智能去電控制器的設計

1、常州信息職業(yè)技術(shù)學院學生畢業(yè)設計（論文）報告系 別： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 通信技術(shù) 班 號： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 設計（論文）題目： 智能去電控制器的設計 指 導 教 師： 設 計 地 點： 起 迄 日 期： 畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 通信技術(shù) 班級 姓名 一、課題名稱： 智能去電控制器的設計 二、主要技術(shù)指標： 1、能夠控制某個電話的打出或者禁止 2、利用單片機控制去電電話 工 3、DAC0832芯片：功耗20mW 4、工作電源：12VDC±10%1.2A 三、工作內(nèi)容和要求： 1、完成智能去電控制系統(tǒng)的硬件設計 2、完成智能去電控制系統(tǒng)的軟件設計 3、

2、搭建硬件電路并進行聯(lián)機，實現(xiàn)智能去電控制功能 4、利用Protel 99SE繪制電路原理圖 四、主要參考文獻： 1、 廖煥霖. Protel 99原理圖設計者必讀. 北京：冶金工業(yè)出版, 2000 2、褚振勇,翁木云. 程控交換原理. 西安：西安電子科技大學出版社，2003 3、 李珍. 單片機原理與控制技術(shù). 北京：清華大學出版社，2002 4、 胡漢才. 單片機原理及接口技術(shù). 北京：清華大學出版社，1996 學 生（簽名） 2010年 5 月 7 日 指 導 教師（簽名） 2010 年 5 月 10 日 教研室主任（簽名） 2010 年 5 月 10日 系 主 任（簽名） 2010年 5

3、 月 12 日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目智能去電控制器的設計一、 選題的背景和意義：隨著辦公自動化的發(fā)展，越來越多的公司選擇了組建本公司的局域網(wǎng)電話系統(tǒng)，從而達到提高公司整體工作效率和節(jié)約通信費用的目的。本文討論的主要是單片機控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號碼，通過檢測存儲器預設的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號，來確定能否打出。本設計是針公司的辦公自動化而設計的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以節(jié)省通信費用，避免公司電話私用，提高公司整體辦公效率，適用于大、中、小型企業(yè)。二、 課題研究的主要內(nèi)容：(1) 智能去電控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃(2) 完成

4、智能去電控制系統(tǒng)的硬件設計(3) 完成智能去電控制系統(tǒng)的軟件設計(4) 搭建硬件電路并進行聯(lián)機和脫機調(diào)試，實現(xiàn)智能去電控制功能(5) 利用Protel 99SE繪制電路原理圖三、 主要研究（設計）方法論述：方案比較法：將基于51系列單片機：AT89S51系列、AT89S52系列單片機的方案進行比較，總結(jié)其優(yōu)缺點，最后智能去電控制器的設計采用了AT89C51單片機并對方案進行一系列的改善和論證。四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容選定課題研究方向，確定論文題目 收集各類資料，分析、研究課題 整理資料，擬寫開題報告 提交開題報告，并修改定稿 確定論文提綱，撰寫論文初稿完成畢業(yè)論

5、文初稿，并定期和老師交流溝通，發(fā)現(xiàn)問題及時修改論文詳細研究論文內(nèi)容，進行后期的完善，并將論文最終定稿 交打印稿，畢業(yè)答辯前準備及答辯五、指導教師意見： 指導教師簽名： 2010年 5 月 17 日六、系部意見： 系主任簽名： 2010年 5 月 18 日目錄摘要Abstract第一章 前言.1第二章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu).22.1 控制器.2 程序計數(shù)器.2 指令控制邏輯電路.22.2 存儲器的結(jié)構(gòu).32.3 并行IO口.42.4 時鐘電路與時序.4第三章 電路的硬件設計.53.1 硬件設計方案.53.1.1 系統(tǒng)總體框圖.53.1.2 去電信號的產(chǎn)生.63.2 電路的設計.63.3 復位

6、電路.63.4 時鐘電路.73.5 按鍵電路.73.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出電路.8第四章 電路的軟件設計.104.1 軟件程序內(nèi)容.104.2 去電信號產(chǎn)生子程序.114.3 黑白名單區(qū)分子程序.134.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序.14第五章 結(jié)束語.15答謝辭參考文獻摘要智能去電控制器是一種能夠根據(jù)主叫所拔的號碼，通過檢測存儲器預設的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止的器件。該系統(tǒng)采用了單片機AT89C51作為CPU，它是系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)同時利用74LS373緩沖器、74LS138譯碼器、7404反相器、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器完成對黑白名單的區(qū)分和限制。系統(tǒng)的軟件采用

7、匯編語言編寫，主要由主程序、去電信號產(chǎn)生子程序、黑白名單區(qū)分子程序、D/A轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序組成。在完成硬件設計和軟件編制后，對系統(tǒng)進行了聯(lián)機仿真調(diào)試，系統(tǒng)的正常運行驗證了設計的正確性。最后，用Protel 99SE繪制了電路原理圖。本設計是針公司的辦公自動化而設計的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以節(jié)省通信費用，避免公司電話私用，提高公司整體辦公效率，適用于大、中、小型企業(yè)。關(guān)鍵詞：智能電話； 單片機； 去電控制AbstractIntelligence to power controller is a calling that can be pulled under the number

8、, by detecting the memory preset control of the blacklist or white list or a phone that can play against the device. AT89C51 is CPU of this system, and it is core of this system. This system uses 74LS373, 74LS138, 7404, DAC0832 to discriminate the white numbers from the black numbers. Software of th

9、is system is programmed by assembler language and it is mainly composed by main program, subprogram of generation of the inside phone number , subprogram of discriminating the white numbers from the black numbers, subprogram of digital to analog converting and outputting of the phone number. After d

10、esigning hardware of the system and programming the software, the system is simulating and debugging online. Well-going of the system verifies correctness in the design. In the end, circuit schematic diagram is drawn by Protel 99SE. This design is the company's office automation and the needle d

11、esign, since it has to work fast, high signal to noise ratio; It can save communication costs and avoid the company phone for personal use, enhance the overall office productivity for large, medium and small enterprises.Keywords: intelligent phone； microcontroller；phone number controlling第1章 前言單片機自1

12、976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領(lǐng)域。單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的哈佛結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲

13、器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的哈佛結(jié)構(gòu)為多。單片微型計算機自從問世以來，作為微型計算機一個很重要的分支，應用廣泛，發(fā)展迅速，尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機，由于其具有集成度高，處理功能強，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉等優(yōu)點，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成就。20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把89C51內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與

14、89C51的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用89C51系列來稱呼所有具有89C51指令系統(tǒng)的單片機，它們對89C51單片機一般都作了一些擴充，更有特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51系列及89C51單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。隨著辦公自動化的發(fā)展，越來越多的公司選擇了組建本公司的局域網(wǎng)電話系統(tǒng)，從而達

15、到提高公司整體工作效率和節(jié)約通信費用的目的。這種電話系統(tǒng)一般有一臺總機和若干臺分機組成，主機有一個固定的公用電話號碼，若干分機各有自己的局域網(wǎng)號碼，當其他公司或單位的電話打進本公司時，首先是主機接到來電號碼，主機判斷來電是打給公司哪個部門的，完成判斷后就將來電轉(zhuǎn)到相應的部門，來電呼叫處理完畢。對于打進公司的電話，由于不是公司支付通信費用，一般單位對此無限制，當公司內(nèi)部需要打出電話時，由于通信費用完全是公司自己支付，為了避免公司的員工把公司的電話私用，就必須對去電進行區(qū)分和權(quán)限限制，可以通過設置黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止。本項目主要是單片機控制去電電話，即根據(jù)主叫所拔的號碼，

16、通過檢測存儲器預設的黑名單或者白名單控制某個電話的能夠打出或者禁止，或者控制某一局向號，來確定能否打出。該系統(tǒng)采用了單片機AT89C51作為CPU，它是系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)同時利用74LS373緩沖器、74LS138譯碼器、7404反相器、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器完成對黑白名單的區(qū)分和限制。系統(tǒng)的軟件采用匯編語言編寫，主要由主程序、鍵盤輸入子程序、D/A轉(zhuǎn)換子程序、黑白名單區(qū)分子程序組成。在完成硬件設計和軟件編制后，對系統(tǒng)進行了聯(lián)機仿真調(diào)試，系統(tǒng)的正常運行驗證了設計的正確性。最后，用Protel 99SE繪制了電路原理圖。本設計是針公司的辦公自動化而設計的，由于具有工作速度快、信噪比高；可

17、以節(jié)省通信費用，避免公司電話私用，提高公司整體辦公效率，適用于大、中、小型企業(yè)。第2章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。2.1 控制器控制器是單片機的指揮控制部件，控制器的主

18、要任務是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，再送到單片機的各個部件去進行相應的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復這一過程?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路。 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC是控制部件中最基本的寄存器，是一個獨立的計數(shù)器，存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的

19、地址。其基本的工作過程是：讀指令時，程序計數(shù)器將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲器，然后程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時程序計數(shù)器本身自動加1，讀完本指令，PC指向下一條指令在程序存儲器中的地址。程序計數(shù)器PC中內(nèi)容的變化決定程序的流程。程序計數(shù)器的寬度決定了單片機對程序存儲器可以直接尋址的范圍。在MCS-51單片機中，程序計數(shù)器PC是一個16位的計數(shù)器，故可對64KB（216=65536=64K）的程序存儲器進行尋址。程序計數(shù)器的基本工作方式有以下幾種：(1) 序計數(shù)器自動加1，這是最基本的工作方式，這也是為何該寄存器被稱為計數(shù)器的原因。(2) 行有條件或無條件轉(zhuǎn)移指令時，程序計

20、數(shù)器將被置入新的數(shù)值，從而使程序的流向發(fā)生變化。(3) 在執(zhí)行調(diào)用子程序指令或響應中斷時，單片機自動完成如下的操作： 1 PC的現(xiàn)行值, 即下一條將要執(zhí)行的指令的地址，即斷點值，自動送入堆棧。2 將子程序的入口地址或中斷向量的地址送入PC，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷子程序。子程序或中斷子程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令RET或RETI時，將棧頂?shù)臄帱c值彈到程序計數(shù)器PC中，程序的流程又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行。 指令控制邏輯電路指令寄存器IR是用來存放指令操作碼的專用寄存器。執(zhí)行程序時，首先進行程序存儲器的讀指令操作，也就是根據(jù)PC給出的地址從程序存儲器中取出指令，并送指令寄存器IR，IR

21、的輸出送指令譯碼器；然后由指令譯碼器對該指令進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路。定時控制邏輯電路根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列的定時控制信號，控制單片機的各組成部件進行相應的工作，執(zhí)行指令。條件轉(zhuǎn)移邏輯電路主要用來控制程序的分支轉(zhuǎn)移。綜上所述，單片機整個程序的執(zhí)行過程就是在控制部件的控制下，將指令從程序存儲器中逐條去處，進行譯碼，然后由定時控制電路發(fā)出各種定時控制信號，控制指令的執(zhí)行。對于運算指令，還要將運算的結(jié)果特征送入程序狀態(tài)寄存器PSW。以主振頻率為基準(每個主振周期為振蕩周期)，控制器控制CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)的動作組織在一起。2.2 存儲器的

22、結(jié)構(gòu)MCS-51單片機存儲器采用的是哈佛(Har-vard)結(jié)構(gòu)，即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式，尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應用極為方便和有利。在89C51/8751單片機中，不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器，而且還具有極強的外存儲器的擴展能力，尋址能力分別可達64KB，尋址和操作簡單方便。MCS-51的存儲器空間可劃分為如下幾類：1. 程序存儲器單片機系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進行工作，主要是程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進

23、制碼，程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲器，所以只能外擴程序存儲器來存放程序。MCS-51單片機復位后，程序存儲器PC的內(nèi)容為0000H，故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令，執(zhí)行程序。程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址。一般在該單元存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，跳向用戶設計的主程序的起始地址。64K程序存儲器中有5個單元具有特殊用途。5個特殊單元分別對應于5種中斷源的中斷服務程序的入口地址。通常在這些中斷入口地址處都放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令。加跳轉(zhuǎn)指令的目的是由于兩個中斷入口間隔僅有8個單元，存放中斷服務程序往往是不夠用的。在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，同外部程序

24、存儲器打交道的指令僅有兩條： (1) MOVC A A+DPTR (2) MOVC A A+PC2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM，作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應用場合的需要，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。MCS-51單片機的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為00H-7FH。MCS-51單片機對其內(nèi)部RAM的存儲器有很豐富的操作指令，從而使得用戶在設計程序時非常方便。地址為00H-1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū)，每個區(qū)含八個8位寄存器，編號為R7-R0。用戶可以通過指令改變PSW中的RS1、RS0這二位來切換當前的工作寄存器區(qū)，這種功能給軟件

25、設計帶來極大的方便，特別是在中斷嵌套時，為實現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護提供了極大的方便。地址為20H-2FH的16個單元可進行共128位的位尋址，這些單元構(gòu)成了1位處理機的存儲空間。單元中的每一位都有自己的位地址，這16個單元也可以進行字節(jié)尋址。地址為30H-7FH的單元為用戶RAM區(qū)，只能進行字節(jié)尋址。3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機的狀態(tài)，實際上是MCS-51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。SFR綜合的，實際的反應了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。SFR實質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi)RAM

26、單元，字節(jié)地址范圍為80H-FFH.特殊功能寄存器的總數(shù)為21個，離散的分布在該區(qū)域中，其中有些SFR還可以進行位尋址。128個字節(jié)的SFR塊中僅有21個字節(jié)是由定義的。對于尚未定義的字節(jié)地址單元，用戶不能作寄存器使用，若訪問沒有定義的單元，則將得到一個不確定的隨機數(shù)。4. 位尋址空間MCS-51單片機的一個很大優(yōu)點在于它具有一個功能很強的位處理器。在MCS-51單片機的指令系統(tǒng)中，有一個位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進制數(shù)(0或1)。在MCS-51單片機內(nèi)共有211個可尋址位，它們存在于內(nèi)部RAM(共有128個)和特殊功能寄存器區(qū)(共有83個)中。 當MCS-51單片

27、機的片內(nèi)RAM不夠用時，可在片外擴充數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51單片機給用戶提供了可尋址64K字節(jié)的外擴RAM的能力，至于擴多少RAM，則根據(jù)用戶實際需要來定。2.3 并行I/O口MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口是8位準雙向I

28、/O口，可驅(qū)動4個LS 型負載。P2口是8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口是8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當這3個準雙向I/O口做輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。P0-P3口都是并行I/O口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，但P0口和P2口出了可進行數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，通常用來構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在電路中有一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX，以便進行兩種用途的轉(zhuǎn)換。而P1口和P3口沒有構(gòu)建系統(tǒng)的

29、數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能。因此，在電路中沒有多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX。由于P0口可作為地址/數(shù)據(jù)復用線試用，需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)，因此，MUX的一個輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號。而P2口僅作為高位地址線試用，不涉及數(shù)據(jù)，所以MUX的一個輸入信號為“地址”。在4個口中只有P0口是一個真正的雙向口，P1-P3這三個口都是準雙向口。原因是在應用系統(tǒng)中，P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)的正確傳送，需要解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通;不進行數(shù)據(jù)傳遞時，芯片內(nèi)外處于隔離狀態(tài)。為此，要求P0口的輸出緩沖器是一個三態(tài)門。在P0口中輸出三態(tài)門是由兩只場效應管(FET)組成

30、，所以說它是一個真正的雙向口。而其他的三個口中，上拉電阻代替P0口中的場效應管，輸出緩沖器不是三態(tài)的，因此不是真正的雙向口，只能稱其為準雙向口。P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號，因此在P3口電路增加了第二功能控制邏輯。這是P3口與其他各口的不同之處。2.4 時鐘電路與時序時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘信號。MCS-51單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS-51單片機應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行進行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，

31、然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這類信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜治?、設計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機應用系統(tǒng)設計者普遍關(guān)心的問題。第三章 電路的硬件設計3.1 硬件設計方案本論文探討了一種基于單片機的智能去電控制系統(tǒng)的軟硬件設計，并搭建硬件電路進行軟硬件調(diào)試，驗證了系統(tǒng)設計的正確性。1. 論文所作的工作(1) 智能去電控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃(2) 完成智能去電控制系統(tǒng)的硬件設計（包括去電信號產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、去電輸出接口電路等各個部分電路的設計）(3) 完

32、成智能去電控制系統(tǒng)的軟件設計（包括主程序、鍵盤輸入處理子程序、D/A轉(zhuǎn)換及去電輸出子程序和黑白名單區(qū)分子程序的編制） (4) 利用Protel 99SE繪制了電路原理圖2. 主要特點(1) 是基于單片機的智能去電控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴展性好(2) 主要依靠軟件來實現(xiàn)的智能去電控制系統(tǒng)，降低了成本、提高了系統(tǒng)的性價比。3.1.1 系統(tǒng)總體框圖整機結(jié)構(gòu)圖如圖所示：鍵盤輸入89C518255數(shù)模轉(zhuǎn)換去電輸出圖2-1整機結(jié)構(gòu)圖整體的設計方案為：系統(tǒng)采用單片微處理器89C51為核心，同時利用74LS373緩沖器、74LS138譯碼器、7404反相器、DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器等完成智能去電控制功能。系統(tǒng)

33、的實現(xiàn)可以分為以下幾個模塊：去電信號產(chǎn)生模塊：用于產(chǎn)生去電信號。當去電信號的上下限值設定好后，按下*號鍵，則產(chǎn)生去電信號輸出。這部分是設計的重中之重，主要是如何控制64個采樣點的輸出時序；鍵盤接口模塊：用于處理鍵盤輸入數(shù)據(jù)。用戶可以在鍵盤上輸入所需的去電信號上下限頻率值，每次輸入以#號鍵為結(jié)束標志；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，使最后的輸出為電壓形式的去電信號；去電輸出接口模塊：用于把去電信號由系統(tǒng)輸出到電話線上。3.1.2 去電信號的產(chǎn)生產(chǎn)生頻率周期變化的去電信號實際上就是由一個單一穩(wěn)定的頻率源進行分頻或混頻來實現(xiàn)的。因為該系統(tǒng)所產(chǎn)生的去電信號頻率范圍主要集中在低頻段，大約在幾

34、千赫茲左右，所以在信號產(chǎn)生方面系統(tǒng)采用了DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)：用隨機讀寫存儲器RAM存儲去電信號的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率變化要求以頻率控制字K為步進，對相位增量進行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的去電信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和濾波即可得到去電輸出信號。由于DDS技術(shù)采用了全數(shù)字結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)及小數(shù)分頻等頻率合成技術(shù)相比，它具有合成信號相對頻帶寬、工作速度快及信噪比高等優(yōu)點，便于實現(xiàn)后期功能擴展。DDS基本工作過程如下：模數(shù)為的相位累加器，在時鐘的控制下，將頻率控制字K進行累加，對每個時鐘脈沖,相位累加器在原值基礎(chǔ)上加K，滿量(即到2n) 后，以剩余數(shù)為基

35、礎(chǔ)重復進行K的累加過程，累加器的輸出作為去電信號查詢表的地址，去電信號查詢表內(nèi)所存儲的內(nèi)容是相應的 的值。其中R 為相位累加器的內(nèi)容，去電信號查詢表的輸出經(jīng)DAC 變換在經(jīng)過濾波后就得到所需要的去電輸出信號。3.2 電路的設計3.3 復位電路MCS-51單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。本電路采用的是上電復位方式。復位電路如圖所示：圖3-3 復位電路圖2-2復位電路上電復位：上電復位電路是種簡單的復位電路，只要在RST復位引腳接一個電容到Vcc，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到RST復位引腳一個短暫的

36、高電平信號，這個復位信號隨著Vcc對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。手動復位：手動復位需要人為在復位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復位。一般采用的方法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鍵，當按下按鍵后，Vcc和RST端接通，RST引腳處有高電平，而且按鍵動作一般是數(shù)十毫秒、大于兩個機器周期的時間，能夠安全的讓系統(tǒng)復位。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方

37、式和脈沖方式兩種。3.4 時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。時鐘電路如圖所示：圖3-3時鐘電路MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。3.5 按鍵電路按鍵是一組常開的按鍵開關(guān),每個按鍵都被賦予一個代碼，

38、稱為鍵碼。按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文在軟件中采用了相應的軟件程序來消除抖動。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時10-20ms再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動；若仍有鍵按下，則說明閉合鍵已穩(wěn)定。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個

39、按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。鍵盤電路如圖所示：鍵盤是人機交互的窗口，通過鍵盤實現(xiàn)人對設備的控制和設置。本裝置的鍵盤共12鍵，其中09鍵用于輸入去電信號上、下限頻率值；#號鍵是數(shù)值輸入結(jié)束標志；*號鍵是頻率設定結(jié)束后的去電開始標志。這12鍵與8255A的PB口和PC口的高四位相連。每個按鍵有兩個連接端：一端通過阻值為1K的電阻與電源相連，另一端通過一個阻值為10K的電阻與地相連。鍵盤未按下時與地接通，輸出為低電平；按下時與電源接通，變?yōu)楦唠娖剑⑤斎氲?255A的相應端口。鍵盤電路如圖所示：圖2-4鍵盤電路3.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出電路D/ A 轉(zhuǎn)換器是這部分的核心器件,它的速度和特性直接影

40、響整個系統(tǒng)的性能。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用主要看其性能指標是否與應用系統(tǒng)相適應。而性能指標中轉(zhuǎn)換時間和精度又最為主要美國國家半導體公司的模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC,，已能滿足系統(tǒng)要求，如果選用12位芯片,雖然轉(zhuǎn)換精度會提高，但成本會提高，綜合系統(tǒng)的性能價格比考慮，選用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器合適。DAC0832芯片的主要特性為：(1) 分辨率8位；(2) 電流輸出，穩(wěn)定時間為l；(3) 可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入；(4) 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；(5) 單一電源供電(+5+15v)；(6) 低功耗，20mW。去電信號輸出前要經(jīng)過濾波來區(qū)分黑白名單電話號碼。低通濾波器是用

41、來通過低頻白名單去電信號衰減或抑制高頻黑名單去電信號。由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的去電信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的去電信號?？捎迷谛畔⑻幚?、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用于低頻范圍。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際的幅頻特性去逼近理想的。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高, 幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。隨著階數(shù)的增加濾波效果會相應變

42、好，但硬件復雜度會增加。所以采用兩級比較合適。本文采用的是二階RC有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖所示：圖2-4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路第四章 電路的軟件設計4.1 軟件程序內(nèi)容軟件程序總體流程圖如圖：是*？開始初始化去電信號產(chǎn)生黑白電區(qū)分鍵盤讀取去電信號頻率延時(DELAY)通過白名單去電信號數(shù)模轉(zhuǎn)換讀C口是#？去電信號輸出 (SPFS)YYNN圖3-1軟件程序總體流程圖模塊化程序設計方法，歸根結(jié)底是設計出性能優(yōu)良的計算機程序，這種方法根據(jù)所要完成的程序設計任務，將總體任務分成幾個易于實現(xiàn)的子程序模

43、塊，然后將這些子程序模塊有機的組合起來，得到所需要的程序。實踐證明：用模塊化程序設計方法設計出來的程序，與用其他方法設計出來的程序相比，不僅效果好、代價??；而且易于閱讀、理解、修改、調(diào)試、驗證、維護和移植，是控制程序流程的主體程序結(jié)構(gòu)。模塊化程序設計方法的特點，就是在程序設計全過程中，必須使計算機算法與程序的控制結(jié)構(gòu)完全實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。根據(jù)程序模塊化思想，本設計的軟件程序包括主程序、去電信號發(fā)生子程序、鍵盤子程序、黑白名單區(qū)分子程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換及去電輸出接口程序和延時子程序等。另外由于電路中有多個按鍵，還另外設計了防抖動程序來防止干擾。由于計算機系統(tǒng)軟件的進步和飛速發(fā)展，在系統(tǒng)設計中，耗用了大量的開

44、發(fā)時間，充分發(fā)揮軟件功能，盡可能擴展軟件的應用范圍，這就相對地簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)的設計情況，軟件設計應具備如下功能：(1) 系統(tǒng)初始設置。設置系統(tǒng)各芯片工作方式，包括89C51內(nèi)部定時計數(shù)器工作方式和8255A三組I/O口輸出、輸入方式；(2) 鍵盤讀入；(3) 模數(shù)轉(zhuǎn)換；(4) 黑白名單區(qū)分；(5) 去電信號輸出；考慮到系統(tǒng)欲實現(xiàn)的較快的運行效率和較高的實時性要求，系統(tǒng)軟件未采用C語言編程，而是全部采用匯編語言編制，節(jié)約了硬件資源，同時提高了系統(tǒng)的實時性。采用軟件編程的方法來產(chǎn)生去電信號，即將去電信號的一個周期波形量化，編程數(shù)組放在存儲器中，輸出時按照順序調(diào)來產(chǎn)生去電信號，這比傳統(tǒng)的對去電信號進行硬件濾波來實現(xiàn)白名單去電輸出的方法節(jié)約了硬件資源，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性價。4.2 去電信號產(chǎn)生子程序產(chǎn)生頻率周期變化的去電信號實際上就是由一個單一穩(wěn)定的頻率源進行分頻或混頻來實現(xiàn)的。因為該系統(tǒng)所產(chǎn)生的去電信號范圍主要集中在低頻段，所以在去電信號產(chǎn)生方面系統(tǒng)采用了DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)：用隨機讀寫存儲器RAM存