智能电话的设计

商丘科技职业学院毕业论文（设计）

第一章 系统结构

该智能会议电话系统主要包括：基于ISD4002的语音单元、基于MT8880C的DTMF收发单元、外部存储设备单元、显示单元、键盘操作单元、输出控制单元、基于AT89S52的智能控制单元等几大部分组成。由于系统的单元电路比较多及控制单元采用的AT89S52芯片的I/O只有40个，单个这样的芯片并不能满足该系统的要求所以本系统的控制单元采用了两个芯片一片AT89S52及一片AT89C2051，这样两个芯片的I/O口加起来就有60个就能够满足使用要求了。系统的总体设计框图如图1所示。

输出控制电路单元AT89C2051控制器ISD4002语音电路单元MT8880C双音多频收发电路单元AT89S52控制器外部存储设备电路单元键盘操作电路单元显示电路单元 图1 系统总体设计框图

通过系统的具体设计要求和系统的总体设计框图我们可以对系统有一个整体而全面的了解，下面对系统的各个单元电路分别进行详细的阐述和分析。 1 基于MT8880C的DTMF收发单元

本系统的一个重要的功能就是要能够实现模拟拨号及能够检测电话线上的音信号以便能够判断电话线的状态：现在是否能拨号、对方是否正在通话、对方是否摘机、对方电话是否有人接听等，这些信号都是双音多频信号。为了能够系统的了解双音多频信号，对于DTMF双音多频信号可以做一个简单的介绍。

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1.1 DTMF信号的介绍

DTMF信号是双音多频信号的英文缩写，这种信号不是单一频率的信号而是由两种不同频率的信号叠加而成的。两个不同频率的信号一个取自高频群另一个取自低频群，高低频群各包括4个频率，所以由高低群频率可以组成16种不同的DTMF信号。这样的一种频率组合结构正好和电话机上的4×4矩阵键盘相对应，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频，每按一个键就可以发送一个高频和低频的正弦信号组合。对于高频群和低频群中的各个频率信号的选择不是任意的，是经过考虑了电路中的各种干扰信号频率和信号音频率而选择的。16种不同的组合和电话机上的按键是一一对应的，详细的对应关系如表1所示。

表1 DTMF信号的频率组合及对应编码 低频组(Hz) 697 697 697 770 770 770 852 852 852 941 941 941 697 770 852 941 高频组(Hz) 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1336 1209 1477 1633 1633 1633 1633 D4 D3 D2 D1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 键 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * # A B C D 对于DTMF信号的发送与接收也是有专门的芯片的，比较常用的一种芯片是MT8880C。该芯片具有功耗低、集成度高、可编程控制、容易和微机接口等功能和优点所以在众多的DTMF电路中普遍应用。 1.2 DTMF芯片MT8880C

首先对MT8880C芯片做一个简单的引述和介绍。MT8880是MITEL公司生产的DTMF发送与接收器，它是一种功能较强的DTMF发送与接收器可与多种单片机配接完成DTMF信号发送接收、信号音检测等功能。发送部分采用开关电容式D／A转换器，发送的DTMF信号失真小、频率精度高。接收器采用两组六阶开关电容式带通滤波器，分离出音调信号的低频群和高频群。解码器采用数字计数方式检测双音信号的频率并映射为相应的二进制码，且有多种工作模式。它的内部寄存器、控制接口和数据总线器便于实现与微处理器的直接接口和对电路进行工作模式控制，获得更多的功能和灵活性。通过微机接口可以由CP、RSO、R/W、CS、D0~D3等信号选择内部寄存器并控制电路的工作状态或工作模式[1]。MT8880C的管

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脚图如图2所示。

图2 MT8880C管脚图

其各脚的功能描述如下：

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UDD/2。 UDD、USS：分别为电源的正、负端，供电电压为5V。 OSCl、OSC2：外接一个3.58MHz晶体，形成晶体振荡器。 TONE：双音频信号输出端。

R／W：读／写控制端，该端施以高电平时读MT8880，施以低电平时写MT8880。 RSO：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R／W端的状态共同确定，具体的对应关系见表2所示。

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。

D0～D3：写入命令或读出状态的数据线。

表2 MT8880C内部状态寄存器选择表 RS0 0 0 1 1 R/W 0 1 0 1 内部寄存器及功能 写数据发送寄存器 读数据接收寄存器 控制寄存器CRA或CRB 读状态寄存器 MT8880C具有很强大的功能，共有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0.35秒通、0.35秒断，回铃音为1秒通、4秒断）。当信号频率落在320～510Hz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，

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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，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，IRQ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。芯片工作于何种功能，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D2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D0～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3的规定，给引脚RSO和R/W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。

控制寄存器CRA、CRB以及状态寄存器都只有4个位（比特），分别记为D0、Dl、D2、D3，要写控制寄存器或读状态寄存器，只要按照表3的规定给RSO引脚及R/W引脚施以相应电平就可以通过引脚D0～D3写入或读出。

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D2为1（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”。D3：一定时间内检测不到DTMF信号时为“1”，检测到DTMF信号时清“0”[2]。

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1.3 MT8880C硬件电路

通过对MT8880C功能的整体描述可进行相关软件方面的设计，再配合硬件电路便可以完成DTMF信号的接收和发送，其硬件连接电路如图3所示。在上述电路中还包括了模拟摘机电路部分，模拟摘机电路完成拨号前的自动摘机功能，由于电话线上传来的信号的极性没有确定，圆桥可以稳定信号的极性，从正极输出端输出的永远是正极性，负极输出端输出的永远是负极性。模拟摘机电路工作与否由控理器传送到光耦第二个管脚的高低电平决定，当控理器传送过来的是低电平时，光耦合器导通使三极管导通从而使回路电流值突增，电话交换机检测到该电流，将线路电压变为十几伏的直流，模拟摘机得以实现。当摘机成功后便可以通过对MT8880C的寄存器进行操作来完成相应的双音多频收发功能。对于MT8880C的12脚输入的接口控制信号可以采用由单片机产生的方波脉冲也可以采用由3.58M的晶振产生的振荡信号经过一个104的电容耦合到12脚形成。对于后者来说由于该信号不依赖于单片机产生这样对于单片机的控制来说就比较的方便和简单，但是这样也存在着一些弊端，因为该脉冲不受单片机的控制所以对于单片机的控制来说就比较的被动了，也就是说单片机产生的对于MT8880的控制信号的时序要满足MT8880的硬件要求。

VCCR23KC2R7R6100K100KMT8880C12345678910IN+IN-GSVRefVSSOSC1OS2TONER/WCSC53.58MHZR9300ΩC310μF/160V4.7μFVDDST/GTEstD3D2D1D0IRQ/CPΦ2RS020191817161514131211C110489S51R1300KP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P3.24.7μFR42.4MC41μFC6104R3100KR510KC8V12N5401R8D115V104115VD2C74T1R1130K2KR1012CON223A82K11LM324VCCR12220ΩPC8171N4004×4模拟摘机控制 图3 MT8880C硬件连接图

2 基于ISD4002的语音电路单元

本系统的一个重要的功能就是进行自动电话通知，那就必须的要有一个能够存储语音

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