电话计费器系统设计毕业设计论文.docx

电话计费器系统设计毕业设计论文.docx

《电话计费器系统设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电话计费器系统设计毕业设计论文.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电话计费器系统设计毕业设计论文

电话计费器系统设计毕业设计

摘要

本设计首先介绍了系统的设计方案思路与原理图，进而阐明了设计电话计费系统的意义。

文章采用分块模式，对整个系统的硬件与软件设计进行分析，其中硬件部分着重介绍了电源电路，单片机8051控制芯片及其外围电路，专用键盘/显示器接口芯片8279，实时时钟日历芯片MC146818等，软件部分就针对一些具体模块进行编程。

整个系统采用单片机通讯方式，文中还介绍了单片机接口与控制器之间的通讯情况以及该系统的PCB板制作，安装与调试的有关内容。

关键词：

电子，单片机，数码显示，单片机，电话计费

Abstract

Thedesignfirstintroducedthesystemofideasanddesignschematics,designfurtherclarifythemeaningofthetelephonebillingsystem.Thearticlebyblockmodeloftheentiresystemofhardwareandsoftwaredesignanalysis,whichfocusedonthehardwarepartofthepowercircuit,theMCU8051chipanditsperipheralcircuits,specialkeyboard/displayinterfacechip8279,real-timeclockchipMC146818calendar,Onthepartofsoftwaremodulesforspecificprogramming.MCUsystemasawholebymeansofcommunication,thepaperalsointroducedamicrocontrollerinterfacewiththecontroller,aswellasthecommunicationbetweenthesystem'sboardPCBproduction,installationandcommissioningoftherelevantcontent.

Keyword:

electronics，calculation，figuresshowing，MCU，telephonebillingenquiries

前言

目前，随着通信事业的发展及人们生活水平的提高，手机、小灵通各种先进的通信设备纷纷涌现，并愈来愈普及。

但固定电话面对如此冲击，并未退出历史舞台，而因其信号强的固有优势，走进了各家各户。

电话机用户数以亿计，计费依据来自电信局交换机给出的清单。

清单方式是准确的，但电话机用户并不能及时方便地看到费用清单。

各类卡式电话机可以实时显示计费，但却不宜进入家庭。

各种常见的LED公用电话计费器，则不能较好适应有时会发生变化的电话费率。

如果能向家庭内的电表、水表、气表一样，能有一款家庭型的电话计费器，将会给人们的生活带来许多方便。

用户可以在打完一次电话后方便地查看话单信息及一段时间内的话费累计总额。

本文就是针对这一现状，具体介绍了基于Intel8051单片机的电话计费器的设计及其工作原理，并简单穿插了该计费器的使用及可完成的功能。

该计费器具有如下特点：

（1）可自动识别所拨号码，实现自动计费；

（2）可自动实现全价和折价的转换；

（3）计费准确，可方便地查询话单信息；

（4）具有可配置性，可通过按键重新设置时间、日期、费率等参数；

（5）成本低，功耗小。

软件部分采用C语言进行程序设计，运算速度快，编译效率高，有良好的可移植性，而且可直接实现对系统硬件的控制。

第一章电话计费器的总体设计思路

在第一章中，我们将对电话计费器的总体设计及其主要的功能特点进行简单的分析，并概括出它的特点、实现的功能以及系统的简单操作，以促进对单片机及其控制系统的了解。

1.1计算机电子技术发展的概述与系统问题的提出

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，单片机的发展正朝着CMOS化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路的内装化等几个方面发展。

近几年，由于某种原因CHMOS技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS化，此种芯片除了低功耗外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态，并且单片机一般采用精简指令集结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度，提升信息处理功能，中断和定时控制功能，在一般上还具有串行扩展技术，随着低价位OTP及各种类型片内程序存储器的发展，加之外围接口不断进入片内，特别是IIC，API等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。

这就引导我们利用单片机来实现电话计费器来实现电话计费的可靠与便捷。

随着电子技术的迅速发展，计算机已深入地渗透到我们的生活中，就51系列而言，由于Intel公司将其内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著名IC制造商，随着计算机技术的不断发展，在工业测量控制领域内单片机的应用越来越广泛。

同时，随着超大规模集成电路工艺和集成制造技术的不断完善，单片机的硬件集成度也不断提高，已经出现了能满足各种不同需求、具有各种特殊功能的单片机，这类单片机具有集成度高、性能价格比优越、货源充足等优点，在工业测量领域内获得了极为广泛的应用价值。

目前，随着通信事业的发展及人们生活水平的提高，手机、小灵通各种先进的通信设备纷纷涌现，并愈来愈普及。

但固定电话面对如此冲击，并未退出历史舞台，而因其信号强的固有优势，走进了各家各户。

电话机用户数以亿计，计费依据来自电信局交换机给出的清单。

清单方式是准确的，但电话机用户并不能及时方便地看到费用清单。

各类卡式电话机可以实时显示计费，但却不宜进入家庭。

各种常见的LED公用电话计费器，则不能较好适应有时会发生变化的电话费率。

如果能向家庭内的电表、水表、气表一样，能有一款家庭型的电话计费器，将会给人们的生活带来许多方便。

用户可以在打完一次电话后方便地查看话单信息及一段时间内的话费累计总额。

为了加强技术创新力度，要为产品市场定位。

这是电话计费行业发展的基础，未来此行业所面临的将不但是国内企业之间的竞争，更重要的是如何应对世界经济洪流的冲击。

加入WTO后我们的电话计费器市场将由向以国内市场为主，转变为以国际市场为主。

目前多数生产企业对国际需求尤其是中高档电话计费器的需求了解不深，在通过各种手段加以了解。

国外的精品店、大卖场、大超市和大批发市场都有特定的消费人群，应根据不同的类别，针对不同的消费层次，正确区分高中低档次，开发适销品，畅销品，做到有的放矢。

电话计费器是集计算机技术、电子技术、智能计费技术为一体的机电一体化高科技产品，具有可靠性高，使用方便等优点。

电话计费器由于其自身的优势，必将为社会所接受。

其利润也是很可观，且国内市场广阔，很有开发生产价值。

其特点是：

可自动识别所拨号码，实现自动计费；可自动实现全价和折价的转换；计费准确，可方便地查询话单信息；具有可配置性，可通过按键重新设置时间、日期、费率等参数；成本低，功耗小。

电话计费器具有很高的便利性、可靠性，应用日益广泛。

1.2方案的设计思路与原理方框图

本文具体介绍了怎样利用51单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单路电话计费器。

其可配置性保证了该计费器可适应电信局费率的调整而重新设置计费参数，并可调整计时以与当前时间日期相吻合。

1.2.1电话计费器系统设计思路

电话计费器系统有四种工作状态：

1.平时显示日期、时间；2.来电接听时，计时显示；3.去电时，计时计费显示；4.挂机按键时，通过“查询”、“累计”、“设置”三个按键，进行功能操作。

可在主程序中用循环语句，使计费器工作于以上四种状态，循环体中用if条件语句判断是哪个状态的条件发生，则进入该状态的执行语句中。

主程序开始时先进行一些初始化，如8279的初始化：

清除显示器RAM、FIFORAM，设置键盘、显示方式以及时钟分频使8279工作于100KHZ的最佳状态；MC146818时钟芯片的初始化：

时标置初值，并启动芯片开始工作；定时器/计数器0，1初始化：

置计数初值，设置T/C0和T/C1的工作方式。

开中断后便进入循环体。

1.显示设计

可采用数组diss作显示缓冲区，存放将要显示的数据。

table数组作段码存放区。

通过8279的写显示RAM命令，存贮显示数据，再从table段码表中取出要显示数据的相应段码送到数据口显示。

可设计一个显示子函数每次显示时，只需给diss数组重新赋值，来改变要显示的内容。

例如时间、日期的显示，只需从MC146818的时标寄存器中读去时标值，并将其值赋给diss数组，再调用显示函数显示即可。

2.键盘设计

据键盘的硬件设计，各键的编码由8279设定。

当有键按下时，8279能识别键盘上闭合键的键号，并将该键的编码写入内部FIFORAM中。

设计中通过读8279的状态字来判断有无键按下，并设计一个取键值函数keyin（）,来读取每次的键值。

由所得的键值进入相关处理程序中。

3．计时设计

在来电接听及拨号去电接通时，均需计费器有计时显示功能。

计时可由8051的内部资源定时器/计数器来完成。

设计中可采用复合定时的的方法，得到1s的定时中断。

可使T/C0工作在定时器方式1，定时50ms,定时时间到后P1.0反相，即P1.0端输出周期100ms的方波脉冲，P1.0端接至T1引脚端，相当于T1端接入一外部脉冲信号。

另设T/C1工作在计数器方式2，对T1引脚端输入的脉冲计数，当计数满10次时，定时1s时间到，即时变量sn++。

当有挂机信号时，INT0端为低电平（外部中断0采用电平触发方式）时，发生外部中断，此时T/C0，T/C1停止计数。

显示时只需将计时变量sn的值赋给diss数组，并调用显示函数，并且每一秒diss数组中的内容变化一次，则显示器每秒刷新一次。

4．计费处理

设计中我们只简单考虑市话和国内长途。

依据电信局对固定电话的计费标准：

市话前三分钟0．2元，以后每分钟0．1元；国内长途则时以6秒为一个计费单位，0．07元/6秒，但存在一个优惠时段，在0:

00—7:

00之内可享受超6折优惠，0．04元/6秒，来进行该部分的编程。

可以设置一个长途标志位，通过判断该标志而分别进入市话或长途的相应处理程序中。

5．功能键处理

当处于挂机状态下，可通过按键进行查询，累计，设置功能操作。

由if条件语句判断是何键值，当键值为0x0c时，进入查询操作中，将存储话单信息的结构数组中的数据赋给diss数组，再调用显示函数显示存储的话单信息（话单序号，电话号码，通话时长及费用）；当键值为0x0d时，将话费的累计值赋给diss数组，再调用显示函数显示。

当键值为0x0e时，进入设置操作中，若此时再次取得的键值为0x0a，则进入设置日期时间的状态中，将取得的键值送到时标寄存器中；若为0x0b,则设置费率，将取得的键值赋给相应的费率变量。

若为0x00,则清除费用累计，给费用累计变量sum赋0。

1.2.2原理方框图

该系统主要由51单片机、检测电路、解码电路、键盘、LED显示器，其结构框图如图1.1所示。

图1.1电话计费系统结构框图

1.3电话计费器系统的主要特点

利用Intel公司的8051单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单路电话计费器。

其可配置性保证了该计费器可适应电信局费率的调整而重新设置计费参数，并可调整计时以与当前时间日期相吻合。

该计费器具有如下特点：

1．可自动识别所拨号码，实现自动计费；

2．可自动实现全价和折价的转换；

3．计费准确，可方便地查询话单信息；

4．具有可配置性，可通过按键重新设置时间、日期、费率等参数；

5．成本低，功耗小。

软件部分采用C语言进行程序设计，运算速度快，编译效率高，有良好的可移植性，而且可直接实现对系统硬件的控制。

第二章控制系统的硬件设计

为使装配流水线控制系统能够具有更好的实用性，并且具有更高的性能，需对该系统的硬件进行精心的设计。

该系统的硬件设计采用了模块化的设计方法。

按实现的功能来分，可分为以下几个部分。

其中，51单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各种复杂的操作。

2.1电源电路的设计与分析

稳压电源的输出电压UO（或电压可调范围UOmin~UOmax）和最大输出电流IOmax是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。

而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。

图2.1稳压电源原理图

因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们设计了一个稳压电源，如图2.1所示，使数字电磁锁能在各种特殊的环境都能正常工作。

为了改善波纹特性,在稳压电源的输入端加接电容C4；在其输出端加接电容C5，C8，目的是为了改善负载的瞬态响应、防止自激振荡和减少高频噪声。

电路中加入一个发光二极管（图上未标出）是为了对输出的电压进行稳压保护，于电压小于额定电压或对地短路的时候的保护。

三脚稳压块选择：

该装置中的稳压块选用LM7805集成稳压块。

LM7805系列集成稳压块主要技术参数：

输入电压：

DC3V～35V；最大输出电流：

1.5A。

LM7805系列稳压块封装：

1脚为输入端，2脚为公共端，3脚为输出端。

注意事项：

引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片，其内部原理图如图2.2所示，按图我们来分析其原理：

在本设计中应输出电压为Vo=5V，则当Vo＞5V时，T2的b极电压上升，进而T2的c极电压下降，进而T1的b极电压下降,进而T1的Vce极电压上升，进而Vo趋于5V；反之当Vo＜5V时亦然。

2.2三端稳压电源内部图

2.2中央控制器——Intel8051单片机

单片机（Microcontroller,又称微控制器），是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机,这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。

2.2.18051单片机的特点

8051单片机是MCS-51系列单片机的一个产品。

MCS-51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机。

8051单片机是HMOS工艺的，它的片内程序存储器ROM为掩膜型的，在制造芯片是已将应用程序固化进去，使它具有了某种专用功能。

其特点如下：

·数据存储器（RAM）：

片内为128个字节（单元），片外最多可外扩至64K字节。

·程序存储器（ROM）：

片内为4K字节，片外最多可外扩至64K字节。

·中断系统：

及有5个中断源，2级中断优先权。

·定时器/计数器：

2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。

·串行口：

1个全双工的串行口，具有四种工作方式。

·并行口：

4个8位并行I/O口，即P0口、P1口、P2口、P3口。

·特殊功能寄存器（SFR）：

共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。

实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。

·位处理器（CPU）：

为8位的CPU，且内含一个1位CPU（位处理器）不仅可处理字节数据，还可进行位变量的处理。

·片内振荡器及时钟电路。

·具有布尔代数的运算能力。

2.2.28051单片机的功能描述

8051单片机的性能结构上是一个功能强大的单片机，它是一种仅20个引脚的单片机，相当于INTEL8031的最小应用系统。

这对于一些不太复杂的控制场合，仅用一片8051单片机就足够了。

由于将多功能的8位CPU和2KB闪速存储器以及模拟电压比较器集成到单个芯片上，从而成为一种多功能的微处理器，这为许多嵌入式控制提供了一种极佳的方案，使传统的51系列单片机的体积大、功耗大、可选模式少等诸多困扰设计工程师们的致命弱点不复存在。

8051单片机的主要特点：

2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（FLASHEEPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,可重复擦写10000次，数据保存时间10年，工作电压范围：

2.7～6V,工作频率：

0～24MHz,15根可编程I/O引线，2个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器，两级程序加密，输出口可直接驱动LED显示，低功耗的闲置和调电保护工作方式，以及片内振荡器和时钟电路。

由于8051单片机单片机功能强劲，且体积小（芯片只有20个引脚），所以它在许多嵌入式和便携式测控系统中得到广泛应用，如机电式或电子式电度表，智能煤气表，测速仪等智能仪器。

2.2.38051单片机的管角说明

8051单片机单片机为20引脚芯片如图2.3所示：

图2.38051单片机引脚分布图

8051单片机是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,8051单片机减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。

8051单片机芯片的20个引脚功能为：

1.Vcc：

电源电压。

2.GND：

地。

3.P1口：

P1口是一8位双向I/O口。

口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。

P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。

P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。

P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。

当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。

当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（IIL）。

P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。

   4.P3口：

P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。

P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。

P3口缓冲器可吸收20mA电流。

当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。

用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）。

   P3口还用于实现8051单片机的各种功能,如下表10-1所示。

P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

5.RST：

复位输入。

RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。

当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。

每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。

6.XTAL1：

作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。

7.XTAL2：

作为振荡器反相放大器的输出。

P3口引脚

功能

P3.0

RXD（串行输入端口）

P3.1

TXD（串行输出端口）

P3.2

INT0（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

TO（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

表2.1P3口的功能

从上述引脚说明可看出,8051单片机没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用8051单片机构成的单片机应用系统不能在8051单片机之外扩展存储器或I/O设备,也即8051单片机本身即构成了最小单片机系统。

指令系统

2K可反复擦写（>1000次）FlashRom

15个双向I/O口

6个中断源

两个16位可编程定时计数器

2.7-6.0V的宽工作电压范围

时钟频率0-24MHz

128X8bit内部RAM

两个外部中断源

两个串行中断

可直接驱动LED

两级加密位

低功耗睡眠功能

内置一个模拟比较放大器

可编程UARL通道

软件设置睡眠和唤醒功能

表2.28051单片机的主要功能特性

2.3专用键盘/显示器接口芯片8279

8279是Intel公司生产的通用可编程键盘/显示器接口芯片。

利用8279,可实现对键盘/显示器的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号，不仅可以大大节省CPU对键盘/显示器的操作时间，从而减轻CPU的负担，而且显示稳定，程序简单，不会出现勿动作。

2.4.18279的特点

·可同时进行键盘扫描和字符显示；

·键盘扫描模式（ScannedKeyboardMode）；

·传感器扫描模式（ScannedSensorMode）；

·选通输入模式（StrobeInputEntryMode）；

·8×8键盘FIFO（先进先出）；

·具有接点消除抖动、2键锁定及N键依次读出模式；

·8位数或16位数的显示器；

·右边进入或左边进入，16位字节显示存储器。

2.4.28279的引脚及内部结构

1.DB0～DB7：

双向数据总线。

在CPU于8279间作数据与命令的传送。

2．CLK：

8279的系统时钟，100KHZ为最佳选择。

3．RESET：

复位输入线，高电平有效。

当RESET输入端出现高电平时，8279被初始复位。

4．/CS：

片选信号。

低电平使能，使能时可将命令写入8279或读取8279的数据。

5．A0：

用于区分信息的特性。

当A0=1时，CPU向8279写入命令或读取8279的状态；当A0为0时，读写一般数据。

6./RD：

读取控制线。

/RD=0,8279会送数据至外部总线。

7./WR：

写入控制线。

/WR=0,8279会从外部总线捕捉数据。

8.IRQ：

中断请求输出线，高电平有效。

当FIFORAM缓冲器中存有键盘上闭合键的键码时，IRQ线升高，向CPU请求中断，当CPU将缓冲器中的输入键数的数据全部读取时，中断请求线下降为低电平。

9.SL0～SL3：

扫描输出线，用于对键盘显示器扫描。

可以是编码模式（16对1）或译码模式（4对1）。

10.RL0～RL7：

反馈输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由键盘上按键拉成低电平。

11.SHIFT、CNTL/STB：

控制键输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由外部控制按键拉成低电平。

12．OUTB0～3、OUTA0～3：

显示段数据输出线，可分别作为两个半字节输出，也可作为8位段数据输出口，此时OUTB0为最低位，OUTA3位最高位。

13．/BD：

消隐输出线，低电平有效。

当显示器切换时或使用消隐命令时，将显示消隐。

8279的内部结构图如图所示，

它主要分为以下六个部分：

1．I/O控制和数据缓冲器

利用/CS、A0、/RD、/WR等信号，控制读写的数据。

控制端各引脚的作用

/CS

/RD

/WR

A0

控制端组合功能说明

1

X

X

X

数据总线为高阻抗

0

1

0

0

写入要显示的数据码

0

1

0

1

写入命令码到控制寄存器内

0

0

1

0

读取FIFORAM及显示器RAM

0

0

1

1

读取FIFO状态寄存器的状态码

2．控制逻辑

控制与定时寄存器用以存储键盘及显示器的工作方式，锁存操作命令，通过译码产生相应的控制信号，使8279的各个部件完成一定的控制功能。

定时控制含有一些计数器，其中有一个可编程的5位计数器，对外部输入时钟信号进行分频，产生100KHZ的内部定时信号。

外部时钟输入信号的周期不小于500ns。

3．扫描计数器

扫描计数器有两种工作方式：

·编码方式计数器以二进制计数，4位计数状态从扫描线SL0～SL3输