家庭智能紧急呼救系统求救终端的设计

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1、.家庭智能紧急呼救系统求救终端的设计摘要本设计是一种基于单片机和公共网的智能呼救系统的求救终端，硬件方面采用一键式无线遥控触发。一旦用户出现险情，按下手持的无线遥控器之后，本设计即可自动拨通固定并通过GSM模块发送短信，当被叫端接通后，本设计自动播放求救录音，播放完毕或被叫端挂断后，本设计自动挂断。本文首先介绍当今家庭智能系统及系统的概况，然后介绍总体设计的组成模块、硬件构造、软件流程及方案论证；之后通过对无线收发模块、室控制模块、自动摘挂机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块这六个模块进展分别的描述，详细地阐述本设计的软硬件的原理、具体的制作方法和所能实现的功能。最后给出

2、测试结果与结论。本设计的特点是操作简单、经济实用。 【关键词】 智能求救；网；单片机；MT8880CE；ISD4004The Design of Emergency Call System SOS Terminal for Family IntelligenceAbstract:The design is the SOS terminal of intelligent emergency call system which based on MCU and PSTN. In aspect of hardware, the design uses A key type wireless remo

3、te trigger. When the user in a dangerous situation, pressing the hand-held wireless remote controller, the design can automatically dial a fi*ed number, and send a message via GSM.If called telephone terminal connected, the design plays a SOS recording automatically.When the recording has finished p

4、laying or being called terminal hang up, the design hang upautomatically. The paper introduces the overview of family intelligent systems nowaday and telephone systems firstly, then describes the position modules、hardware architecture、software process, and program demonstration of the overall design

5、. After that bydescribing wireless transceiver module、indoor control module、auto-hook module、automatic dialing and tone detection module、voice recording module、GSM modulethe si* modules, e*plaining the principle of hardware and software、specific production methods and the function of the design deta

6、iled from description of five module respectively. Finally, giving the test results and conclusions.The characteristics of theoperation of the designis easy、economical and practical.Key words：Intelligent SOS; PSTN; MCU;MT8880CE ; ISD4004. .目录1. 绪论11.1家庭智能系统1家庭智能系统开展趋势1家庭智能系统的根本组成局部21.2 系统31.3 本设计的功能

7、简述42总体设计521 硬件设计构造框图522 软件设计流程图523 设计方案论证6231 开发环境的选择6232 室控制模块核心芯片的选择6233 自动拨号及信号音检测模块核心芯片的选择8234 语音录放模块核心芯片的选择8235 无线收发模块核心芯片的选择83室控制模块931 STC89C52单片机9311 STC89C52的中断系统10312 STC89C52的定时/计数器的构造及功能1132室控制模块的功能124自动摘挂机模块1341 摘机原理1342 自动摘挂机模块硬件设计原理1343 自动摘挂机模块的软件设计155自动拨号及信号音检测模块1651 拨号根本原理1652 MT8880

8、芯片16521 MT8880的部构造17522 MT8880的引脚功能18523 MT8880的工作模式19524 MT8880的存放器与控制字20525 MT8880的典型电路24526 MT8880的工作时序25527 MT8880控制端口的分配2653 自动拨号局部的硬件设计27531双音频信号简介27532 MT8880双音频信号编解码规则28533 自动拨号局部的硬件设计原理2954 自动拨号局部的软件设计3055 信号音检测局部的硬件设计32551 线上的三种信号音32552 MT8880对信号音的判断原理33553 信号音检测局部的硬件设计原理3356 信号音检测局部的软件设计3

9、56语音录放模块3761 ISD4004芯片3762语音录放模块原理图4063 语音录放模块的软件设计41631 语音播放局部的软件设计41632 语音停顿局部的软件设计417GSM模块4371 AT指令4372 GSM模块的硬件设计4373 GSM模块的软件设计438无线收发模块4581 无线发送子模块4582 无线接收子模块459. 总体测试4891 硬件测试4892 软件测试4893 整体测试48结论51致53参考文献54外文资料翻译及原文56. .1. 绪论如今我国处于十二五规划期间，城乡居民社会保障和公共平安体系建立依然是我国重点关注的对象，因此公共卫生效劳事业仍需进一步完善，进一步

10、细化卫生效劳单位将是一个开展方向。随着人民生活水平的提升，人们更加注重自己生活的质量，更加关注家庭平安效劳这一紧紧关乎百姓日常生活的一个方面。随着科学技术水平的日新月异，家庭智能系统将越来越多地应用于人们的生活当中。虽然，移动通信产业正在日新月异的开展，但是固定目前依旧是政府机关、企业、学校、医院、家庭等单位不可或缺的有线通信工具，利用现有的系统，可以拓宽智能系统的适用围。1.1家庭智能系统在工业化信息化时代，随着生活质量的日益提高，人们生活各方面的标准都在提高，因此人们对关系到每个家庭切实利益的家庭平安、家居智能化的要求也必然越来越高，家庭智能系统也正是为此而登上人们日常生活的舞台。国家在每

11、个五年方案中也总是提及有关公共平安体系建立的假设干建议与实际规划方案。家庭智能系统开展趋势如今与家庭智能系统有关的产业正如雨后春笋般涌现，很多公司将家庭平安、家庭智能化和家庭通讯与网络设施集成在一起，整合出一些操作十分简单的智能系统，以便在效劳群众的同时谋求一定的经济效益。总体来说，随着社会信息化的加快，人们的工作生活和信息通讯的关系将日益严密，信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，科学技术与经济水平的提升更使人们的观念随之巨变，人们对家居的要求早已不仅仅是物理空间，更为关注的是一个平安、方便、舒适的居家环境。因此智能化将逐步进入到人们学习、工作、生活的各个方

12、面，并随着科技的开展日趋完善。有关智能化的相关产业也会一步步完善，并逐步成为产业链中重要的一个环节。家庭智能系统的根本组成局部家庭智能化表达在利用家居智能管理系统的设施来实现家庭平安、舒适、信息交互与通信的能力。因此通常包括：家庭平安防、家庭设备自动化、家庭通讯这三局部。进一步细分的话，家庭智能系统又只要分为：家庭布线系统、家庭网络系统、智能家居控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中，智能家居中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭

13、环境控制系统为可选系统。本设计为家庭安防系统中智能求救的畴。1.2 系统迈入信息时代的现代社会，信息技术无疑推动着人类文明的进步。自从1876年，Ale*ander Graham Bell(贝尔)创造以来，世界各国的网络开展非常迅速。在一定的时间围以，老式号盘式曾经占据过一定的市场，但随着生活水平的迅速提高，人们对机的质与量要求越来越高，老式机正逐渐由集成电路或单片机等构成的高性价比的按键式所取代。应程控交换机的需要，双音频电子机成为正在迅速开展的新型机。它可以大大缩短拨号时间，提高交换机设备利用率。最初问世的双音频机，与普通使用的号盘式机相比拟，主要区别在于用双音频上下频率组选号代替断续脉冲

14、选号，它的音频振荡回路用LC构成，通话电路方面没有明显区别。随着半导体集成电路技术及生产制造工艺的开展完善，双音频机已经采用了专用集成电路，音频振荡回路比LC回路要优越得多，它具有音频准确、电平稳定、失真小的特点，几乎可以做到无需调整。固定系统通常称为公用交换网PSTN。在交换机与用户之间通常以铜线连接近年来，光纤开场替代铜线。通话所使用的频率围为0 3.5 KHz，更高的频率在接入交换机时被滤掉。模拟话音信号进一步被采样量化成为数字信号，以便在数字交换传输网络中传递。端局是指用户拥有直接连线连接的交换机，用户线是指用户与端局之间的线路，中继线是指连接不同交换机的电路，中继线群是指一组介于同样

15、两个交换机之间的中继线。多数PSTN网络在用户和端局之间使用模拟信号传输。综合业务数字网ISDN则是使用数字信号来连接用户和端局的系统。现代网络是由交换机和传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。交换机之间通常使用7号信令系统传输信令。7号信令又称为公共信道信令，即以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式，通常用于局间。在我国使用的7号信令系统称为中国7号信令系统。SS7网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上，是支撑网的重要组成局部。在固定网或ISDN网局间，完本钱地、长途和国际的自动、半自动接续；在移动网的交换局间提供本地、长途和国际呼叫业务

16、，以及相关的移动业务，如短信等业务；为固定网和移动网提供智能网业务和其他增值业务；提供对运行管理和维护信息的传递和采集。在处于挂机状态的时候，线路上供电电压为反向电压-48V；当被打通需要振铃时，供电电压为正向电压48V，并叠加24V左右的25Hz的交流电，使其成为72V左右的25Hz振荡信号；当用户摘机后无论呼叫方还是被呼叫方，线上的电压根据线路距离局端设备的远近从48V下降到818V不等。其中，在双方接通之前，线作为信令信道传输相应的呼叫指令，一旦交换机检测到双方互相接通，则将线自动转为语音传输信道。1.3 本设计的功能简述本设计正是基于有线的公共网的家庭智能系统中的一个环节，是家庭安防的

17、一个方面，简言之就是利用公共网这一媒介进展自动拨号呼救。此外，也附加了GSM模块进展无线远程报警。2总体设计本设计硬件方面通过设计模拟电路而搭建智能求救终端；软件局部在Keil uVision 3这一微控制器编译环境下，利用C语言进展程序设计。21 硬件设计构造框图无线收发模块无线发射子模块无线接收子模块室内控制模块自动摘挂机模块语音录放模块自动拨号及信号音检测模块固定GSM模块固定手机本设计包括无线收发模块、室控制模块、自动摘挂机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块、固定端和手机。用户利用无线发射端向空间发射无线求助信号，信号在无线接收端接收到以后，触发室控制模块进展相关

18、处理，并进展摘机，自动拨号，发送短信，语音呼救，挂机等操作。求救端总体设计构造框图如图2.1所示。自动摘挂机模块图2.1 求救端总体设计构造框图22 软件设计流程图由于本设计各局部功能是否开场工作是由定时检测到得线上的信号音信号决定的，而信号音的形式是通过同频脉冲信号表示的，因此在程序中需要设置定时器中断与外部中断来完成定时检测同频脉冲这一任务，并且在中断函数中设计判断信号音的语句，进而给定不同的信号音标志位。主函数中，根据不同的标志位甄别当前具体是何种信号音，进而控制实现诸如双音频拨号、通过AT指令控制GSM模块发送短信、语音自动播放、挂机等功能。系统设计总流程图如图2.2所示。23 设计方

19、案论证从本设计的根本功能出发，对本设计中出现的核心部件要进展一定程度的选择。主要是选择开发环境，室控制模块，自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、无线收发模块的核心芯片。231 开发环境的选择本设计采用51核的单片机为主要控制模块，因此采用专门针对单片机编程的、部库函数相对丰富的Keil uVision 3进展开发。232 室控制模块核心芯片的选择本设计要求经济实惠并且要求对外围设备的控制相对简单。由于本设计在搭接好外围电路以后就不需要改动硬件配置，并且程序方面对时序要求并非极其严格，因此决定选用市面上用途极广的STC89C52单片机作为室控制模块。开场摘机系统初始化设置MT8880工作在C

20、P模式5s定时同频方波计数是否按下按键大于179210001350其他*围400800否是否否否是计数清零计数清零计数清零计数清零是是是设置MT8880工作在DTMF模式发送点亮提示灯GSM发送短信点亮提示灯挂机停顿放音完毕点亮提示灯点亮提示灯播放录音图2.2 系统设计总流程图233 自动拨号及信号音检测模块核心芯片的选择本设计的核心容是通过模拟电路模仿固定机进展自动拨号及信号音检测，因此选择使用同时具有发送双音频信号功能和呼叫信号音处理功能的DTMF信号收发芯片MT8880CE作为该局部的核心芯片。234 语音录放模块核心芯片的选择 本设计还有一局部相对重要的功能是在两端正常通话后，自动播放

21、预存的录制好的求救语音，因此需要选用一款可以长久保存较好音质的芯片来录制、存储及播放录音，所以选择适用于便携式电子类产品的ISD4004芯片作为该局部的核心芯片。235 无线收发模块核心芯片的选择本设计的用户手持求救端需要无线收发模块才能完成，但是这局部仅仅起到一个触发的作用，并不需要很复杂的载波调制和编码，因此选择使用对编解码要求不是很严格而且操作较为简捷的SC2262编码芯片和SC2272解码芯片分别作为无线发送子模块和无线接收子模块的核心芯片。并且，通过声外表谐振器产生一个固定频率的载波信号就可以将简单的编码信号以ASK方式发送给解码芯片。此外，考虑到用户使用本设计时的实际情况，在非锁型

22、有遥控信号时数据脚为高电平，遥控信号消失时立即恢复低电平和自锁型数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态指导下次遥控数据发生变化时改变锁存方式中，选择自锁型。3室控制模块室控制模块的核心芯片是STC89C52单片机，本设计借助以此芯片为核心的单片机学习板作为室控制模块。31 STC89C52单片机STC89C52系列单片机是以8051为核，结合自己的技术优势构成的，所以它和8051是兼容的系列。因此，STC系列对于以8051为根底的应用系统而言，是十分容易进展取代和构成的。而且对于熟悉8051的用户来说，选用STC系列单片机进展系统设计也是轻而易举的。STC89C52是一种低功耗、高性能CM

23、OS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8K字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量二级中断构造，全双工串行口，片晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支

24、持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停顿工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停顿，直到下一个中断或硬件复位为止。STC89C52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大。与AT系列单片机相比，STC89C52还带4K字节EEPROM存储空间。单片机构造如图3.1。图3.1 STC89C52构造图311 STC89C52的中断系统STC89C52的中断系统共有8个中断源，6个中断矢量，两级中断优先级，可由软件设定，可实现两级嵌套，可通过软件来屏蔽或响应各对应的中断请求。INT

25、0和INT1的中断请求信号由外部产生并输入，称外部中断，其余的中断请求信号均由主机部产生，故称为部中断。各中断请求信号分别由定时/计数器控制存放器TCON和串行通信控制存放器SCON的相应位锁存，提供应主机查询和采样。外部中断的两种触发方式分别为电平触发方式和跳变触发方式。1电平触发方式：通过软件编程，对中断控制存放器TCON中的IT*为0或1位设置为0IT*=0时，即选择INT*为电平触发方式。主机在每个机器周期的S5P2状态采样中断请求输入信号端口INT*，假设为低电平，则外部中断请求有效，置位TCON存放器中的外部中断请求标志位IE*为1，向主机请求中断处理。2跳变触发方式：当通过软件设

26、置TCON存放器中的IT*为1时，则选择外部中断INT*请求为跳变触发方式。当定义为跳变触发中断请求方式后，主机在相继两个机器周期，前一个机器周期在INT*端口检测到高电平，紧接后一个机器周期检测到低电平，则置位TCON存放器中的IE*中断请求标志位为1，向主机请求中断。中断源首地址示意表如表3.1所示。表3.1 中断源首地址示意表中断矢量名首地址外部中断0INT00003H定时/计数器中断0TF0000BH外部中断1INT10013H定时/计数器中断1TF1001BH串行中断T1，R10023H定时/计数器中断2TF2，E*F2002BH312 STC89C52的定时/计数器的构造及功能ST

27、C89C52片集成了3个16位定时/计数器，和CPU组成了一个整体。AT89S52单片机为定时、计数器设有特殊功能存放器TMOD、TCON和T2CON，用于定义它们的工作方式及其控制功能的实现。每当执行一条改变上述特殊功能存放器容的指令时，其改变容将锁存于存放器中，并在该指令的下一条指令的第一个机器的S1P1开场生效。32室控制模块的功能以单片机为核心的室控制模块是本设计控制中心。数据的运算、比拟，控制信号的写入，中断信号的接收，指示灯的亮灭等功能均要通过本模块执行。由于其他模块必须连接一个微处理器才能进展正常工作，所以本模块不仅起到控制中心的作用，而且兼有调度的作用。无线接收子模块、自动摘挂

28、机模块、自动拨号及信号音检测模块、语音录放模块、GSM模块均直接与本模块相连接。当用户按下求救按键后，本模块检测到无线接收子模块的无线信号后，自行控制自动摘挂机模块摘机；摘机后信号音检测子模块将音频信号以脉冲形式发送给本模块后，本模块通过程序的指示，自动进展数据的运算与比拟，根据不同的运算结果，送出不同的指令，进而启动自动拨号模块、GSM模块、语音录放模块等功能。可以说，本设计一键式触发后的自动运行过程都是依赖本模块完成的。4自动摘挂机模块本设计根据固定摘机原理，模拟摘挂机后线上的电气指标的变化，设计一个直接改变线电气指数从而实现自动摘挂机的外围电路，该模块主要利用继电器的吸合与PNP三极管的

29、输出电平来实现预期功能。41 摘机原理固定的摘机后，机通过放开插簧接上大概300的负载，使整个线路流过大约30mA的电流，交换机检测到该电流会进展自动处理。摘机实际上是需要在线路的两条双绞线上提供足够小的电压，因此不通过机的插簧，仅仅利用线也可实现摘机，即将两条线间的电压降到足够低。当主叫用户摘机时，程控交换时机自动为主叫用户提供信令信道并给出等待拨号信号音，当被叫用户摘机时，交换时机停顿铃流发送并将信令信道转变为语音信道。此外，不管是主叫用户还是被叫用户摘机后，线电压均会从待机状态下的供电电压-48V反向电压下降并根据线路距离局端设备的远近而转换为+8+18V的正向电压。42 自动摘挂机模块

30、硬件设计原理为了使线路上两条双绞线之间有足够低的电压，需要在需要用户摘机的时候将两条线近似联通。而当待机时，两条线之间要相互别离不连通。为实现这一功能需要使用到继电器协调线的搭接以便对摘挂机不同状态进展选择。本设计利用PNP型三极管、4148开关箝位二极管和继电器来实现线路的摘挂机功能，此外利用一个发光二极管来指示摘挂机状态。自动摘挂机模块工作原理图如图4.1所示。图4.1 自动摘挂机模块工作原理图 ZJKZ端与单片机相连，因为单片机管脚默认为高电平，所以发光二级管不导通，PNP三极管基极反向偏置不导通，继电器5端没有高电压，继电器开关不会吸附到4端，线路仍保持待机状态；当ZJKZ端送出低电平

31、的话，发光二极管导通发光，并且是PNP三极管基极变为低电平实现三极管基极与发射极之间的正向偏置，三极管导通，继电器5端与三级管发射极相连的导线中产生电流，在4148开关箝位二极管的作用下，利用此电流将继电器的5端钳制为高电平。这样，继电器5端的电压将继电器部的开关吸附到4端，将双绞线间电压突然降低，实现摘机功能。相反，当ZJKZ端再次送入高电平时，继电器回到初始3端位置，发光二极管熄灭，实现挂机功能。继电器是一种电控器件，具有控制系统和被控制系统之间的互动关系，通常应用于自动化的控制电路中，它实际上使用小电流去控制大电流运作的一种自动开关。故继电器在电路中起着自动调节、平安保护、转换电路等作用

32、。本设计使用HK4100F型号的继电器进展线路选择，选用该款继电器的好处是：价格低、构造简单易于操作。该继电器的电气指标是3A 220V AC、3A 30V DC。43 自动摘挂机模块的软件设计由于本设计通过导通PNP型三极管，并通过稳压二极管和继电器配合使用实现摘挂机，因此在系统初始化完成后即可以通过单片机上的P2.7端口给自动摘挂机模块上的ZJKZ端送出低电平，通过一系列分立元件状态的改变，实现摘机。同理，在通过单片机判断需要挂机时，只需要通过单片机的P2.7端口给自动摘挂机模块上的ZJKZ端送出高电平，继电器部开关重新回到初始位置，外线电压恢复到正常状态，系统实现挂机。5自动拨号及信号音

33、检测模块本设计需要通过分立元件搭接的电路来模拟接通前后的各种功能实现远程呼救。在了解拨号根本原理的根底上，通过操控可以收发双音多频DTMF信号的MT8880CE芯片来兼顾自动拨号功能和信号音检测功能。硬件方面，自动拨号局部和信号音检测局部焊在同一电路板上。51 拨号根本原理拨号分为脉冲拨号和双音频拨号。脉冲拨号就是发送1、0就是一个脉冲，老式机就是脉冲拨号，转到几就是几个脉冲。由于脉冲拨号较音频要慢，所以现在一般多采用音频拨号。双音多频是指DTMF(Dual Tone MultiFrequency)，DTMF信号由8个频率两两组合而成。这8个频率又分为低频群和高频群两组。低频群的4个频率依次为

34、697Hz、770Hz、852Hz、941Hz；高频群的4 个频率依次为1209Hz、1336Hz、1477Hz、1336Hz。在通信领域应用中，DTMF主要用于机拨号信号和CID(来电显示)信号的传送。在应用于机的拨号信号中，按照国家电信标准，其信号持续时间和间隔时间都不小于40ms，而频率偏差不大于1.5%。如今固定拨号一般采用双音多频拨号方式，利用此种双音频信号可直接与程控交换机通信，并按照地址，呼叫归属地的用户。52 MT8880芯片MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。它的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-S技术。DTMF信号的接收局部采用DT

35、MF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送局部采用开关电容进展D/A转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。部存放器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过准确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。MT8880还具有标准的微处理器总路线与6800系列的微处理器直接连接。521 MT8880的部构造整合了收发功能的MT8880芯片的构造包括一个带有可变增益的部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880部的存放器的标准的微处理器接口。MT8880的部存放器包括1个状态存放器、2 个数据存放器和2个控制存放器，芯片部构

36、造如图5.1所示。图5.1 MT8880芯片部构造522 MT8880的引脚功能MT88880具有与微控制器单片机相连的接口，必须与单片机配合使用，一般有三种封装形式如图5.2所示。图5.2 MT8880的三种封装形式本设计采用20管脚DIP封装形式的MT8880CE芯片，现将引脚功能做如下介绍。 IN+、IN-：分别为部放大器的同相输入端和反相输入端，可接收DTMF 信号。 GS；部放大器的输出端，外接一个负反应电阻至IN-端，引入负反应以便使信号稳定。 VRef：部参考电压输出端，该参考电压等于VDD/2。 OSC1、OSC2：外接一个3.579545MHz的晶振，形成晶体振荡器； TON

37、E：双音多频信号输出端。 R/W：读/写控制端，该端施以高电平时读取MT8880，施以低电平时写 入MT8880。 RS0：用于选择部个存放器的控制端，该端施以高电平时选中控制存放器，施以低电平时选中发送数据存放器。IRQ：在双音频模式和中断模式同时被选中时，当收到有效的双音多频信号或准备发送双音多频信号时，该端由高电平变为低电平，在呼叫处理模式和中断模式且检测到有效信号音时，该端输出方波。 D0D3：写入命令或读出状态的数据线。 Est：当检测到有效的音频信号对时显示高电平，一旦出现信号丧失就会引起该引脚电平置低。 St/GT：当电压高于VTSt时，设备存放器对输出进展更新锁存，当电压低于V

38、TSt时，GT从新设置外部时间常数。523 MT8880的工作模式MT8880有很强的功能，它可以有六种工作模式：1双音多频模式：在该模式下，芯片能够接收并译码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呼叫过程的各种信号音。当信号频率落在320510Hz围以时，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，假设芯片同时被设置为接收或发送DTMF信号模式，则当收到有效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，假设芯片同时

39、被设置为呼叫处理模式，在收到有效信号音时，IRQ端能输出对应的同频方波。4突发模式：该模式下只能发送DTMF信号而不能接收信号。5单/双音产生模式：电路可产生单频或DTMF信号，用于测试和监测。6测试模式：电路从DTMF接收局部得到延迟检测信号，从IRQ/CP端输出。524 MT8880的存放器与控制字MT8880部有5个存放器：数据发送存放器TDR、数据接收存放器RDR、控制存放器CRA、控制存放器CRB、状态存放器SR。一般情况下需要经常使用CRA、CRB、SR三种存放器，芯片工作在何种模式取决于在单片机控制下写入控制存放器CRA、CRB的容，而芯片的*些状态可以根据读出状态存放器SR的容

40、来判断。通过控制字来选择MT8880的工作模式需要遵循表5.1中的规则。表5.1 MT8880的控制字规则按照先RS0后R/W的顺序，控制字00开启写数据发送存放器功能、控制字01开启读数据接收存放器功能、控制字10开启写控制存放器功能、11开启读状态存放器功能。控制存放器CRA、CRB和状态存放器SR都只有4bit，分别记为b0b3。在写控制存放器功能开启后，通过按周期写入到CRA和CRB控制存放器中的4bit控制字可以设置MT8880不同的工作模式，其规则如表5.2和5.3所示。表5.2 控制存放器CRA的4bit位功能描述表5.3 控制存放器CRB的4bit位功能描述1对于CRA控制存放

41、器 b0：该位置1时，芯片被设置为语音输出模式，突发burst或非突发模式下均可设置。 b1：该位置0时，芯片被设置为双音多频DTMF模式，该模式下可以产生和接收双音多频信号；该位置1时，芯片被设置为呼叫处理CP模式，该模式下，芯片通过部的滤波器可以接收特定带宽的音频信号，当音频信号的频率处于滤波器带通围一般为320Hz510Hz之，IRQ引脚会产生与音频信号同频的方波信号。通带围见图5.3。 b2：该位置1时，芯片被设置为中断模式，当芯片同时被设置为双音多频模式时，IRQ端保持低电平输出。 b3：该位置1时，在下一个写控制字周期允许写入CRB控制存放器，当写入CRB的周期完结以后，自动等待写

42、CRA控制存放器。图5.3 MT8880呼叫处理模式下的通带围2对于控制存放器CRB b0：该位置1时，芯片被设置为普通双音多频模式；该位置0时，芯片被设置为突发模式。在该模式下，双音多频信号可以在特定的突发持续时间写入发送存放器，经过一个与特定的突发持续时间一样的间歇时间之后，状态存放器SR自动准备好数据的收发以等待下一次中断的到来。 b1：该位置1时，芯片被设置为测试test模式，该模式下IRQ端会从接收存放器得到经过一定时间延迟后的双音多频信号。在选择测试模式之前，一定要保证芯片工作在双音多频模式。 b2：该位置0时，芯片允许产生双音频信号，否则只允许产生单音频信号。 b3：该位要与b2

43、配合使用，功能表现在但音频模式下。当b2置1后， b3置1选择列音，置0选择行音。3对于状态存放器SR b0：发生中断时该位置1，读取状态存放器后自动清0。 b1：准备发送新数据时该位置1，读取状态存放器后自动清0。 b2：接收数据存放器装满即收到有效数据时该位置1，读取状态存放器后自动清0。 b3：一定时间检测不到双音多频信号时该位置1，检测到双音多频信号后该位清0。525 MT8880的典型电路为了设置适宜的静态工作点，MT8880芯片设置典型电路如图5.4所示。图5.4 MT8880的典型电路图其中R1和R2组合引入负反应稳定输入信号；晶振为芯片部产生双音频信号提供足够的可选频率；C4与

44、RL组合滤除芯片TONE端输出地干扰信号和杂波；RS0和R/W两端口配合写控制字选择工作模式；CS端口作为片选信号端，低电平有效；2是时钟信号，高电平有效，在两个控制字周期之间要通过低电平分隔开；IRQ/CP端主要用于呼叫处理模式下输出同频方波；D0D3即为上文所述的4bit位b0b3，既可以输出控制字的4bit指令，也可以作为数据端口送入数据。526 MT8880的工作时序MT8880芯片正常工作下要不断地写控制字或收发数据，因此为保证芯片正常工作要严格按照时序图来设置工作状态。MT8880读操作周期与写操作周期的时序图如图5.5和5.6所示。图5.5 MT8880的读周期操作时序图图5.6

45、 MT8880的写周期操作时序图527 MT8880控制端口的分配MT8880芯片工作在何种工作模式决定于向控制存放器写入何种控制字，在这个过程中，需要先对2时钟信号、CS使能信号、RS0、RW这四个端口进展设置。根据芯片工作时序图可知：不管是读操作还是写操作，只要是对MT8880芯片进展操作，则CS端口一定要保持低电平信号低电平有效；2端口要在CS端口的低电平信号保持一定时间后置为高电平，在这个高电平时钟信号保持期间，RS0和RW两个端口要稳定的保持对应于读操作和写操作的电平状态。当这四路信号保持一定时间后，通过b0b3端口将具体控制字并行传入MT8880芯片。由于本设计需要频繁写控制字，改

46、变MT8880的工作模式，因此将CS端口通过硬件电路直接置低，而2端口直接与MT8880的3.579545MHz的晶振相连，通过MT8880的工作时钟周期的自动分频而得到相应的高电平。RS0端口与单片机的P2.5端口相连，RW端口与单片机的P2.4端口相连，4bit数据端口b0b3与单片机的P2.0P2.3相连，加之之前在自动摘挂机模块中用到的ZJKZ端口，通过单片机的P2端口直接控制MT8880芯片。此外，本设计主要是通过单片机对MT8880芯片进展写控制字操作，根据工作时序图的说明，RS0和RW可以在程序中固定设置为1和0，因此在每次写操作的程序中，单片机的P2端口高四位可以固定写作001

47、0。53 自动拨号局部的硬件设计自动拨号局部是本设计的重点局部，其硬件电路要保证可以发送放大过的振幅适当的双音频信号，并且通过专用变压器耦合到线上。531双音频信号简介双音频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表*个数字或功能，其中一个频率从低频群中取出，另一个频率从高频群中取出。双音多频信号DTMF信号是系统中机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫。国际上采用697 Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz、1209 Hz、1336 Hz、1477 Hz、1633Hz 8个单频，并把这8个单频分成两组，即高频群和低频群。从高频群和低频群任意各抽出一个单频进展组合，共有16种不同

48、组合，分别代表16种不同的数字或功能，对于机则表示09，*，#，AD这16个按键功能。532 MT8880双音频信号编解码规则MT8880芯片兼顾双音频信号的接收与发送功能，即其部可以将双音频信号和十六进制数值自行转换。当单片机从b0b3这4位数据端口送入十六进制数据后，MT8880的双音频信号输出端TONE会自动送出相应的双音频信号；当外部设备向MT8880的反向输入端送入双音频信号后，b0b3这4为数据端口在经部处理以后也会输出相应的十六进制数。具体对应规则如表5.4所示。表5.4 双音频信号编解码对应关系533 自动拨号局部的硬件设计原理当单片机对MT8880芯片的CRA、CRB控制存放

49、器写入相应控制字，使芯片工作在双音多频DTMF模式后，从b0b3端口按MT8880编解码规则送入所需要拨打的的十六进制数据，之后MT8880自动将所接收到的数据转换为相应的双音频信号，并从TONE端口输出。但是一般情况下，一个MT8880不能驱动交流负载，因此需要参加一个电阻，作为信号的载体，将所需要的双音频信号送入下一级电路。这时的双音频信号已经是两种不同频率信号的叠加，但是信号幅值仍然较小，大约为0.5V左右，并且由于部元器件干扰会出现一些对有用信号产生不良影响的杂波，因此需要通过一个RC并联的电路对信号进展杂波的滤除。之后再通过一个RC串联电路，将信号中可能残存的无用的直流信号滤除，从而

50、将一个小幅值的双音频信号送到NPN型三极管8050的基极。三极管的作用是将小幅值的双音频信号进展放大，使双音频信号的幅值到达足够实现在线上拨号的功能。查阅相关文献资料得知，交换机可以在线上识别出的双音频信号的幅值一般要高于1V，因此选用放大倍数适当的NPN型三极管8050作为分立元件的放大器，实现对双音频交流信号的放大作用。对于放大电路的直流通路，由于之前双音频信号经过RC串联的电路，将直流信号隔离，因此不能正常开启8050三极管的基极-发射极，需要从其他高电位处，经过分流电阻，引入基极-发射机的开启电压，本设计选择通过5V独立电源经过51K的分流电阻所得到的电位开启基极-发射极。为防止发射极

51、通过的电流过大，引入一个120的电阻进展限流。对于放大电路的交流通路：双音频信号从三极管的基极输入，放大信号从集电极输出并连接至EI14音频变压器上。为防止交流放大增益减小，在基极和地之间参加22pf的电容。自动拨号局部工作原理图如图5.7所示。图5.7 自动拨号局部工作原理图54 自动拨号局部的软件设计当系统得到自动拨号的命令时，单片机先向MT8880芯片的CRA控制存放器写入控制字1001，再向CRB控制存放器写入控制字0001。向CRA写入的控制字说明，允许下个周期写入CRB控制存放器，并且设置MT8880芯片工作在双音多频模式，允许双音频信号输出。向CRB写入的控制字说明，设置MT88

52、80芯片在突发模式之下，允许双音频信号的收发。突发模式的突发时间和暂停时间为49ms53ms之间。由于拨号是发送不同的双音频信号的过程，因此在发送过程中需要判定每个双音频信号是否发送完毕。而状态存放器SR的第二位为1时，准备发送新数据；为0时保持原状态，并且当程序控制读取SR存放器后，会被软件置0。在设置芯片为突发模式下，由于该模式可以和SR存放器进展配合，在软件置0后的一个突发时间，SR存放器自动置1即发送准备好，因此通过设置突发模式，并在每位双音频信号发送之后进展对SR存放器的读取和相应的延时，可以有效地区分不同的双音频信号，防止信号混叠导致拨号失误。自动拨号局部软件流程图如图5.8所示。

53、呼叫标志位清零呼叫标志位为1是地址回零地址大于5否是发送完毕，继续设置MT8880 为CP模式设置标志位检测信号音图5.8 自动拨号局部软件流程图55 信号音检测局部的硬件设计 信号音检测子模块与自动拨号子模块共用一条线和一个核心芯片，通过检测一段时间的音频信号经MT8880处理后所产生的同频方波数进展信号音的判断。551 线上的三种信号音交换机检测到用户摘机以后，会自动将线设置为信令传输通道。当信令传输通道开启后，会出现三种不同的信号音进展提示，这三种信号音分别为等待拨号音、回铃音和忙音。等待拨号音是连续的信号，回铃音是1s通4s断的信号，忙音是0.35s通0.35s断的信号，三种信号音的频

54、率围在425Hz475Hz之间，一般为455Hz左右。示意图如图5.9.所示。忙音回铃音等待拨号音图5.9 三种不同信号音的示意图552 MT8880对信号音的判断原理 对不同的信号音，MT8880采取记录IRQ端口方波数量的方式进展甄别。首先通过对CRA、CRB控制存放器写入相应控制字来设置MT8880工作在呼叫处理CP模式和中断模式。在该模式下，三种信号音的频率均落在MT8880部带通滤波器接收围之，因此IRQ端口会同步送出与信号音同频的方波。根据三种信号音持续时间的不同，设定5s为定时周期，通过IRQ端口送出的方波数量来检测甄别不同信号音。 等待拨号音是连续信号，因此该信号在定时周期方波

55、数为 21252375个； 回铃音是1s通4s断的信号，因此其在定时周期方波数为425475个； 忙音是0.35s通0.35s断的信号，因此其在定时周期方波数约为10621188个。此外，如果主叫用户拨通后不久，被呼叫用户也摘机，即交换机将信令传输信道自动变更为语音传输信道正常通话之后，MT8880即使工作在呼叫处理模式之下，其频率也无法满足芯片部带通滤波器的接收围这一固定指标，因此IRQ理论上不会输出任何方波。也即，理论上来说，当IRQ不再输出同频方波以后，主叫用户和被叫用户之间就视为正常通话。553 信号音检测局部的硬件设计原理当单片机对MT8880的控制存放器CRA、CRB写入相应控制字

56、，使芯片工作在呼叫处理CP模式时，MT8880的反向输入端IN-即做好接收信号音的准备，当信号音通过EI14音频变压器耦合到MT8880接收电路后，IN-开场接收相应的信号音，同时MT8880部的带通滤波器开场判断信号音的频率是否落在通带围之。一旦判断出信号音的频率落在通带围之，IRQ端口立即输出与信号音同频的方波，由于IRQ端口输出方波幅值一般较小，因此通过4.7K的上拉电阻将IRQ端口的电位钳在一个足够高的水平，使单片机能够通过上下电平的不断转换来判断方波的个数。单片机通过复用端口P3.3进展接收，因为该端口在不进展声明的情况下是外部中断端口，每当IRQ端的方波出现上下电平间的下降沿时，单

57、片机的该端口会自动进展外部中断。本子模块将单片机的定时器中断和该端口的外部中断配合使用，通过读取定时周期外部中断的个数来确定IRQ端口的同频方波数，也即完成信号音的检测工作。信号音检测局部工作原理图如图5.10所示。图5.10 信号音检测局部工作原理图56 信号音检测局部的软件设计当系统得到信号音检测命令时，由于CRB此时对接收信号音的判断没有影响，因此单片机直接向CRA控制存放器写入控制字0110即可。向CRA写入的控制字说明，不允许下个周期写入CRB控制存放器，并且设置MT8880芯片工作在呼叫处理模式和中断模式。当该模式设定后，还是设定定时器中断与外部中断才能使单片机从MT8880芯片的

58、IRQ端口接收脉冲信号。由于回铃音是1s通4s断的音频信号，因此选定定时时间至少为5s，而由于IRQ端口会输出与信号音同频的方波，因此输出信号必定存在下降沿，这样可以设置外部中断为下降沿触发，采集5s定时时间之的计数值来完成对信号音的甄别工作。根据之前三种信号音的通断时间而计算出来的甄别三种信号音以及接通状态的计数数值是相对准确的理想数值，但是在实际程序运行与硬件配合时难免会出现一定程度的偏差，因此需要重新修订甄别信号音的计数围，根据假设干次实验结果，选定符合实际电路的计数数值。在定时器中断函数中，IRQ端的方波数大于1792时，为等待拨号音，设置等待拨号音的标志位；IRQ端的方波数大于100

59、0且小于1350时，为忙音，设置忙音标志位；IRQ端的方波数大于400且小于800时，为回铃音，设置回铃音标志位；IRQ端为其他计数值，为接通状态，设置接通标志位。在主函数中，直接时时读取标志位，就可以判定当前5s，线送出的是何种信号音、是否正常通话。系统以5s为定时周期甄别当前5s为何种信号音，选择出信号音后会相应点亮代表该种信号音的LED灯。一旦检测出*种信号音，系统继续设置MT8880为呼叫处理模式与中断模式，开启外部中断，继而开启定时器中断，进展下一个定时周期的检测，直到用户挂机为止。信号音检测局部软件流程图如图5.11所示。中断初始化设置定时器初值为10ms开外部中断开定时器中断中断

60、计数位等于500中断计数位加1否是关外部中断关定时器中断外部中断数大于1792外部中断数*围10001350外部中断数*围400800其他数量是是是是外部中断数量清零外部中断数量清零外部中断数量清零外部中断数量清零否否否呼叫标志位置1呼叫标志位置2呼叫标志位置3呼叫标志位置4摘机图5.11 信号音检测局部软件流程图6语音录放模块当主叫求救终端与被叫终端同时接通后，需要立即进展语音求救。在实际应用中，需要预先在语音录放模块进展录制语音，并且在一键求救时，可以自动播放和停顿。61 ISD4004芯片ISD4004系列工作电压33.3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动及其他便携式电子产

61、品中。芯片采用CMOS互补金属氧化物半导体技术,含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片闪存中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。ISD4004

62、工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位存放器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4004而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO引脚。协议的具体容如下。1所有串行数据传输开场于SS下降沿；2SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平；3数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出；4SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开场录放操作；5指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)；6ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开场时被去除；7使用读指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入，因此要注意移入的数据是否与器件当前进展的操作兼容，当然，也允许在一个SPI周期里,