民的生命財產安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門的快速反應能力，有著重要的價值。1.2 報警器發(fā)展歷程和研究現狀報警器的

14、發(fā)展與微電子技術的發(fā)展息息相關，它大致可分為三個發(fā)展階段，對應著三代產品1：第一代是利用純分離元件組成的產品，其特點是電路組成復雜，功能單一，可靠性較差，體積較大。 第二代是利用集成芯片(IC)和分離元件組成的產品，其特點是電路組成較復雜，但是可以實現多種功能，可靠性比第一代產品高。第三代是以單片機為核心，外加其它集成芯片和分離元件組成的產品，其特點是功能齊全，可靠性高，具備一定的智能化功能，但電路組成較復雜?，F在市場上主要以第三代產品為主，前兩代產品由于功能單一的原因基本己經被淘汰。第三代報警產品又可分為兩類，一類是適合單個家庭應用的獨立報警器，另一類是適合小區(qū)聯防報警的聯網報警系統(tǒng)。作為單

15、個家庭用的報警器，產品己經比較成熟，而且功能也比較齊全。多數產品采用單片機作為控制核心部分，通過線實現向外界報警功能。但是這種報警器有著自身的不足之處，作為一個獨立的系統(tǒng)，它缺乏與外界聯系的有效手段，雖然它可以通過固定與外界聯系，但是一旦線被惡意剪斷，則將失去報警功能。 2 / 58第 2 章 總體方案設計現行家用報警器的功能雖然己經比較齊全，但是并不完善。一個明顯的不足之處是：因為它們是通過線實現向外界報警功能，所以當線被惡意剪斷時則失去向外界報警的功能。因此，本文將提出一種整體設計方案，以求解決原有家用報警器的不足，完善其功能，提高其可靠性。根據產品功能要求和產品的性價比，決定采用單片機技

16、術與移動通信技術進行總體方案設計。2.1 報警器的功能要求根據用戶提出的實際要求，本文所研制的報警器的功能要求如下2-3：(1)可實現非法侵入、火災、煤氣和家庭緊急情況多種報警。(2)可通過固定與網絡聯接，報警時能迅速撥打存儲的。(3)可通過移動與移動網絡連接，實現向外界報警。(4)可預先存儲 10 組，且掉電不丟失。(5)可錄下 20s 報警資料，可以更改，且掉電不丟失。(6)傳感器采用無線數據通信。(7)有報警記憶功能。(8)可實現異常情況的自動復位。2.2 總體設計方案根據系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構成的需要來設計報警器，其總體設計方案如圖 2.1所示。采用單片機作為控制中心，配有雙音多頻（D

17、TMF）收發(fā)電路、移動通信模塊、語音錄放電路、警情采集電路、看門狗電路、聲光報警電路4-6。當警情采集電路采集到警情信號時，單片機立即接通報警驅動電路實現聲光報警，與此同時單片機測試雙音多頻收發(fā)電路，如果該電路正常，則通過該電路撥打預先設置好的，向外界報警，如果該電路不正常(例如線被惡意剪斷)，則單片機接通移動通信模塊，通過無線調制解調器接入數字移動通信系統(tǒng)(GSM)向外界報警，通過以上任何一種方式，當檢測到呼叫方摘機后，單片機接通語音電路，告知呼叫方與警情相關的信息，完成自動報警。 3 / 58 單 片機警情采集看門狗報 警驅動雙音多頻收發(fā)電路語 音電路移動通信模塊電話網絡圖 2.1 報警器

18、總體設計方案框圖看門狗電路用來實現三種功能，第一是低壓報警，第二是防止系統(tǒng)的程序跑飛，第三是存儲。2.3 雙音多頻收發(fā)電路雙音多頻收發(fā)電路采用雙音多頻(DTMF )傳輸技術。DTMF 可實現快速可靠地傳輸，具有很強的抗干擾能力和較高的傳輸速度，在通信系統(tǒng)得以可廣泛的應用。但絕大部分是用作的音頻撥號，也可以在數據通信系統(tǒng)中用來實現各種數據流和語音等信息的遠程傳輸7-8。DTMF 是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數字信號以實現其功能的一種編碼技術。兩個單音頻的頻率不同，代表的數字或實現的功能也不同。這種機常有 16 個按鍵，其中有 10 個數字鍵 09 和 6 個功能鍵 *，#，A，B，C，D。

19、由于按照組合原理，一般應有 8 種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有 8 種，故稱之為多頻，又因它采用從 8 種頻率中任意抽出 2 種進行組合來進行編碼，所以又稱之為“8 中取 2”的編碼技術。根據 CCITT 的建議，國際上采用的多種頻率為 697Hz，770Hz，852Hz， 941Hz，1209Hz，1336Hz，1477Hz 和 1633Hz 等 8 種。用這 8 種頻率可形成 16 種不同的組合，從而代表 16 種不同的數字鍵和功能鍵，具體組合如表 2.1 所示。 4 / 58表 2.1 雙音多頻組合功能高頻群 (Hz) 低頻群 （Hz）1209 1336 1477 1633 6

20、97 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 # D2.4 GSM 數字移動通信系統(tǒng)移動通信模塊采用的是基于 GSM 數字移動通信系統(tǒng)的通信模塊9。通信就是信息交流。隨著社會的發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，希望無論何時何地都能與時可靠地實現與任何人之間的通信。因此，傳統(tǒng)的固定通信手段已不能滿足人們的需要，移動通信就是在這種要求下發(fā)展起來的。移動通信就是指通信的雙方，至少有一方是在移動中進行的通信。例如，固定點與移動體(車輛、船舶、飛機)之間、移動體之間、活動的人與人之間以與人與移動體之間的通信都屬于移動通信的疇。要使通信的一方或雙方在移動中實現通信，就

21、必須采用無線方式。當前所使用的無線頻段主要為 VHF 頻段的 150MHz 和 UHP 頻段的 450MHz，800MHz，900MHz。最近已經出現使用 1.8GHz 頻段的 GSM 數字蜂窩移動系統(tǒng)。GSM 數字移動通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標準化委員會設計出來，并在蜂窩系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而成。GSM 系統(tǒng)是 1982 年歐洲電信主管部門會議為開發(fā)第二代數字蜂窩移動系統(tǒng)而成立的機構，后來，歐洲的專家們將 GSM 有關的技術職能交給了歐洲電信標準協會。同時，為維護 GSM 網絡運營者、設備制造商和用戶的共同利益，各國的運營者和制造商共同發(fā)起并成立了 GSM MOU(諒解備忘

22、錄)組織。MOU 組織 1991 年在歐洲開通了第一個系統(tǒng)，同時為該系統(tǒng)設計和注冊了市場商標，將GSM 更名為“全球移動通信系統(tǒng)”( Global System for Mobile Communications )。從此移動通信跨入了第二代數字移動通信系統(tǒng)。同年，移動特別小組還制定了 1.8GHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務的規(guī)，名為 DCSI800 系統(tǒng)。該系統(tǒng)與 GSM900 具有同樣的基本功能特性，它只占 GSM 協議的很小一部分，僅將 GSM900 和 DCSI800 之間的差別加以描 5 / 58述，二者絕大部分是通用的，均可通稱為 GSM 系統(tǒng)。1992 年，大多數歐洲 GSM 運營者

23、開始商用業(yè)務。到 1994 年 5 月已有 50 個 GSM 網在世界上運營，10 月總客戶數已超過400 萬，國際漫游客戶每月呼叫次數超過 500 萬，客戶平均增長超過 50% 。l993 年，歐洲第一個 DCSI800 系統(tǒng)投入運營。到 1994 年已有 6 個運營者采用了該系統(tǒng)。GSM 系統(tǒng)技術規(guī)中只對功能和接口制定了詳細規(guī)，而未對硬件做出規(guī)定。這樣做的目的是盡可能減少對設計者的限制，并使各運營者有可能購買不同廠家的設備。1991 年中國在市建立和開通了我國第一個 GSM 引示系統(tǒng)，并于 1993 年 9 月正式開放業(yè)務。目前，我國 GSM 用戶數量已超過 1 億，成為世界上 GSM 手

24、機量最多的國家。GSM 系統(tǒng)的主要技術有以下 6 個特點：(1)由于采用了高效調制器、信道編碼、交織、均衡等技術，使系統(tǒng)的頻譜效率高。(2)具有靈活和方便的組網結構，頻率重復利用率高，容量加大。(3)除開放話音業(yè)務外，還可開放承載業(yè)務、補充業(yè)務和與 ISDN 相關的業(yè)務。(4)提供開放性接口，可與各種公用通信網互連互通，任何廠家提供的 GSM 系統(tǒng)都能互連。(5)通過鑒權、加密和臨時移動用戶識別(TMSI)，可以達到安全的目的。(6)在 SIM 卡基礎上實現自動漫游功能，全部 GSM 移動用戶都進入 GSM 系統(tǒng)而與國別無關。2.5 單片機的軟件開發(fā)工具 C51 語言本報警器的主機采用 AT8

25、9C51 單片機來實現。采用高級語言工具 C51 來進行軟件設計。美國 Archimedes 公司和 Franklin Software 公司在 20 世紀 90 年代初專門為基于51 系列單片機開發(fā)了高級語言工具 C51。利用該工具編寫的代碼簡單高效、結構清晰，尤其是后來不同類型的微處理器與其更新產品的開發(fā)工具基本上都支持 C 語言，因此用 C 語言編寫的程序容易移植和維護?，F在 C51 主要有兩個版本：一個是 Archimedes公司的 C51 V4.05A，另一個是 Franklin Software 公司的 C51 V3.20。兩個版本都支持 ANSI 標準，同時為滿足 MCS51 單

26、片機的特殊需要又擴展了一些關鍵字，如 bit，code，data， idata，sfr，reentrant 等。但是對于單片機 89C51 的應用，只有Franklin Software C51 V3.20 編譯器提供 C 語言編程的方法。該編譯器對局部變量與 6 / 58傳遞參數使用 RAM 覆蓋技術，使其部 RAM 的利用效率提高，因此 C51 完全可以和匯編語言相比擬。同時，該編譯器還可以產生 Intel 格式的目標文件。 FranklinC51 V3.20 有以下 5 個特點10：(1) 存儲模式上 FranklinC51 支持 SMALL，COMPACT，LARGE 模式。當缺省存儲

27、類型時，存儲模式將自動決定變量的默認存儲類型，不能位于 RAM 中的參數、傳遞變量和無明確存儲類型說明的局部過程變量也將保存在默認的 RAM 區(qū)域。(2) 存儲類型 FranklinC51 支持 89C51 微處理器與結構，可完全訪問其硬件系統(tǒng)的所有部分，每個變量可準確地賦予不同的存儲類型，如表 2.2 所示。表 2.2 C51 存儲類型與 89C51 存儲空間的對應關系 存儲類型 對應存儲空間 data 直接尋址片數據存儲區(qū)，訪問速度快（128 字節(jié)） pdata 分頁尋址片外數據區(qū)（256 字節(jié)）MOVXR0 訪問 xdata 片外數據存儲區(qū)（64k）MOVXDPTR 訪問 code 代碼

28、存儲區(qū)（64k）MOVCDPTR 訪問 (3) 數據類型。FranklinC51 支持的數據類型為 bit，signed char，unsigned char， signed int，unsigned int，long，unsigned long，float 指針等。變量可以組合為結構和聯合，也可定義為多維數組，同時還可以通過指針訪問變量。另外，FranklinC51 還有兩個特殊的數據類型 sbit 和 sfr，用來簡化對 89C51 微處理器的特殊功能寄存器(SFR)的訪問，如表 2.3 所示。表 2.3 C51 的特殊數據類型 數據類型 長度 圍 sbit 1 位 1 or 0sfr 1

29、 字節(jié) 0255 sfr16 2 字節(jié) 065535(4)指針。FranklinC51 支持一般三字節(jié)指針和基于存儲器的指針，其中基于存儲器的指針由 C 源代碼中存儲類型決定并在編譯時確定，用這種指針可以高效訪問對象并且只需一至二字節(jié)。例如，用于訪問部 RAM 或外部 PRAM 的字節(jié)指針和用于訪問外部 7 / 58RAM 或 ROM 的二字節(jié)指針(指針之間可以相互轉換)，從而實現對存儲器的高效訪問，如表 2.4 所示。 表 2.4 C51 的指針類型指針說明 長度 指向 float*p3 3 字節(jié) 所有 89C51 存儲空間的“float” chardata*dp 1 字節(jié) “data”存儲

30、區(qū)中的“char”longpdata*pp 1 字節(jié) “pdata”存儲區(qū)中的“l(fā)ong”charxdata*xp 2 字節(jié) “xdata”存儲區(qū)中的“char”(5)中斷和重入。FranklinC51 支持對中斷的所有方面的控制和存儲器組的使用，從而創(chuàng)建高效的中斷服務程序，產生最合適的代碼，它使用關鍵字 interrupt 聲明中斷過程，用 using 聲明使用的存儲器區(qū)，函數的重入需要使用關鍵字 reentrant(重入函數的使用效率要低得多)。使用 C 源程序直接開發(fā)中斷過程的函數語法如下：返回值 函數名 (參數) 模式 再入 Interruptvector usingbankinter

31、rupt 后的數值 vector 為 89C51 控制器的多中斷。中斷與入口地址如表 2.5 所示。表 2.5 C51 的中斷向量表 中斷類型 中斷向量0：外部中斷 0003H1：定時器/計數器 0 中斷 000BH2：外部中斷 1 0013H3：定時器/計數器 1 中斷 001BH4：串行端口中斷 0023H 8 / 58第 3 章 主模塊設計本章詳細介紹主模塊的硬件和軟件設計。主模塊包括主機、雙音多頻(DTMF)收發(fā)電路、語音電路、看門狗電路和聲光報警驅動電路。詳細闡明芯片選擇的比較，所選用芯片的部組成、功能特點、外圍電路與其接口電路，并設計出具體的硬件電路。根據硬件連接和模塊的功能要求，

32、提出軟件的設計方法并編程。3.1 主機報警器的主機采用 AT89C51 單片機來實現。單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM )、只讀存儲器(ROM)、定時/計數器與輸入輸出接口電路等計算機主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機?，F在世界上已經有很多大公司能夠生產單片機，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機的功能也日漸強大，運算速度日益提高，相繼出現了 32 位和 64 位單片機，但根據實際系統(tǒng)的需要和產品的性價比，本文選用 ATMEL 公司生產的 8 位單片機AT89C51 作為系統(tǒng)的主機。3.1.1 AT89C51 特點AT89C51 是 ATMEL 公司采用 CM

33、OS 工藝生產的低功耗、單片機，與 MCS-51 單片機兼容，其功能特點為：(1)4k 字節(jié)閃爍存儲器(FLASH )，可進行 1000 次寫、擦除操作。(2)靜態(tài)操作，外接 0Hz24MHz 晶振。(3)三層程序存儲器。(4) 128 字節(jié)部數據存儲器(RAM )。(5) 32 根可編程輸入/輸出線。(6)兩個 6 位定時/計數器。(7)六個中斷源。(8)一個可編程串口。(9)支持低功耗模式和掉電模式。3.1.2 主機硬件電路設計根據系統(tǒng)設計的需要，本報警器的主機由一片 AT89C51 單片機和一片 U0 擴展芯片 9 / 588255A 組成11，主機電路如圖 3.1 所示。圖 3.1 主

34、機電路圖圖 3.1 中，電容：C1=30pF，C2=30pF，C3=22 F，晶振：F=12MHz，電阻：R1=1k。這里只給出了 AT89C51 單片機的主要外圍電路和輸入輸出口的擴展電路，有關單片機其他引腳的連接，將在以后的相應章節(jié)中給出。3.1.3 主機軟件設計對于單片機編程語言主要有：匯編語言、PL/M 語言、BASIC 語言和 C5l 語言。本文的軟件設計采用 C51 語言。C51 語言的兼顧了 C 語言的特點，很適合程序的模塊化設計，本文充分利用這一特點，將軟件劃分為功能相對獨立的模塊，與相應的硬件電路一起設計。這一節(jié)介紹主程序和 8255A 初始化程序。所謂主程序就是 C 語言中

35、的 main()函數。根據系統(tǒng)實現的功能，本文的主程序其流程圖如圖 3.2 所示，其主要完成以下功能：(1)程序初始化，包括 AT89C51 兩個部定時/計數器、雙音多頻電路和移動通訊模塊的初始化。(2)循環(huán)檢測警情。(3)警情處理包括警情紀錄，聲光報警，固定報警或移動報警。8255A 是 INTEL 公司生產的單片機輸入/輸出(I/0)擴展芯片，8255A 部有一個控制寄存器和三個數據寄存器即：PA，PB，PC 口。本系統(tǒng)將 PA，PB，PC 都規(guī)定為一般的輸 10 / 58入輸出方式，其中 PC 接鍵盤輸入，PA 接警情采集電路。 系統(tǒng)初始化檢測警情有警情？延遲還有警情？警情記錄，聲光報警

36、調固定電話子系統(tǒng)報警成功？調移動電話報警子程序YNYNYN開始圖 3.2 主程序流程圖在圖 3.1 所示的主機硬件電路設計中，8255A 的控制寄存器、PA 口、PB 口、PC 口的基地址分別為：0003H，0000H，0001H，0002H。因為三個數據寄存器都工作在方式0，且 PC 的高四位用于輸出，低四位用于輸入，PA，PB 口用于輸出，所以控制命令字為：81H。8255A 的初始化程序見附錄源程序 1。3.2 雙音多頻收發(fā)電路雙音多頻是一種的撥號方式，它用 8 種頻率組成的 16 個鍵?，F在市場上己經有多種芯片可以完成雙音多頻信號的收發(fā)功能，例如：WE9188，UM91215， MT8

37、880。其中MT8880 以其功能齊全，外圍電路簡單，與單片機接口方便而受到了用戶的青睞。本文研制的報警器選用 MT8880 芯片來設計雙音多頻收發(fā)電路12-13。3.2.1 MT8880 特點MT8880 是 MITEL 公司生產的 DTMF 發(fā)送與接收芯片，它是一種功能較強的 DTMF 發(fā)送與接收器。它的部寄存器和控制接口、數據總線器，便于實現與微處理器的直接接口和對電路進行工作模式控制，獲得更多的功能和靈活性。通過微機接口可以由 2， RSO，R/，D0D3 等信號選擇部寄存器，并控制電路的工作狀態(tài)或工作模式。WCSMT8880 的管腳如圖 3.3 所示。 11 / 58圖 3.3 中，

38、OSC1，OSC2 是時鐘或振蕩器輸入和輸出端。通常兩端外接 3.579545MHz 晶振，與片振蕩器產生基準時鐘信號。IN+，IN-是運放的同相和反相輸入。GS 是增益選擇端，VREF 是基準電壓輸出端，它由VDD， VSS 產生，通常為 VDD/2，作為運放輸入的偏置。TONE 是發(fā)送 DTMF 信號的輸出。R/是讀寫控制信號W輸入，與 TTL 電平兼容。是片選信號輸入，若CS為 TTL 低電平，則此電路被選中。RSO 是寄存器選CS擇輸入，與 TTL 電平兼容。CLK2 是系統(tǒng)時鐘輸入，與 TTL 電平兼容。DOD3 是控制DTMF 信號發(fā)送和 DTMF 譯碼的 4 位數據輸入/輸出，與

39、 TTL 電平兼容，當=0H 時，DOD3 呈高阻。/CALL-對微處理器的中CSIRQ斷請求信號，為開漏輸出。若控制寄存器數據設定電路處于 CALL 模式和中斷使能狀態(tài)，則該端輸出代表運放輸入的方波信號音。EST 是初始控制輸出，ST/GT 是控制輸入/時間監(jiān)測輸出，VCC 是電源正極，MT8880 的工作電壓為+5V，VDD 是地。MT8880 部包含 5 個工作寄存器，它們是發(fā)送數據寄存器(TDR)、接收數據寄存器(RDR)、狀態(tài)寄存器(SR)、控制寄存器 A 和 B。用戶可以分別通過 RSO，R/的不同時W序組合將數據寫入 TDR 或 A， B，來控制選擇 MT8880 的不同工作模式

40、和數據讀寫。MT8880 共有 6 種工作模式。(1) DTMF 模式。電路發(fā)送或接收 DTMF 信號。數據通過 TDR，RDR 以與狀態(tài)寄存器SR，可以完成 DTMF 信號的發(fā)送與接收。(2)呼叫處理(CALL)模式。電路可以從輸入信號中檢測呼叫過程中的各種信號音，并由/CALL 端方波輸出。IRQ(3)突發(fā)(BURST)模式。該模式下只能發(fā)送 DTMF 信號而不能接收。(4)單/雙(S/D)音產生模式。電路可產生單音或 DTMF 信號，用于測試和監(jiān)測。(5)測試(TEST)模式。使電路從 DTMF 接收部分得到延遲監(jiān)測信號，并從/CALLIRQ端輸出。(6)中斷模式。該模式可工作在 DTM

41、F 狀態(tài)條件下或 BURST 模式條件下，一旦有信IN+1IN-2OSC16R/W9CS10RS011CLK212GS3VREF4OSC27TONE8EST18ST/GT19IRQ/CP13VSS5D014D115D216D317VDD20MT8880圖 3.3 MT8880 管腳圖 12 / 58號出現，則/CALL 端輸出低電平。IRQ六種工作模式的選擇，主要通過兩個控制寄存器 A，B 的不同賦值來得到，具體見表 3.1 和表 3.2 。表 3.1 控制寄存器 A 的功能比特位置 名稱 符號 功能B0 信號音輸出 TOUT 低電平有效，突發(fā)與非突發(fā)模式均可B1 模式輸出 MC 低電平時為

42、DTMF 方式，高電平時為 CALL 模式B2 中斷允許 IRQ 高電平有效，使電路工作于中斷模式B3 控制寄存器選擇 RS 高電平時，下一個寫周期選控制寄存器 B，繼而寫周期返回選 A表 3.2 控制寄存器 B 的功能比特位置 名稱 符號 功能B0 突發(fā)模式 BURST 低電平有效B1 測試模式 TEST 高電平有效B2 單/雙音產生 S/D 低電平設定電路產生 DTMF 信號；高電平設定行或列（由 b3 決定）單音信號輸出B3 列/行單音產生 C/R 在 b2 為高電平的情況下，若 b3 為高則選擇列單音頻率，為低則選擇行單音頻率。有關 RSI， R/的時序組合來選擇不通的部寄存器如表 3

43、.3 所得到不同的工作模W式。此時，狀態(tài)寄存器(SR)的作用尤為重要，因為有關數據讀寫的狀態(tài)標志要從 SR 中得到。SR 每一位的定義見表 3.4。表 3.3 RSI 與 R/時序控制W RSI R/W 功能 0 0 數據寫入 TDR 0 1 數據從 RDR 讀出 1 0 數據寫入控制寄存器 A，B 1 1 數據從 SR 讀出 13 / 58表 3.4 狀態(tài)寄存器 SR 的功能比特位置 名稱 狀態(tài)標志設定 狀態(tài)標志清除 B0 中斷模式 中斷發(fā)生，b1，b2 被 中斷禁止，SR 讀出數據后 設定 清除 B1 突發(fā)模式下 暫停時間已完，準備發(fā) SR 讀完數據后或當非突發(fā) TDR 為空 生新的數據

44、模式下進行清除 B2 RDR 滿 RDR 中已有有效數據 SR 讀完數據后清除清除 B3 延遲控制 設定無 DTMF 信號進行 有效 DTMF 信號檢測功能 有效檢測功能3.2.2 MT8880 與單片機接口電路設計MT8880 與 AT89C51 的接口電路相對比較簡單，并且加上相應外圍電路就可以實現DTMF 信號的收發(fā)功能。但是 MT8880 是專門為 MOTOROLA 公司的 68 系列單片機設計的，所以，它們的時序配合能通過硬件完成，而 AT89C51 沒有硬件電路來滿足 MT8880 的工作時序，需要通過軟件實現，實現過程將在軟件設計中介紹，其接口電路和外圍電路如圖 3.4 所示12

45、。 圖 3.4 MT8880 與單片機的接口MT8880 的 CP 引腳和 AT89C51 的 T0 連接，用以完成對線上各種信號引得判斷。因為本系統(tǒng)采取循環(huán)檢測的方式，所以 MT8880 的中斷引腳不需要與 AT89C51 的中斷引腳 14 / 58相連。由 MT8880 產生的 DTMF 信號不能直接與線相連，因為該信號與線所傳輸的信號不匹配，我國線上所傳輸的信號遵守 GB7732 標準，按照該標準規(guī)定，MT8880 產生的DTMF 信號先要經過放大，然后才能與線連接。放大電路如圖 3.5 。R1R2R4R3C1C22314111LM324AMOUTVEFIN圖 3.5 信號放大電路圖 3

46、.5 中，電阻：R1=100k， R2=2.4M ，R3=82k ，R4=300，電容：C1=1F ，C2=4.7F，A1 為 LM324 。線與信號音接口如圖 3.6 所示。30KR12KR21uFC1Cap0.1pFC2CapD11N4004D31N4004D21N4004D41N4004Q12N5401D61N4736AD51N4736AT?Trans CTJIG0UT圖 3.6 線與信號接口3.2.3 雙音多頻收發(fā)電路的軟件設計對 MT8880 的操作無論是寫控制寄存器 A 或 B，還是讀狀態(tài)寄存器，都有著嚴格的時序要求。MT8880 的 CLK2 腳本應和 68 系列單片機中的 E

47、信號相連，當芯片 MT8880 的部寄存器(CRA，CRH，SR，TDR 和 RDR) 被訪問時，CLK2 腳應出現一次帶上升沿的高電平，其周期應為 1s1000s，這是關鍵信號，其它信號均以此信號作為依據。而單片機 AT89C51 無此信號線。因此，我們采用 I/0 口 P2 模擬產生 CLK2 與其它信號的時序。 15 / 58圖 3.7 給出了單片機 AT89C51 寫部寄存器 CRA，CRB 的時序圖。 圖 3.7 MT8880 寫控制寄存器時序根據時序圖可以通過軟件編程來滿足 MT8880 的讀寫時序，即在一定的時刻將 P2口的相應口線置 1 或清 0。對 MT8880 的操作主要有

48、：初始化，判斷信號音，撥打。初始化包括：讀狀態(tài)寄存器；0 寫入控制寄存器 A；0 寫入控制寄存器 B。據表 3.3 和硬件連接圖，具體初始化子程序如附錄程序 2。報警子程序流程圖如圖 3.8 所示，其主要完成以下功能：判別信號音、自動撥號、啟動語音提示。信號音識別實現的原理是：首先將 MT8880 設置為呼叫處理(CP)模式，由于 MT8880的 IN 一端經過多路模擬開關與線相連，因此呼叫過程中的各種信號音經 MT8880 濾波限幅后得到方波，從 MT888 的 IRQ/CP 端輸出。系統(tǒng)的撥號音、回鈴音和忙音的音頻頻率均為 450Hz25Hz 的正弦波，只是斷續(xù)比不同。撥號音為連續(xù)信號，回

49、鈴音為 1s 通4s 斷，忙音為 3s 通 3s 斷。AT89C51 的部定時器 T1 設置為定時器方式，T0 設置為計數器方式。在 T1 的定時時間，T0 對 MT8880 的 IRQ/CP 端輸出的信號音計數，根據計數值的不同就可以將各種信號音識別出來。本文將 T1 定時時間設為 50s，T0 在 4S 計數。因為 89C51 晶振頻率是 12MHz，又定時器的計數周期是單片機晶振頻率的 1/12 即 l s，所以 T1 的計數初值計算見公式3.1。T_COUNTER=-(50 1000)/1=-50000 （3.1）T0 的 4s 定時通過 T1 實現，在 T1 的中斷服務程序中設置計數

50、標志 t_flag，在每次執(zhí)行 T1 中斷服務程序時，t_flag 加 1，因為 T1 中斷服務程序每 50s 執(zhí)行一次，所以當 t_flag 等于 80 時，正好就是 4s 的時間。詳細程序如附錄源程序 3。 16 / 58模擬摘機調用信號音判別子程序有撥號音？調用自動撥號子程序調用信號音判別子程序模擬掛機有回鈴音？對方摘機？調用語音提示子程序撥完預制號碼？返回取下一個電話號碼等待時間到？YYYYYNNNNN初始化 圖 3.8 報警子系統(tǒng)的流程圖3.3 語音電路語音電路的作用是警情提示，即當系統(tǒng)通過固定網或移動網，接通呼叫用戶時，語音電路將告知呼叫方有關警情的具體信息，如發(fā)生何種警情，報警者

51、所處位置等8。因此，語音電路所選用的芯片必須具備三種功能：分段錄音、放音、可尋址，根據這些功能要求，本系統(tǒng)選用 ISD1420 作為語音電路的核心芯片。3.3.1 ISD1420 特點ISD1420 語音芯片是美國 ISD（INFROMATION STORAGE）公司的新型產品，ISD 1420 是 ISD1400 系列中錄音時間為 20s 的語音芯片 ISD1400 系列語音芯片采用直接存儲模擬信號，自動待機省電，可編程電擦除只讀存儲和總線技術，是一種具有高保真、錄音數據永久保存、省電、適用于單片機接口特點的新一代語音芯片系列。ISD1420 語音芯片具有以下特點：采用直接模擬量存儲技術(D

52、AST )，重現優(yōu)質原音，零功率信息存儲，無需備用電池，存儲的信息可保留 10 年以上，易于使用，無需編程，可隨意改變錄音容，錄放次數達 10 萬次以上，具有自動省電功能，錄音和回放后即刻進入等待模式，僅需 0.5s 維持電流，可分段存儲多段信息。自帶時鐘源，高抗干擾性能。+5V標準電源供電。可直接驅動 816 喇叭工作，輸出不失真功率大于 50mW，也可作激勵 17 / 58信號單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的 l/4，約為 12mW 左右；采用總線技術，適于不同單片機接口。ISD1420 錄音時間為 20s，它最多可錄 160 個語音段，語音段最短時間可達到 0.125s

53、，其管腳排列如圖 3.9 所示。圖中，A0A7 是地址輸入端，當 A6 和 A7 不全為高電平時，A0A7 為分段錄音信息地址線，不同的地址對應不同的錄音片斷，A6 和 A7 全為高平時，A0A5 用于選擇操作模式。MIC 是話筒輸入端，話筒輸入信號通過電容交流禍合至此引腳并傳給片上預放大器，片上自動增益控制(AGC)電路控制預放大器的增益在 1524DB 之間。禍合電容值和該端阻決定語音信號通頻帶下限頻率；MIC REF 是話筒參考輸入端，MIC REF 是預放大器的反相輸入端，配合外電路可使片上預放大器具有較高的噪聲抑制比和共模抑制比。ANA IN 是模擬信號輸入端，對于話筒輸入，ANA

54、IN 引腳應通過外部電容與 ANA OUT 引腳連接，若為外部輸入信號，則要直接通過電容禍合到此端。偶合電容決定片上控制預放大器通頻帶的下限頻率。ANA OUT 是預放大器的輸出端，預放大器的電壓增益取決于 AGC 電平，對于小信號輸入電平，其增益最大為 24DB，對于強信號，增益較低。AGC 是自動增益控制端，AGC 動態(tài)地調整預放大器增益，使加至 MIC 輸入端的非失真信號的圍擴展。阻抗(5k)和外部電容決定AGC 的響應時間，外部電容和外部電阻的 RC 時間常數決定 AGC 的釋放時間。SP+，SP-是喇叭輸出端，該端可直接驅動 16 喇叭?？刹捎秒p端輸出驅動喇叭，也可采用單端輸出驅動喇

55、叭，不過雙端輸出信號的功率是單端的四倍，單端輸出需要該腳與喇叭之間串接 100F 的交流禍合電容，錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。XCLK 是外接時鐘輸入端，ISD1420 具有部時鐘，一旦接入外部時鐘，部時鐘會自動失去作用。如果不用外部時鐘該引腳應當接地，一般不推薦使用外部時鐘，除非要求時鐘信號特別精確。RECLED 是工作狀態(tài)指示端，在錄音或放音時該端輸出低電平，可驅動一個 LED 來指示狀態(tài)。PLAYE 是邊沿觸發(fā)放音控制端，該端輸入一低脈沖，芯片即進入放音狀態(tài)，直至遇到信息結束標記(EOM)或到存儲空間的末尾時回放過程結束，電路自動進入準備狀態(tài)。SP-15VCCA16MIC17MICRE

56、F18AGC19ANAIN20ANAOUT21NC22PLAYL23PLAYE24RECLED25XCLK26REC27VCCD28A01A12A23A34A45A56NC7NC8A69A712NC11VSSD12VSSA13SP+14圖 3.9 ISD1420 管腳圖 18 / 58回放過程中 PLAYE 變化不會影響回放過程。PLAYL 是電平觸發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３?，芯片進入放音狀態(tài)，放音過程持續(xù)到該端電平由低變高或遇到信息結束標記(EOM )，結束后電路進入準備狀態(tài)。REC 是錄音觸發(fā)端，REC 一旦變?yōu)榈碗娖?，芯片就進入錄音狀態(tài)，REC 的權限優(yōu)先于 PLAYE 和

57、PLAYL，在放音期間若遇 REC 接低電平時，放音就會立即停止并轉入錄音狀態(tài)開始錄音。錄音期間 REC 應始終保持低電平，REC 變高或存儲空間變滿時錄音過程結束，這時在錄音截止的地方會記錄一個信息結束標記(CEOM)。VCCD，VCCA 是數字電源正端和模擬電源正端，為了減小片噪聲，芯片中模擬電路和數字電路在部是分開的，應用時兩個電源引腳應離電源盡可能的近，而且電源的去藕電容應離引腳越近越好。VSSD，VSS 是數字地和模擬地。3.3.2 ISD1420 與單片機接口電路設計ISD1420 與 AT89C51 的接口電路主要考慮地址線 A0A7 以與 REC 和 PLAYE 的連接。本系統(tǒng)

58、中采用 AT89C51 的 P1 口的五根 I/O 線與其相連，具體接口電路如圖 3.10 所示。圖 3.10 ISD1420 與單片機的接口電路ISD1420 可以實現分段錄音，分段錄音時 A0A7 用作地址輸入線，A6，A7 不可同時為高電平，所以地址圍為 00000000100111111，即為十進制碼 0159 共 160 個數值，這表明 ISD1420 的 EEPROM 最多可被劃分為 160 個存貯單元，可錄放多達 160 段語音信 19 / 58息。由 A0A7 決定：T=0.125 (128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4kA2+2A1+1A0)例如選擇從 5s

59、處開始錄音，則所需的地址為 00l0l000B，因此只要將上述地址配置給 A0A7 即可。在本報警器的設計中將 20s 的存儲時間分為 3 段，第一段為 7s，錄放起始地址為 00000000B，用于存儲有關非法入室的報警信息；第二段為 7s，錄放起始地址為 00111000B，用于存儲有關火災的報警信息；第三段為 6s，錄放起始地址為01110000B，用于存儲有關煤氣泄漏的報警信息。由這 3 段地址可以看出，A7，A2，A1和 A0 均為 0，因此可以將它們接地，只用 AT89C51 的 4 根口線進行控制即可。ISD1420 在 14，15 將語音輸出，它可以直接驅動 8 的喇叭，設計系

60、統(tǒng)要求將語音信號通過線傳送，因為 ISD1420 的輸出信號與線上傳送的信號不匹配，所以先要經過放大電路才能與線連接，電路如圖 3.11 所示。將 SP+輸出的信號放大，而 SP-引腳懸空。語音信號放大后通過線接口電路與線相連即可實現語音信號的傳送。R2R3R1R4C1C22314111LM324ADSP+OUT1圖 3.11 ISD1420 的語音信號放大電路3.3.3 語音電路的軟件設計ISD1420 的編程相對較簡單，主要考慮不同警情的錄音尋址和語音信息的播放。具體程序如附錄源程序 4。3.4 看門狗電路在系統(tǒng)的軟件運行過程中，由于外界干擾等意外的因素很可能使程序指針指向非程序區(qū)域，使系