以PIC單片機(jī)為微處理器控制MT8880的多功能一鍵撥號(hào)電話系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著市場需求的不斷變化，傳統(tǒng)電話逐漸暴露出功能單一、撥號(hào)呼叫不方便等問題。本文針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的調(diào)度系統(tǒng)和井下遇險(xiǎn)緊急呼救項(xiàng)目的要求，設(shè)計(jì)出了具有一鍵撥號(hào)、遠(yuǎn)程設(shè)置、自動(dòng)接聽掛機(jī)等功能的新型電話系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)用于民用領(lǐng)域，為老人、小孩、殘疾人等特殊群體及酒店客服系統(tǒng)提供方便的解決方案。

1 系統(tǒng)原理及構(gòu)成

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由主控微處理器、DTMF編解碼模塊MT8880及外圍電路組成，外圍電路包括振鈴檢測電路、摘機(jī)電路、AGC自動(dòng)增益調(diào)節(jié)電路和音頻放大電路。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)由PIC單片機(jī)作為微處理器控制MT8880工作，利用DTMF信號(hào)實(shí)現(xiàn)一鍵撥號(hào)及遠(yuǎn)程設(shè)置。通過振鈴檢測電路接收振鈴信號(hào)，并由微處理器判斷達(dá)到有效振鈴次數(shù)后控制摘機(jī)電路模擬摘機(jī)，配合AGC電路和放大電路實(shí)現(xiàn)音頻流暢清晰。

2 DTMF編解碼模塊

DTMF即雙音多頻，具有易識(shí)別、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)量小等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用MITEL公司的MT8880芯片來編解碼DTMF信號(hào)。MT8880具有與微控制器相連的數(shù)據(jù)總線接口，可直接由單片機(jī)控制，內(nèi)部包含5個(gè)寄存器，由引腳RSI和R／W進(jìn)行選擇，MT8880與單片機(jī)接口如圖2所示。

圖2 MT8880與單片機(jī)接口電路

DTMF信號(hào)由TONE腳輸出，IN-腳輸入，R2／R1的值決定內(nèi)部接收運(yùn)放的放大倍數(shù)，比值越大接收靈敏度越高。電阻R4和電容C2的值影響接收數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，D0～D3數(shù)據(jù)口輸出鎖存器的更新時(shí)間與（R4·C2）的值成正比，若（R4·C2）的值偏小會(huì)導(dǎo)致DTMF信號(hào)解碼后數(shù)據(jù)抖動(dòng)，造成接收錯(cuò)誤。

MT8880具有6種工作模式，由內(nèi)部控制寄存器CRA、CRB進(jìn)行切換。當(dāng)同時(shí)工作在DTMF發(fā)送模式和突發(fā)模式時(shí)，MT8880向外發(fā)送持續(xù)（51± 2）ms的DTMF信號(hào)；當(dāng)工作在DTMF接收模式時(shí)，通過讀取MT8880內(nèi)部狀態(tài)寄存器SR的D2位判斷接收數(shù)據(jù)是否有效，并由D0～D3送入解碼后的數(shù)據(jù)；當(dāng)同時(shí)工作在呼叫處理模式和中斷模式時(shí)，MT8880通過IN-腳檢測忙音信號(hào)，并由IRQ／CP腳輸出同頻率的方波供單片機(jī)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掛機(jī)。

3 外圍電路設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)摘機(jī)電路

自動(dòng)摘機(jī)電路是由振鈴檢測和模擬摘機(jī)兩部分電路組成，電路如圖3所示。按照國標(biāo)GB3380中的規(guī)定，振鈴信號(hào)是電壓有效值為90±5 V的正弦波，1 s送4 s斷，鈴流經(jīng)過隔直電容C12進(jìn)入電橋B1，經(jīng)全波整流后由VD3、VD4進(jìn)行兩級(jí)穩(wěn)壓，最終整流成12 V直流電平驅(qū)動(dòng)光耦U2工作，單片機(jī)通過記錄U2的工作次數(shù)來檢測振鈴次數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)的摘機(jī)振鈴次數(shù)時(shí)，單片機(jī)控制光耦U3工作，將摘機(jī)電阻R25接入電話回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘機(jī)。

圖3 振鈴檢測和模擬摘機(jī)電路

3.2 自動(dòng)增益調(diào)節(jié)電路

通話質(zhì)量良好、話音清晰是電話機(jī)的基本要求，為此采用AGC自動(dòng)增益調(diào)節(jié)來保證語音信號(hào)的平滑連續(xù)。

AGC電路能隨時(shí)跟蹤、監(jiān)視音頻放大電路輸出的信號(hào)電平并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，AGC電路自動(dòng)減小放大增益；當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí)，AGC電路相應(yīng)增大放大增益，使音頻信號(hào)經(jīng)過放大后不產(chǎn)生削波和失真。本系統(tǒng)AGC電路由多級(jí)衰減器、放大器和反饋控制電路3部分組成，電路如圖4所示。

圖4 自動(dòng)增益調(diào)節(jié)電路

音頻信號(hào)經(jīng)過隔直電容C6輸入，信號(hào)經(jīng)由R7、R8、R9組成的3級(jí)衰減器的衰減后進(jìn)入LM358放大器，放大倍數(shù)為20 dB，放大后的信號(hào)一路進(jìn)入話筒的揚(yáng)聲器，另一路進(jìn)入反饋控制電路，反饋控制電路將放大后信號(hào)檢波整流成與輸入信號(hào)幅值成正比的直流電平，進(jìn)入比較器并控制衰減器的衰減倍數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益調(diào)節(jié)。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于頻率范圍在30 Hz～20 kHz，幅值范圍在200 mV～1.5 V的音頻信號(hào)均有較好的增益調(diào)節(jié)作用，為保證信號(hào)不削波失真，放大后的信號(hào)幅值范圍應(yīng)在0～6 V之間。實(shí)驗(yàn)波形如圖5所示，可以看出AGC電路隨著輸入信號(hào)的幅值變化調(diào)節(jié)電路的增益，對(duì)信號(hào)起到了良好的校正作用，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1中所示。

圖5 AGG電路波形

表1 AGG電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 軟件設(shè)計(jì)

MT8880的接口是與Motorola68系列單片機(jī)總線配合使用的，PIC單片機(jī)需要模擬MT8880的讀寫時(shí)序?qū)崿F(xiàn)對(duì)其控制和通信。對(duì)MT8880的讀寫操作具有嚴(yán)格的時(shí)序要求，圖6所示MT8880寫控制寄存器時(shí)序，當(dāng)片選線CS置低電平選中MT8880，RS0、R／W設(shè)置為寫相應(yīng)寄存器時(shí)，時(shí)鐘線φ2在每個(gè)下降沿寫入有效數(shù)據(jù)。

圖6 MT8880寫控制寄存器時(shí)序

MT8880的模式轉(zhuǎn)換較為繁瑣，在每次模式轉(zhuǎn)換前需要對(duì)內(nèi)部控制器寄存器正確初始化，初始化時(shí)先將CRA寄存器清零，然后選中CRB寄存器并清零，部分程序如下：

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為當(dāng)單片機(jī)接收到按鍵脈沖時(shí)，設(shè)置MT8880工作在DTMF發(fā)送模式，發(fā)送前后兩個(gè)號(hào)碼的間隙為0.5 s，實(shí)現(xiàn)一鍵撥號(hào)功能。當(dāng)系統(tǒng)接聽來電時(shí)，前5 s將MT8880設(shè)置為DTMF接收模式，此時(shí)可以由主叫電話對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置預(yù)撥號(hào)碼和自動(dòng)接聽振鈴次數(shù)，設(shè)置方便靈活、節(jié)省人力，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PIC單片機(jī)的E2PROM中，掉電后不丟失：5 s后將MT8880設(shè)置為呼叫處理模式，用于檢測忙音信號(hào)并自動(dòng)掛機(jī)。軟件流程圖如圖7所示。

圖7 軟件流程圖

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，解碼效率高，具有廣闊的應(yīng)用前景，特別適用于煤礦井下調(diào)度、賓館客服系統(tǒng)和老年人使用。利用MT8880呼叫處理模式進(jìn)行信號(hào)音檢測時(shí)應(yīng)注意語音、回鈴音和忙音之間的交互影響，確定適當(dāng)?shù)男盘?hào)音參數(shù)可以有效的進(jìn)行檢測避免干擾。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于礦井?dāng)U音電話系統(tǒng)中，用戶反映良好。