基于单片机的智能电话转接器设计.docx
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基于单片机的智能电话转接器设计
基于单片机的智能电话转接器设计
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基于单片机的智能电话转接器设计
ThedesignofSmarttelephoneadapterbasedonthesingle-chip
摘要
电话是人们通讯使用最广泛的工具,以电话为基础的设备不断地被开发应用,电话转接器就是其中典型的设备。
电话转接器有固定电话转接器和无线电话转接器这两类,智能电话转接器就是电话转接器的高级产品种类,其就是为了延伸VSAT电话的应用范围,解决人不能长时间值守的问题,更加人性化,为人带来了诸多方便。
一般来说,通信部门通常装有VSAT电话、馆内电话、市内电话和公司专网电话。
有人值守时,智能电话转接器实现普通电话机功能;无人值守时,实现VSAT电话、馆内电话、市内电话、公司专网电话间的自动转接和中继功能,且在通话结束后,快速可靠地拆线。
随着社会的发展,较早的电话转接器无论在经济,还是效用方面都不能满足人们日益增长的要求。
在这种状况下,为了更好的服务于通信行业,为通信行业提供支持,很多国家都在研究和发展高性能的智能电话转接器以满足社会的需求。
随着科技的发展和技术的进步,电话转接器变得越来越智能化,并且性能也越来越好。
智能电话转接器就是科技发展的产物,不仅经济方便,效率也高。
智能电话转接器的产生解决了人们不能长时间值守这一问题,给人们的生活带来了方便,随着社会的发展人们势必会需要更高性能的电话转接器,智能电话转接器仍将在人们的生活中扮演重要角色。
关键字:
智能电话转接器单片机自动转接中继功能
Abstract
TelephoneisthemostwidelyusedtoolsforPeople’scommunication,theequipmentthatbasedonthephonewasconstantlydevelopedandapplied,telephoneadapterisonetypicalequipmentofthoseequipments.Telephoneadapterhavetwokindsthataretelephoneadapterandwirelesstelephoneadapter,Smartphoneadapterisoneseniorproductcategoryphoneadapter,itwasusedtoextendthescopeofapplicationonvastphone,andsolvetheproblemthatpeoplecannotkeepwatching,itwasmorehumanizedandmoreconvenientforpeople’slive.Generallyspeaking,communicationdepartmentswasusuallyequippedwithaVSATphone,themuseumcalls,localcallsandthecompanyprivatenetworkphone.Iftherewassomebodyonduty,thesmartphoneadapterwillbeachievedthegeneraltelephonefunction;elserealizedthefunctionofautomaticswitchingandrelayfunctionsbetweenVSATphone,librarycalls,localcall,thecompanyprivatenetwork,andattheendofthecalling,sutureremovalcanbequicklyandreliably.
Withthedevelopmentofsociety,theoldtelephonecan'tmeettheincreasingdemandsofpeople’slife,Undersuchcircumstances,inordertoservethecommunicationsindustrybetter,andprovidesupportforthecommunicationindustry,manycountriesareresearchinganddevelopmenthigh-performancesmartphoneadaptertomeetthesocialneeds.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,telephoneadapterisbecomingmoreandmoreintelligent,andtheperformanceisgettingbetterandbetter.Smartphoneadapteristheproductoftechnologicaldevelopment.Itisnotonlyeconomicalandconvenient,butalsoefficiency.TheinventionofSmartphoneadaptersolvedtheproblemthatpeoplecannotkeepwatching,anditisconvenientforpeople’slife.Withthedevelopmentofsocietypeoplewillinevitablyneedhighertechnologyphoneadapter.Smartphoneadapterwillstillplayimportantrolesinthelifeofpeople.
Keywords:
SmartphoneadapterSingle-chipAutomatictandemrelayfunction
绪论
VSAT于上个世纪80年代在美国兴起,发展迅速,是卫星通信技术的转折性发展,而智能电话转接器的产生就是在这之后,能够更好的服务于VSAT通信行业。
随着无线网络技术的发展,无线技术越来越成熟,设备的智能化在不断地提高,电话转接器的功能也越来越强大,处理速度不断加快,效率也在不断地提高。
单片机的出现使很多设备智能化程度有了很大的提高,同时效率和反应速度也较大的提升,而基于单片机而设计的电话转接器,就很好的解决了普通VSAT电话的弊端。
智能电话转接器是为了延伸VSAT电话应用范围,解决工作人员无法24小时值守的困难而设计的。
有人值守时,智能电话转接器实现普通电话机功能;无人值守时,实现VSAT电话、馆内电话、室内电话和公司专网电话间的自动转接和中继功能,且在通话结束后快速可靠的拆线,为人提供方便和舒适。
采用单片机实现整个系统的控制功能,通过语音提示功能输入密码、电话号码、数字等提示内容。
通过键盘按钮键入需要键入的内容,通过液晶显示器显示当前的操作,默认上电显示当前日期。
随着我国经济的高速发展,对VSAT通信的需求日益广泛的显现出来。
为了我国通信的发展,更好的服务于VSAT通信,我国也在设计制造自己的智能电话转接器,但由于我国在IT方面和智能化核心的“芯片”方面比较薄弱,设计出的产品,较国外的还有较大的的差距,但我国仍在努力提高自己的科研能力,将来就能设计出高性能的产品。
随着科技的发展,设备都在变的微型化、智能化,日益移动化,未来设备智能化和移动化将成为必然趋势,而电话转接器未来发展势必朝智能化、微型化、移动化这些方面发展,未来智能电话转接器功能会更加的强大,更加智能化,使用也会更方便。
1智能电话转接器的作用和功能
智能电话转接器是为了延伸VSAT电话应用范围,解决工作人员无法24小时值守的困难而设计的。
一般来说,通信部门通常通常装有4部电话:
VSAT电话、馆内电话、市内电话和公司专网电话。
有人值守时,智能电话转接器实现普通电话机功能;无人值守时,实现VSAT电话、馆内电话、室内电话、公司专网电话间的自动转接和中继功能,且在通话结束后,快速可靠地拆线。
(1)自动转接功能
拨打办公室VSAT电话或者公司专网电话时,在设置的振铃次数后,无人接听,可以自动转接到市话网预设的电话号码(如手机号),或是馆内线的电话(如宿舍电话)上。
(2)中继功能
拨打市话或馆内电话时,在设置的振铃次数后,无人接听,通过输入不同中继
密码,中继到VSAT电话或公司专网。
拨打系统上的市话12345678或内网66666,会听到语音提示“您呼叫的用户不在座位上,请稍后再拨”,此时输入密码7777#选择卫星网或8888#选择公司专网,提示音为“密码正确,请输入中继的电话号码”,输入电话号码,10s内可实现中继。
如果输入的密码不正确,会听到“密码不正确,请重新输入”;如果再次输入错误密码,则线路自动切断。
(3)快速拆线
按“*#”键快速拆线。
(4)慢速拆线
若通话结束后直接放下送话器,则有三种方式拆线:
静音拆线、忙音拆线和回铃音拆线。
(5)语音提示功能
通过语音提示设置智能电话转接器的参数,或在中继和自动转接中指示下一步操作。
设置是否允许市内电话和公司专网电话中继、振铃次数和中继到卫星网和公司专网的密码。
(6)摘机优先功能
当自动转接或中继后,如果工作人员返回,则可通过办工桌上的电话直接与主叫通话。
例如,拨打VSAT电话时,振铃5次后无人接听,通过市内网自动转接至设置的电话(比如手机),此时若VSAT电话摘机,不论手机是否接听,则系统自动切断与手机的通话,重新接通主叫和VSAT电话[1]。
2系统原理
系统整体原理图如下图2-1所示,单片机作为主处理器实现了整个系统控制功能。
转接的电话网包括卫星电话网、馆内电话网、市内电话网和公司专网,这些电话都有各自的需求和功能。
语音提示主要用于转接过程中听到的如输入密码、输入电话号码之类的提示音。
时钟和日期主要是为了实时地记录打入电话时间和转接时间。
键盘就是按钮,直接接到单片机的I/O上,通过高低电平实现。
液晶显示主要是为了显示当前的操作,默认上电显示当前日期。
如果自动转接电话网空闲忙碌,则输出语音提示,送虚拟挂机信号至交换机,电话转网恢复初始设置。
如果转接网空闲,则通过自动转接电话网,自动拨出预设的电话号码,建立与电话网的通话线路,然后由信号检测电路,检测是否打通,是否接听等信息,从而控制语音电路何时发出提示音,完成自动转接功能。
通过显示模块记录打入的电话时间和转接时间,以及显示日期和时间,显示模块同样也显示当前的操作。
存储器存储应用程序,使得整个电话转接器能够按照一定的模式正常工作,各个部分统一组合在一起,形成一个完整的电话转接器系统。
图2-1智能电话转接器原理图
3外电打入工作流程
转接器需要接收外来各种电话,然后再根据具体需求来转接,其具体工作流程如图3-1~图3-4所示。
没有电话信号转接器(使用电话网馈电)或系统复位时,四部电话间相互独立,转接器不工作,即电话网与对应电话机之间由继电器连接。
输入超时的检测,是通过验证是是否在规定时间内接收到#号键的输入来判断的。
若转接器检测到忙音,则表示通话结束,转接器送虚拟机挂机信号至交换机,并还原为初始设置。
电话打出时,转接器保持不工作状态(电话网和电话机之间直接由继电器连接)。
图3-1系统来电后的流程图
图3-2中断流程图
图3-3中继转接流程图
图3-4自动转接流程图
4硬件设计
为了满足智能电话转接器的功能要求,硬件系统应具备的主要功能为系统控制,语音输出,双音频信号识别(按键识别),自动拨号,信号音识别,信号切换,点阵式液晶显示和定时。
4.1中央控制系统
中央控制系统的核心由89C52单片机及其扩展芯片构成中央处理系统.它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统,属于89C51单片机增强型,其集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能,适合于类似马达控制等应用场合。
89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器(ROM)32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。
此外,89C52还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下,保存RAM数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。
89C52管脚说明如下:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口作为AT89C51的一些特殊功能口,管脚备选功能如下。
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2INT0(外部中断0)
P3.3INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器读选通)
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP:
当EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
中央控制系统由89C52组成的单片机及其扩展芯片构成中央处理系统如下图4-1~图4-2所示。
图4-1单片机I/O口分配
图4-2单片机总线及8255扩展I/O芯片
(1)单片机系统用8255扩展了单片机的I/O口,用锁存器复用了P0口控制继电器来切换话路,用P1口模拟SPⅠ访问X5045芯片。
P3口使用第二功能,引入中断与串口等。
(2)系统电源是单片机应用系统设计中的重要组成部分,它对整个单片机系是否正常工作起着至关重要的作用。
电源应同时考虑功率、电平及抗干扰等问题,电源功率必须满足系统的需要[2]。
单片机系统的绝大数器件以脉冲方式工作:
对较小的系统,功率消耗的脉冲特性更为突出;而对于较大的系统,由于器件功耗的分散性,使得系统整体的功率消耗比较平稳。
因此,单片机的电源系统必须具有足够的耐冲击性,这就要求电源设计留有充分的余量。
一般对大系统按实际消耗功率的1.5~2倍设计,对小系统按实际消耗功率的2~3倍设计。
本系统用一个开关电源将220V交流电变为±12V和±15V的直流电,以便给系统中需要使用12V和15V的芯片供电(使用了7805、7905两个三端稳压芯片),如图4-3和图4-4所示。
系统电源由进入板子的12V经过DC-DC芯片转换得到。
前面板按键通过8×2的基座接到板内,按下后产生高低电平的变化。
信号识别模块是单独做成一块板(出于结构上的要求),所以有一个两块板连接的插座。
(3)PCM输出滤波器的语音输出接口如图4-5所示。
图4-3键盘电路和系统+5V供电电源
图4-4-5V电压供电与信号识别模块连接的插座
图4-5语音输出接口
4.2复位和时钟
(1)用X5045看门狗和555定时器经过与非门产生复位信号,外部接有手动复位引脚以便于调试,如图4-6所示。
图4-6系统复位电路
(2)系统所需的各种不同的时钟是由2.048MHz晶振经过计数器和触发器分频得到,如图4-7所示。
图4-7时钟产生电路
4.3语音输出
语音输出选用语音录放电路(ISD4004语音录放芯片),首先把需要提示的语音录入到芯片内,然后由单片机来控制其播放。
其控制时钟信号均直接引自单片机,ANAIN+为其录音信号差动端,接至MT8816的X1,在软件控制下,实现直接用电话机录音;AUDOUT为其音频信号输出端,接至MT8816的X0,可为电话机各种操作时输出输出语音提示。
MT8880的工作模式有呼叫过程(CP)、DTMF以及突发(BURST)三种。
若选择BURST模式用于拨号,则只能听到一个非常短促的“滴”声,持续时间太短,而无法被识别[3]。
若选择DTMF模式,则要用软件来控制发送音的持续时间。
即通过置位控制寄存器CRA的最低位b0来允许DTMF输出,通过清零改位,而禁止DTMF音输出。
在电路设计时,ISD4004供电端需要接一稳压芯片,以保证电压的稳定性,如图4-8所示。
图4-8语音录制电路
4.4双音频信号识别
选用DTMF数据接收电路,利用MT8880可实现DTMF数据收发与判断功能。
D0~D3、RS、R/W、CLK2直接引自单片机,MT8880的输入信号IN接至MT8816的X0。
CLK2是MT8880的时钟输入端,一般CLK2输入可采用单片机的ALE引脚输出,将89C51的P1.0直接接到CLK2。
RS为寄存器选择输入,接至单片机的P1.2.单片机控制RS和R/W,根据需要选择内部寄存器。
音频信号识别如图4-9所示。
4.5自动拨号
利用MT8880实现自动拨号,通过D0~D3将电话号码输入MT8880,号码在MT8880完成DTMF调制后从TONE引脚输出。
自动拨号连接如图4-9所示。
4.6信号音识别
利用SHR202P和LM567锁相环集成电路进行信号音识别。
SHR202P(图4-10)是专门用于电话语音处理的集成卡,主要完成PCM的编解码功能,把语音信号变成数字信号后处理起来容易得多。
因SHR202P也可以完成包括拨号、回铃、忙音和摘挂机等信号的识别,但由于芯片的部分功能不太满足要求,所以设计中用LM567(图4-11)首先对拨号音、回铃音和忙音进行识别,再SHR202P对收到的语音信号进行处理。
LM567的中心频率设置为450Hz,通过单片机接收里面LM567第8脚,区别信号音,如图4-12所示。
用4块同样的电路来识别4路语音信号,输出端采用了光隔离芯片来提高稳定性和抗干扰性。
图4-9音频信号识别电路
图4-10SHR202P信号音识别电路
图4-11LM567信号音识别电路
图4-12信号音识别电路输出
4.7信号切换
本系统选用S接线器的功能是完成“空间交换”,即在一根入线中,选出任何一根出线与之连通。
接线器是8×8的交叉点矩阵和控制存储器组成,接线器的原理如图4-13所示。
图4-14所示为电话通路切换电路输出。
如线路1的电话中继转接到2线路上,则处理器验证密码正确后,将0(线路1对应输入“HW0入”)写入自动控制器1(线路2对应输出“HW1出”)中,这样线路1就和线路2连接起来。
图4-138×8输出控制S接线器原理图
图4-14电话通路切换电路输出
4.8液晶显示和定时
本系统需要显示系统的工作状态、时间、设置的号码等信息,所以需要显示设备。
显示设备分为LED显示和LCD显示两种,用来显示文字、图形、动画、行情、视频、录像信号等各种信息。
LED显示是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏两种,均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步,显示汉字,英文文本和图形:
视频显示屏由微型计算机进行控制,图文、图像并茂,以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息,还可显示二维/三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况等。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强。
它的优点在于:
亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易于集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。
LED是一种采用了液晶控制透光度技术实现的色彩显示器。
LCD的优点是很明显的:
由于通过控制是否透光来控制亮和暗,当色彩不变时,液晶也保持不变,这样就无需考虑刷新率问题。
对于画面稳定,无闪烁感的液晶显示器,即使刷新率不高,但图像也很稳定。
本设计使用LCM122323液晶显示模块,它是一个点阵字符图形,内部带有控制驱动,可直接接到单片机上对其进行操作,如图4-15所示。
图4-15液晶显示电路输出
定时器采用DS12887,它可以根据内部时钟给出时间,包括年月日及时分秒等,并有闰年处理功能,其内部集成了电池来供电,在掉电状态下也可以使芯片工作十年。
采用DS12887芯片设计的时钟电路无需外围任何电路和其他元件,并具有良好的微机接口。
DS12887芯片具有微功耗,外围接口简单,精度高,工作稳定可靠等优点,可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中,其连接情况如图4-16所示。
图4-16DS12887的硬件连接
5软件设计
电话转接器软件由系
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