DZ220同线电话自动转接装置
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- 1 -摘要本文介绍了一种同线电话自动转接装置。该装置可以实现并接在一对电话线上的几台电话机共享外线的呼叫。外线来电时可以准确地呼叫任何一台同线上的分机。而且同线上的任何一台分机拨打外线电话时其它的分机保密。本装置要实现的功能是当外线来电话时,该装置可以自动应答和自动转移呼叫。具体的工作方式为:1) 、外线来电话时主机通过对振铃的检测自动摘机。2)语音提示外线用户方按下所要的分机号码。3)分机电话响铃,被叫方听到铃声后摘机。4)一旦被叫分机用户摘机,该装置将立即自动关闭主机通路并封锁其它分机,使电话进入正常通话状态。 该同线电话自动转接器的核心部件是 ATMEL 公司生产的 AT89S51 ,它是一种带4k 字节快擦写可编程/ 擦除只读存储器。而且功耗低,性能好,可靠性高。本装置通过软硬件实现,设计简单,价格低廉,而且可直接并联到电话外线上,安装十分方便。关键词:电话 自动 转接 - 2 -AbstractThis paper introduces a kind of device that can transfer collinear telephones automatically .The device can make every extension share the call signal of the telephone line. The user can call any extension accurately . And every extension keep secret to the other extension when it calling the outside . This equipment must realize the function is when the outwire comes the telephone, this equipment may the auto answer and the automatic branching call. The concrete working is: 1), the outwire comes when the telephone the main engine through picks automatically to the ringing examination machine. 2) the voice prompt outwire user side presses down the extension number which wants. 3) the extension telephone telephone bell, after the called subscriber hears the ting, picks machine. 4), once is called the extension subscriber to pick machine, this equipment immediately the automatic shut-off main engine circuit and will block other extension telephones, will cause the telephone to enter the normal call condition.This party line automatic adapters core part is AT89S51 which ATMEL Corporation produces, it is one kind has the 4k byte to scratch quickly writes the programmable/cleaning non-erasable storage. Moreover the power loss is low, the performance is good, the reliability is high.The device carries the hardware and software electric circuit into effect ,designing simple ,the price is cheap ,and can connect the telephone line directly, installing also very convenient. Key Wards: telephone automatic transfer - 3 -目录第 1 章 本设计的背景 .5第 2 章 方案论证及方案设计 .62.1 方案 论证 .62.1.1 总体方案论证 .62.1.2 振铃检测部分方案论证 .72.2 方案设计 .72.2.1 系统的总体功能 .72.2.2 原理说明 .8第 3 章 核心芯片介绍 .93.1AT89S51 单片机简介 .93.1.1 原理 .93.1.2 复位操作 .113.2 语音芯片 APR9600.113.3MT8870.133.4LS1240 .14第 4 章 系统的硬件设计部分 .164.1 极性保护电路 .164.2 振铃检测电路 .164.3 主机摘机电路 .184.4 语音电路 .204.5 耦合电路 .214.6 双音频解码电路 .214.7 提示摘机控制电路 .234.8 分机保密及主机复位电路 .244.8.1 分机保密电路 .244.8.2 主机复位电路 .254.9 单片机及其外围电路 .264.10 系统电路工作原理简介 .29第 5 章 系统的软件设计部分 .305.1 单片机 AT89S51 的定时器/计数器 .305.3 系统程序流程图 .33第 6 章 系统的调试过程 .356.1 振铃检测电路 .356.2 主机摘机电路 .366.3 语音电路 .366.4 耦合电路 .366.5 双音频解码电路 .366.6 提示摘机电路 .376.7 分机保密及主机复位电路 .376.8 软件调试 .376.9 联调 .37第 7 章 社会效益及经济效益分析 .39第 8 章 结论 .40 - 4 -致谢 .41参考文献 .42附录 .43 - 5 -第 1 章 本设计的背景21 世纪是信息时代,各种电信技术推动了人类文明的进步。 自从 1876 年,Alexander Graham Bell(贝尔)发明电话以来,世界各地的电话网络发展非常迅速。近十年来 ,中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997 年 8 月局用电话交换机总容量就已经突破 1 亿户。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成,它的性能已经有了很大的进展,而且可靠性非常高。随着电话普及率的不断提高,安装同线电话的单位和个人越来越多。于是市场上出现了各式各样同线电话保密器和电话转接器。这给用户带来了极大的方便。如今家用电话和集体公用电话越来越多。一条电话线并联多个电话机的现象非常普遍。有些用户采用建立简易分线器或合并电话机的方法在一条电话线上并联多个电话机,并且共用一个电话号码。这都违背了一条外线接一个电话的原则,增加了电路的负荷,改变了线路的阻抗,这是电信部门不允许的。另外,简易分线器和直接并机的方法在实际使用中有许多的不便。当外线打入时所有电话同时振铃,如果先摘机者摘机后发现不是自己的来电便要招呼他人接电话,而且要确认他人已摘机了,自己才能挂机,如果不能或不便招呼他人摘机,就需要外线用户从拨一次。本装置可以解决上述缺陷 。该装置不仅能一个总机带多个分机,而且对于外线而言,符合一条外线接一个电话的原则, 即只有一个电话振铃,一个电话摘机。同时能使任何一台分机拨打外线时能对其他分机保密。 - 6 -第 2 章 方案论证及方案设计2.1 方案论证在当今的社会里,电话非常普遍。有的单位和家庭都拥有多部电话,于是电话分机的控制同线电话转接器的应用给这些用户带来了极大的方便。鉴于本题目的具体要求,主要有以下两种总体设计方案可供选择。 2.1.1 总体方案论证总体方案 1 :系统框图如图 2.1 所示。单片机构成主控部分,进行主要的信息处理,接受外部指令形成各种控制信号。接口电路提供单片机和电话外线的接口,包括振铃检测电路,主机摘机电路,语音电路 ,保密电路。该同线电话自动转接器的核心部件是 ATMEL 公司生产的 AT89S51 ,它是一种带4k 字节快擦写可编程/ 擦除只读存储器。而且功耗低,性能好,可靠性高。 总体方案 2:此方案采用硬件电路实现同线电话自动转接的功能。这种同线电话转接器可直接并联在电话外线两端。外线来电信号经主机摘机电路自动摘机,主机摘机后触发语音电路放出语音提示并偶合到外线。外线用户听到提示音后按下相应的分机号码,按键发出的双音频解码后能使用相应的分机振铃。当分机摘机后,通过保密电路对其他分机保密。总体方案 1 采用的器件少,主控部分是单片机。设计简单,性能稳定,性价比高。总体方案 2 采用的器件多,设计复杂,全部是硬件电路,性能不稳定,性价比低。 根据比较决定选择方案 1。 - 7 -双音频解码电路振铃检测AT89S51保密电路偶合电路语音电路控制分机摘机电路主机摘机电路图 2.1 总体方案 1 框图2.1.2 振铃检测部分方案论证为了能将振铃信号检测出来以便控制主机的摘机,对于振铃检测部分可以有两种方案来实现。1) 、利用电压比较器将振铃信号转换为标准脉冲信号,后接单片机实现对主机摘机的控制。2) 、利用集成片振铃发生器 LS1240 和光电耦合器检测振铃实现对主机摘机的控制。对于这部分电路决定采用第二种方案。因为集成片可以把诸多功能集成在一个芯片上完成一个总体功能,非常方便。LS1240 内部就包含全波整流电路、电源控制电路、输出放大器等。它的工作稳定,而且也为以后的调试带来方便。 - 8 -2.2 方案设计2.2.1 系统的总体功能本装置要实现的功能是当外线来电话时,该装置可以自动应答和自动转移呼叫。具体的工作方式为:1) 、外线来电话时主机通过对振铃的检测自动摘机。2)语音提示外线用户方按下所要的分机号码。3)分机电话响铃,被叫方听到铃声后摘机。4)一旦被叫分机用户摘机,该装置将立即自动关闭主机通路并封锁其它分机,使电话进入正常通话状态。 2.2.2 原理说明外线来电后,交流振铃信号通过振铃检测电路并由单片机计数,6 次振铃后,单片机控制主机电路使主机摘机。主机摘机后信号反馈回给单片机,单片机确认主机已经摘机,便会处发语音电路放出语音提示。语音信号通过耦合电路耦合到外线。外线听到语音提示后按照语音提示按下相应的分机号码。电话按键发出的是双音频信号,此双音频信号,通过双音频电路解码,解码后输出 8421 码。8421 码再经过译码器输出十进制数,控制相应的分机振铃。被呼叫的分机用户听到铃声后摘机。分机摘机后通过保密电路把信号反馈回单片机,单片机便会控制主机复位,同时分机通过保密电路彼此可以进行保密,这样就实现里整个同线电话自动转接与保密的全过程。 - 9 -第 3 章 核心芯片介绍 3.1AT89S51 单片机简介3.1.1 原理本设计中主控元件采用的 AT89S51 单片机是 ATMEL 公司的 AT89 系列单片机的一种,是以 8031 为核心构成的,是世界上新型的电可擦写 8 位单片机之一,与 51 系列完全兼容,低电压、低电流、低功耗,价格低廉。其特点如下:内部含有 FLASH 存储器AT89S51 是带 4k 字节 flash 可编程可擦除只读存储器(EPROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )和高性能 CMOS8 为微处理器,采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和快速存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89S51 具有一些标准特性:8k 字节可编程闪烁存储器,寿命;1000 次循环写擦,数据保留十年,全静态工作 0Hz-24Hz,三级程序锁定 128*8 位内部RAM,32 条可编程 I/O 线,两个 16 位记时器/计数器,5 个中断源,2 级中断优先权,可编程串行通道,低功耗的闲置可掉电模式,片内震荡器和时钟电路。由于内部含有 FLASH 存储器,因此在系统的开发过程中可以十分容易的进行程序的修改,大大的缩短了系统的开发周期。同时,同时在系统工作的过程中,能够有效的保存一些数据信息,即使外界电源损坏也不影响信息的保存。与 51 系列单片机兼容:89 系列单片机的端子和 8051 系列是一样的。因此当89 系列单片机取代 8051 系列单片机时,可以直接代换。静态时钟方式:89 系列单片机采用静态时钟方式,可以节省电能。这对降低便携式产品的功耗十分有用。可反复进行系统实验,错误编写亦无废品产生:89 系列在使用中,可以反复的进行系统实验,每次都可编写不同程序,这样可以使系统设计到最优,而且随着用户的需要和发展还可以进行修改。使系统性能随着要求更新。一般的 OTP 产品,一旦错误编程就成了废品,而 89 系列可以重复擦写,无废品产生。 - 10 -P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL218XTAL119VSS20VCC 40P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32EA/VPP 31ALE/PROG 30P2.7 28P2.6 27P2.5 26P2.4 25P2.3 24P2.2 23P2.1 22P2.0 21/PSEN 2989S51图 3.1 AT89S51 管脚图AT89S51 管脚简介:VCC: 电源接口,接+5vGND: 接地XTAL1 和 XTAL2 :时钟引脚,外接晶振。RST/VPD :复位信号输入端,高电平有效。ALE: 地址锁存允许信号,单片机工作时不断产生正脉冲信号。/PSEN:程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出的负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号。/PSEN 可以驱动 8 个 TTL 负载。/EA/Vpp:内外程序存储器选择控制端。P0 口:双向 8 位三态 I/O 口,此口为地址总线(低 8 位)及数据总线分时复用口,可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。P1 口:8 位准双向 I/O 口,可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 - 11 -P2 口:8 位准双向 I/O 口,地址总线(高 8 位)复用,可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。P3 口:8 位准双向 I/O 口,双功能复用口,可驱动 4 个 LS 型 TTL 循环负载。3.1.2 复位操作复位是 AT89S51 单片机的初始化操作,只要给 RESET 因脚 2 个机器周期以上的高电平信号,就可使单片机复位。复位的主要功能是把 PC 初始化为 0000H,使AT89S51 单片机从 0000H 开始执行程序。除进入系统的正常初始化外,当由于程序运行出错和操作错误使系统处于死锁状态,也需要复位键重新启动。除复位操作外,复位操作还对其它寄存器有影响。它们的复位如表 3.1 所示。从表中可以看出,复位时 SP=07H;4 个 I/O 端口 P0P3 的引脚均为高电平,这在某些控制应用中,要考虑到引脚的高电平对外围电路的影响。 表 3.1 AT89S51 寄存器的复位状态寄存器 复位状态 寄存器 复位状态PC 0000H TMOD 00HAcc 00H TCON 00HPSW 00H TH0 00HB 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0P3 FFH SCON 00HIP 00000BSBUF BIE 000000B PCON 00000H另外,在复位有效期间(及高电平) ,AT89S51 单片机的引脚 ALE 和/PSEN 引脚均为高电平,且内部 RAM 不受复位的影响。单片机的复位通常分为三种:手动复位、自动复位、看门狗复位。但 AT89S51单片机的复位电路通常采用手动复位和自动复位,其内部没有看门狗。在本设计中采用手动复位电路。3.2 语音芯片 APR9600随着集成电路的飞速发展,单片 语音集成电路领域出现了许多的新技术和新 - 12 -品,语音电路的应用也更加广泛。语音芯片 APR9600 为语音录放芯片是采用模拟存储技术的一款音质好, 噪声低,不怕断电,可反复录放的新型语音电路。它保留了 ISD2500 系列芯片的一些优点,在内部电路原理,结构,管脚排列上也基本相同。价格极为便宜,有多种控制方式,多段控制时电路简单,采用速率及录放音的时间可调,每个单键均有开始,停止,循环多种功能等。以下是各个管脚说明,如图 3.2 与表 3.2 所示:MicIN1 7VC C A1 6VC C9SP-1 5SP+1 41 642 12 02 01 662 21 671 31 681 21 91 91 701 1VC C D 2 8/R E 2 7MSEL2 2 5/M1 1/B USY 1 0OSC R 7Ext C LK 2 6/C E 2 3MSEL1 2 4APR 96 0 0图 3.2 APR9600 管脚图 - 13 -表 3.1 APR9600 管脚说明管脚 功能 管脚 功能1、/M1 第一段控制或连续控制(低电平有效)15、SP- 外接喇叭负端2、/M2 第二段控制或连续控制(低电平有效)16、VCCA 模拟电路正电源3、/M3 第三段控制(低电平有效)17、MICIN 话筒输入端4、/M4 第四段控制(低电平有效)18、MICREF 话筒输入基准端5、/M5 第五段控制(低电平有效)19、AGC 自动增益控制端6、/M6 第六段控制(低电平有效)20、ANA-IN 线路输入端7、OSCR 振荡电阻 21、ANA-OUT 线路输出端(话筒放大器 输出端)8、/M7 第七段控制及片溢出指示(低电平有效)22、STROBE 工作期间闪烁指示灯输出端(低电平有效)9、/M8 第八段控制(低电平有效)及操作模式23、CE 复位/停止键或启动/停止键(低电平有效)10、/BUSY 忙信号输出(工作输出 0,平时为1)24、MSEL1 模式设置端11、BE 键声选择( 接 1为有键声,0 则无)25、MSEL2 模式设置端12、VSSD 数字电源地 26、EXTCLK 外接振荡频率端(用内部时钟接地)13、VSSA 模拟电源地 27、/RE 录放选择端 0 录、1 - 14 -放14、SP+ 外接喇叭正端 28、VCCD 数字电路正电源3.3MT8870MT8870 是 MITEL 生产的双音频接收器。主要用于程控交换机,键控电话系统,无线通讯及广播系统,遥控系统等领域。电路的基本特征为:1) 、提供 DTMF 信号分离滤波和译码功能,输出相应的 16 种 DTMF 频率组合的 4位并行二进制码。2) 、外接 3.5795MHz 晶体,与内部振荡器产生基准频率信号。 3) 、具有抑制拨号音和模拟信号输入可调的能力。4) 、二进制码为三态输出。MT8870 的管脚说明如图 3.3 与表 3.3 所示:图 3.3 MT8870 管脚图表 3-3 MT8870 引出端管脚说明IN+,IN- 运放同、反相输入FB 运放输出Vref 基准电压输出OSC1,OSC2 振荡器输入、输出IC 内连点 EN 数据输出允许Q1Q4 数据输出 CID 输入延迟EC0 初始控制输出CI 控制输入 VDD 正电源 VSS 负电源 - 15 -3.4LS1240LS1240 是单片机电子振铃发生器。它含低频和高频振荡器、输出放大器、电源全波整流与控制电路。可产生频率由外接元件控制的双音频振铃信号。是应用较广泛的优选通信集成电路。特点:1) 、产生频率可调的双音频振铃信号2) 、外接元件控制输出信号频率和转换速率。3) 、可由用户线交流振铃信号经桥式整流馈电。LS1240 的管脚图如图 3.4 与表 3.4 所示:图 3.4 LS1240 管脚图表 3-2LS1240 引出端管脚说明LINE1、2 用户线接入 GND 地C 外接电容 R 外接电阻RING 振铃信号输出 CF 外接滤波电容 - 16 -第 4 章 系统的硬件设计部分4.1 极性保护电路在安装电话时,2、4 两条外线上的电压极性是不确定的,可能是 2 正 4 负,也可能是 2 负 4 正,极性保护电路就可以把极性不确定的电压变成极性固定的电压。具体电路如图 4.1 所示:1234VD1VD3VD4 VD2Q1Q2Q3Q4分分分分图 4.1 级性保护电路图中的 VD1、VD 2 、VD 3、VD 4是整流二级管,通话电路是负载。当 1、3 两端加上 1 正 3 负的电压时,VD 1、VD 4承受正向电压而导通,VD 2、VD 3承受反向电压而截止。电流流向为:1 VD 1 负载 VD 4 3。此时 2 点为正,点 4 为负。当 1、3 两端加上 1 负 3 正的电压时,VD 1、VD 4承受反向电压而截止,VD 2、VD 3承受正向电压而导通。电流流向为: 3 VD2 负载 VD 3 1 此时点 2 为正,VD4 点为负。由此可见,不管端的电压极性怎样变化,2 点的电压总是正的, 4 点的电压总是负的。极性保护电路能让音频信号通过,而又不把音频信号整流。因为极性保护电路在工作的时候有直流通过,这就给二极管提供了偏置电流,而音频信号电流又非常小,音频信号就调制在直流上,音频信号的负半周不会使二极管截止,所以不会把音频信号整流。 - 17 -4.2 振铃检测电路本部分电路由 LS1240、TIL117 、NE555 组成。它主要用来检测振铃信号。LS1240 是振铃发生器 。它含低频和高频震荡器,输出放大器,电源全波整流与控制电路。可产生频率由外接元件控制的双音频振铃信号。该电路的电压取自线路送来的 25 赫兹交流振铃电压。25 赫兹振铃电压通过内部整流电路和稳压电路变为直流电压,供集成电路内部的振荡器和功率放大器使用。该芯片由用户线交流振铃信号馈电,经过一个隔直电容 C1和限流电阻 R1 加致集成片的 1 脚和 8 脚。经内部桥式整流和 7 端外接电容 C3滤波,得到电压 Vcc,以向 LS1240 内部的震荡器和放大器供电。3 脚是扫描速率控制脚,它和 2 脚之间接一个电容 C2,改变电容的容量可以调整振铃输出频率的切换速度。4 脚是输出频率控制脚,它和 2 脚之间接电阻 R 2,改变电阻的阻值可以调整振铃信号输出的频率。本部分电路中,由于 LS1240 的输出接的是光耦而不是喇叭,所以它的外围器件参数要求不是很严格,可以采用该器件的典型外围电路值,即 C2为 0.1uF,C 3为 10 uF, R 2为 15 K,R 3为 5.1K 。根据这参数可以计算出 LS1240 的输出频率。其中一个输出频率 fH1=(2.6710 7) /R2 , 这里 R2=15K,所以 fH1=(2.6710 7)/1510 3=1780(Hz)。另一个输出频率fH2=5fH1/7,所以 fH2=51780/7=1271(Hz)。扫描频率 fL=10-6/C2,这里 C2=0.1F,所以 fL=10-6/0.110 -6=10(Hz) 。此振铃信号以最高频率 1780Hz,最低频率 1271Hz扫描频率 10Hz 交替从 5 端输出。 从 LS1240 输出的电压使光电耦合器工作。由于输入是交流信号,所以每次振铃信号来临时,光电耦合的三级管输出都是一个脉冲串,此脉冲串通过 R5给 C4充电。当振铃信号消失后,光电耦合器的三极管输出低电平,此时 C4便开始放电。这样就形成了一个处发脉冲,处发后面的 NE555 工作。 用 NE555 作单稳态电路使用。其特点是电路的输出脉冲宽度与外处发脉冲的宽度无关,而全由外接电阻和电容空制。当电源 VDD加上后, NE555 的置位端 2 脚无处发信号,即在稳定状态,输出端3 脚为低电平,定时电容 C6上的电压 UC6=0。当 2 脚加进低于 1/3VDD的负向脉冲时,NE555 的输出端 3 脚变为高电平,即 NE555 的输出 U0=“1”。此时,电路进入暂稳态。当 2 脚的输入的脉冲消失后,NE555 内部的处发器的输出仍保持不便,故 NE555 的输出端 3 脚仍为高电平即 U0=“1”。在暂稳态间,V DD通过 R6对电容器 C6充电,电容器 C6上的电压呈指数形式上升,即 Uc6=VDD(1-e -T/R6C6) 。当 C6上的电压为 2/3VDD时,电容 C6通过 NE555 内部的三极管迅速放电至低电平“0” ,此时输出 U0=0。电路又复原至稳态。U C6从 0 上升到 2/3VDD的时间为 T,则有:2/3V DD=VDD(1-e -T/R6C6)得出T1.1R 6C6。 - 18 -它的波形如图 4.2 所示: - 19 -VDDU20U0 T UC6 2/3VDD图 4.2 NE555 的各脚波形 对应图本电路中要求在第二次振铃信号来临之前 C6要放电完毕。所以要求 NE555 输出的脉冲宽度要小于两次振铃之间的间隔,以免造成混乱。本部分电路中要求 NE555 输出的脉冲宽度为 0.5 秒,由 T=1.1R6C6 =0.5,取R6=100K 得出 C6=4.7uF。在单稳态电路输出脉冲后通过单片机计数,本装置定为振铃响六次后,单片机输出高电平,触发后端电路,实现主机摘机。本部分具体电路如 4.3 图:66925LDVE28LDVE11GND2C3R4CF7LS1240R12.2kR46.8kR6100kR35.1kR21.5kR55.1kC20.1uC50.1uC10.1u/160VC310uC64.7uC44.7uA1TIL117258 41 376555+5V分分分分图 4.3 振铃检测电路4.3 主机摘机电路 本部分电路由三极管 2N5401 和 2N5551 组成。具体电路如图 3.4 所示: - 20 -R8470 R715KR101.5KR9220 D1LED1V32N5551V22N5551V1 2N54011234VCCVD1VD3VD4 VD2Q7Q6Q1Q2图 4.4 主机摘机电路在电话处于摘机状态时,交换机是通过一个大电感给电话机供电的。所以,在摘机环路由导通到断开的瞬间,线圈产生很高的反向电动势。反向电动势的极性与电源电压的极性相同,叠加后电压高 100 伏以上。此电压加到三极管 V1、V 2集电极和发射极,如果三极管的反向击穿电压小于该电压,三极管就会反向击穿而损坏。因此,在电路设计时选用了反向击穿电压大于 160 伏的 2N5401 和 2N5551。参数计算:电话在摘机状态时,外线两端的电压大约为 7 伏,提供的电流大约为 30mA,所以当交换机检测到此信号时便知道主机已经摘机。摘机时电流大约为 30mA,因此 V1管的发射极电流 IE1=30mA,那么流过 V1基极的电流大约应为 15mA,这样电阻 R8就可以被确定。当电话摘机时 V1导通,发射极和基极之间有 0.7V 的压降,所以 R8 =(7-0.7)/1510 -3=420。流过 V2集电极的电流 IC2就是流过 V1基极的电流,所以 IC2=IB1=15mA。另外,由于所处工作点不同,三极管的 值也是在不断浮动的。此时 V2的 值约为 50左右,这样就可以计算流过 V2基极的电流 IB2,I B2=IC2/=15/50=0.3mA。流过 V1集电极的电流 IC1就是流过 V3基极的电流 IB3,所以 IB3=IC1=30mA。所以电阻 R9可以被确定,R 9=(7-0.7)/3010 -3=210。从单片机输出的高电平为+5V,而 V2的基极电流又为 0.3mA,所以三极管 V2的集电极电阻 R7可以被确定,R 7=(5-0.7)/0.310 -3=14K。经过综合考虑,在这一部分电路设计中,选用了阻值分别为:R8=470,R 7=15K,R 9=220 的电阻。工作原理: - 21 -当单片机 P1.0口输出高电平后,通过 R7给 V2提供基极偏置电流使 V1导通。V 1导通后通过 R9给 V3提供基极偏置电流使 V3导通。当 V3导通后驱动发光二极管发光,表明主机已经 - 1 -摘要本文介绍了一种同线电话自动转接装置。该装置可以实现并接在一对电话线上的几台电话机共享外线的呼叫。外线来电时可以准确地呼叫任何一台同线上的分机。而且同线上的任何一台分机拨打外线电话时其它的分机保密。本装置要实现的功能是当外线来电话时,该装置可以自动应答和自动转移呼叫。具体的工作方式为:1) 、外线来电话时主机通过对振铃的检测自动摘机。2)语音提示外线用户方按下所要的分机号码。3)分机电话响铃,被叫方听到铃声后摘机。4)一旦被叫分机用户摘机,该装置将立即自动关闭主机通路并封锁其它分机,使电话进入正常通话状态。 该同线电话自动转接器的核心部件是 ATMEL 公司生产的 AT89S51 ,它是一种带4k 字节快擦写可编程/ 擦除只读存储器。而且功耗低,性能好,可靠性高。本装置通过软硬件实现,设计简单,价格低廉,而且可直接并联到电话外线上,安装十分方便。关键词:电话 自动 转接 - 2 -AbstractThis paper introduces a kind of device that can transfer collinear telephones automatically .The device can make every extension share the call signal of the telephone line. The user can call any extension accurately . And every extension keep secret to the other extension when it calling the outside . This equipment must realize the function is when the outwire comes the telephone, this equipment may the auto answer and the automatic branching call. The concrete working is: 1), the outwire comes when the telephone the main engine through picks automatically to the ringing examination machine. 2) the voice prompt outwire user side presses down the extension number which wants. 3) the extension telephone telephone bell, after the called subscriber hears the ting, picks machine. 4), once is called the extension subscriber to pick machine, this equipment immediately the automatic shut-off main engine circuit and will block other extension telephones, will cause the telephone to enter the normal call condition.This party line automatic adapters core part is AT89S51 which ATMEL Corporation produces, it is one kind has the 4k byte to scratch quickly writes the programmable/cleaning non-erasable storage. Moreover the power loss is low, the performance is good, the reliability is high.The device carries the hardware and software electric circuit into effect ,designing simple ,the price is cheap ,and can connect the telephone line directly, installing also very convenient. Key Wards: telephone automatic transfer - 3 -目录第 1 章 本设计的背景 .5第 2 章 方案论证及方案设计 .62.1 方案 论证 .62.1.1 总体方案论证 .62.1.2 振铃检测部分方案论证 .72.2 方案设计 .72.2.1 系统的总体功能 .72.2.2 原理说明 .8第 3 章 核心芯片介绍 .93.1AT89S51 单片机简介 .93.1.1 原理 .93.1.2 复位操作 .113.2 语音芯片 APR9600.113.3MT8870.133.4LS1240 .14第 4 章 系统的硬件设计部分 .164.1 极性保护电路 .164.2 振铃检测电路 .164.3 主机摘机电路 .184.4 语音电路 .204.5 耦合电路 .214.6 双音频解码电路 .214.7 提示摘机控制电路 .234.8 分机保密及主机复位电路 .244.8.1 分机保密电路 .244.8.2 主机复位电路 .254.9 单片机及其外围电路 .264.10 系统电路工作原理简介 .29第 5 章 系统的软件设计部分 .305.1 单片机 AT89S51 的定时器/计数器 .305.3 系统程序流程图 .33第 6 章 系统的调试过程 .356.1 振铃检测电路 .356.2 主机摘机电路 .366.3 语音电路 .366.4 耦合电路 .366.5 双音频解码电路 .366.6 提示摘机电路 .376.7 分机保密及主机复位电路 .376.8 软件调试 .376.9 联调 .37第 7 章 社会效益及经济效益分析 .39第 8 章 结论 .40 - 4 -致谢 .41参考文献 .42附录 .43 - 5 -第 1 章 本设计的背景21 世纪是信息时代,各种电信技术推动了人类文明的进步。 自从 1876 年,Alexander Graham Bell(贝尔)发明电话以来,世界各地的电话网络发展非常迅速。近十年来 ,中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997 年 8 月局用电话交换机总容量就已经突破 1 亿户。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成,它的性能已经有了很大的进展,而且可靠性非常高。随着电话普及率的不断提高,安装同线电话的单位和个人越来越多。于是市场上出现了各式各样同线电话保密器和电话转接器。这给用户带来了极大的方便。如今家用电话和集体公用电话越来越多。一条电话线并联多个电话机的现象非常普遍。有些用户采用建立简易分线器或合并电话机的方法在一条电话线上并联多个电话机,并且共用一个电话号码。这都违背了一条外线接一个电话的原则,增加了电路的负荷,改变了线路的阻抗,这是电信部门不允许的。另外,简易分线器和直接并机的方法在实际使用中有许多的不便。当外线打入时所有电话同时振铃,如果先摘机者摘机后发现不是自己的来电便要招呼他人接电话,而且要确认他人已摘机了,自己才能挂机,如果不能或不便招呼他人摘机,就需要外线用户从拨一次。本装置可以解决上述缺陷 。该装置不仅能一个总机带多个分机,而且对于外线而言,符合一条外线接一个电话的原则, 即只有一个电话振铃,一个电话摘机。同时能使任何一台分机拨打外线时能对其他分机保密。 - 6 -第 2 章 方案论证及方案设计2.1 方案论证在当今的社会里,电话非常普遍。有的单位和家庭都拥有多部电话,于是电话分机的控制同线电话转接器的应用给这些用户带来了极大的方便。鉴于本题目的具体要求,主要有以下两种总体设计方案可供选择。 2.1.1 总体方案论证总体方案 1 :系统框图如图 2.1 所示。单片机构成主控部分,进行主要的信息处理,接受外部指令形成各种控制信号。接口电路提供单片机和电话外线的接口,包括振铃检测电路,主机摘机电路,语音电路 ,保密电路。该同线电话自动转接器的核心部件是 ATMEL 公司生产的 AT89S51 ,它是一种带4k 字节快擦写可编程/ 擦除只读存储器。而且功耗低,性能好,可靠性高。 总体方案 2:此方案采用硬件电路实现同线电话自动转接的功能。这种同线电话转接器可直接并联在电话外线两端。外线来电信号经主机摘机电路自动摘机,主机摘机后触发语音电路放出语音提示并偶合到外线。外线用户听到提示音后按下相应的分机号码,按键发出的双音频解码后能使用相应的分机振铃。当分机摘机后,通过保密电路对其他分机保密。总体方案 1 采用的器件少,主控部分是单片机。设计简单,性能稳定,性价比高。总体方案 2 采用的器件多,设计复杂,全部是硬件电路,性能不稳定,性价比低。 根据比较决定选择方案 1。 - 7 -双音频解码电路振铃检测AT89S51保密电路偶合电路语音电路控制分机摘机电路主机摘机电路图 2.1 总体方案 1 框图2.1.2 振铃检测部分方案论证为了能将振铃信号检测出来以便控制主机的摘机,对于振铃检测部分可以有两种方案来实现。1) 、利用电压比较器将振铃信号转换为标准脉冲信号,后接单片机实现对主机摘机的控制。2) 、利用集成片振铃发生器 LS1240 和光电耦合器检测振铃实现对主机摘机的控制。对于这部分电路决定采用第二种方案。因为集成片可以把诸多功能集成在一个芯片上完成一个总体功能,非常方便。LS1240 内部就包含全波整流电路、电源控制电路、输出放大器等。它的工作稳定,而且也为以后的调试带来方便。 - 8 -2.2 方案设计2.2.1 系统的总体功能本装置要实现的功能是当外线来电话时,该装置可以自动应答和自动转移呼叫。具体的工作方式为:1) 、外线来电话时主机通过对振铃的检测自动摘机。2)语音提示外线用户方按下所要的分机号码。3)分机电话响铃,被叫方听到铃声后摘机。4)一旦被叫分机用户摘机,该装置将立即自动关闭主机通路并封锁其它分机,使电话进入正常通话状态。 2.2.2 原理说明外线来电后,交流振铃信号通过振铃检测电路并由单片机计数,6 次振铃后,单片机控制主机电路使主机摘机。主机摘机后信号反馈回给单片机,单片机确认主机已经摘机,便会处发语音电路放出语音提示。语音信号通过耦合电路耦合到外线。外线听到语音提示后按照语音提示按下相应的分机号码。电话按键发出的是双音频信号,此双音频信号,通过双音频电路解码,解码后输出 8421 码。8421 码再经过译码器输出十进制数,控制相应的分机振铃。被呼叫的分机用户听到铃声后摘机。分机摘机后通过保密电路把信号反馈回单片机,单片机便会控制主机复位,同时分机通过保密电路彼此可以进行保密,这样就实现里整个同线电话自动转接与保密的全过程。 - 9 -第 3 章 核心芯片介绍 3.1AT89S51 单片机简介3.1.1 原理本设计中主控元件采用的 AT89S51 单片机是 ATMEL 公司的 AT89 系列单片机的一种,是以 8031 为核心构成的,是世界上新型的电可擦写 8 位单片机之一,与 51 系列完全兼容,低电压、低电流、低功耗,价格低廉。其特点如下:内部含有 FLASH 存储器AT89S51 是带 4k 字节 flash 可编程可擦除只读存储器(EPROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )和高性能 CMOS8 为微处理器,采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和快速存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89S51 具有一些标准特性:8k 字节可编程闪烁存储器,寿命;1000 次循环写擦,数据保留十年,全静态工作 0Hz-24Hz,三级程序锁定 128*8 位内部RAM,32 条可编程 I/O 线,两个 16 位记时器/计数器,5 个中断源,2 级中断优先权,可编程串行通道,低功耗的闲置可掉电模式,片内震荡器和时钟电路。由于内部含有 FLASH 存储器,因此在系统的开发过程中可以十分容易的进行程序的修改,大大的缩短了系统的开发周期。同时,同时在系统工作的过程中,能够有效的保存一些数据信息,即使外界电源损坏也不影响信息的保存。与 51 系列单片机兼容:89 系列单片机的端子和 8051 系列是一样的。因此当89 系列单片机取代 8051 系列单片机时,可以直接代换。静态时钟方式:89 系列单片机采用静态时钟方式,可以节省电能。这对降低便携式产品的功耗十分有用。可反复进行系统实验,错误编写亦无废品产生:89 系列在使用中,可以反复的进行系统实验,每次都可编写不同程序,这样可以使系统设计到最优,而且随着用户的需要和发展还可以进行修改。使系统性能随着要求更新。一般的 OTP 产品,一旦错误编程就成了废品,而 89 系列可以重复擦写,无废品产生。 - 10 -P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL218XTAL119VSS20VCC 40P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32EA/VPP 31ALE/PROG 30P2.7 28P2.6 27P2.5 26P2.4 25P2.3 24P2.2 23P2.1 22P2.0 21/PSEN 2989S51图 3.1 AT89S51 管脚图AT89S51 管脚简介:VCC: 电源接口,接+5vGND: 接地XTAL1 和 XTAL2 :时钟引脚,外接晶振。RST/VPD :复位信号输入端,高电平有效。ALE: 地址锁存允许信号,单片机工作时不断产生正脉冲信号。/PSEN:程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出的负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号。/PSEN 可以驱动 8 个 TTL 负载。/EA/Vpp:内外程序存储器选择控制端。P0 口:双向 8 位三态 I/O 口,此口为地址总线(低 8 位)及数据总线分时复用口,可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。P1 口:8 位准双向 I/O 口,可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 - 11 -P2 口:8 位准双向 I/O 口,地址总线(高 8 位)复用,可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。P3 口:8 位准双向 I/O 口,双功能复用口,可驱动 4 个 LS 型 TTL 循环负载。3.1.2 复位操作复位是 AT89S51 单片机的初始化操作,只要给 RESET 因脚 2 个机器周期以上的高电平信号,就可使单片机复位。复位的主要功能是把 PC 初始化为 0000H,使AT89S51 单片机从 0000H 开始执行程序。除进入系统的正常初始化外,当由于程序运行出错和操作错误使系统处于死锁状态,也需要复位键重新启动。除复位操作外,复位操作还对其它寄存器有影响。它们的复位如表 3.1 所示。从表中可以看出,复位时 SP=07H;4 个 I/O 端口 P0P3 的引脚均为高电平,这在某些控制应用中,要考虑到引脚的高电平对外围电路的影响。 表 3.1 AT89S51 寄存器的复位状态寄存器 复位状态 寄存器 复位状态PC 0000H TMOD 00HAcc 00H TCON 00HPSW 00H TH0 00HB 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0P3 FFH SCON 00HIP 00000BSBUF BIE 000000B PCON 00000H另外,在复位有效期间(及高电平) ,AT89S51 单片机的引脚 ALE 和/PSEN 引脚均为高电平,且内部 RAM 不受复位的影响。单片机的复位通常分为三种:手动复位、自动复位、看门狗复位。但 AT89S51单片机的复位电路通常采用手动复位和自动复位,其内部没有看门狗。在本设计中采用手动复位电路。3.2 语音芯片 APR9600随着集成电路的飞速发展,单片 语音集成电路领域出现了许多的新技术和新 - 12 -品,语音电路的应用也更加广泛。语音芯片 APR9600 为语音录放芯片是采用模拟存储技术的一款音质好, 噪声低,不怕断电,可反复录放的新型语音电路。它保留了 ISD2500 系列芯片的一些优点,在内部电路原理,结构,管脚排列上也基本相同。价格极为便宜,有多种控制方式,多段控制时电路简单,采用速率及录放音的时间可调,每个单键均有开始,停止,循环多种功能等。以下是各个管脚说明,如图 3.2 与表 3.2 所示:MicIN1 7VC C A1 6VC C9SP-1 5SP+1 41 642 12 02 01 662 21 671 31 681 21 91 91 701 1VC C D 2 8/R E 2 7MSEL2 2 5/M1 1/B USY 1 0OSC R 7Ext C LK 2 6/C E 2 3MSEL1 2 4APR 96 0 0图 3.2 APR9600 管脚图 - 13 -表 3.1 APR9600 管脚说明管脚 功能 管脚 功能1、/M1 第一段控制或连续控制(低电平有效)15、SP- 外接喇叭负端2、/M2 第二段控制或连续控制(低电平有效)16、VCCA 模拟电路正电源3、/M3 第三段控制(低电平有效)17、MICIN 话筒输入端4、/M4 第四段控制(低电平有效)18、MICREF 话筒输入基准端5、/M5 第五段控制(低电平有效)19、AGC 自动增益控制端6、/M6 第六段控制(低电平有效)20、ANA-IN 线路输入端7、OSCR 振荡电阻 21、ANA-OUT 线路输出端(话筒放大器 输出端)8、/M7 第七段控制及片溢出指示(低电平有效)22、STROBE 工作期间闪烁指示灯输出端(低电平有效)9、/M8 第八段控制(低电平有效)及操作模式23、CE 复位/停止键或启动/停止键(低电平有效)10、/BUSY 忙信号输出(工作输出 0,平时为1)24、MSEL1 模式设置端11、BE 键声选择( 接 1为有键声,0 则无)25、MSEL2 模式设置端12、VSSD 数字电源地 26、EXTCLK 外接振荡频率端(用内部时钟接地)13、VSSA 模拟电源地 27、/RE 录放选择端 0 录、1 - 14 -放14、SP+ 外接喇叭正端 28、VCCD 数字电路正电源3.3MT8870MT8870 是 MITEL 生产的双音频接收器。主要用于程控交换机,键控电话系统,无线通讯及广播系统,遥控系统等领域。电路的基本特征为:1) 、提供 DTMF 信号分离滤波和译码功能,输出相应的 16 种 DTMF 频率组合的 4位并行二进制码。2) 、外接 3.5795MHz 晶体,与内部振荡器产生基准频率信号。 3) 、具有抑制拨号音和模拟信号输入可调的能力。4) 、二进制码为三态输出。MT8870 的管脚说明如图 3.3 与表 3.3 所示:图 3.3 MT8870 管脚图表 3-3 MT8870 引出端管脚说明IN+,IN- 运放同、反相输入FB 运放输出Vref 基准电压输出OSC1,OSC2 振荡器输入、输出IC 内连点 EN 数据输出允许Q1Q4 数据输出 CID 输入延迟EC0 初始控制输出CI 控制输入 VDD 正电源 VSS 负电源 - 15 -3.4LS1240LS1240 是单片机电子振铃发生器。它含低频和高频振荡器、输出放大器、电源全波整流与控制电路。可产生频率由外接元件控制的双音频振铃信号。是应用较广泛的优选通信集成电路。特点:1) 、产生频率可调的双音频振铃信号2) 、外接元件控制输出信号频率和转换速率。3) 、可由用户线交流振铃信号经桥式整流馈电。LS1240 的管脚图如图 3.4 与表 3.4 所示:图 3.4 LS1240 管脚图表 3-2LS1240 引出端管脚说明LINE1、2 用户线接入 GND 地C 外接电容 R 外接电阻RING 振铃信号输出 CF 外接滤波电容 - 16 -第 4 章 系统的硬件设计部分4.1 极性保护电路在安装电话时,2、4 两条外线上的电压极性是不确定的,可能是 2 正 4 负,也可能是 2 负 4 正,极性保护电路就可以把极性不确定的电压变成极性固定的电压。具体电路如图 4.1 所示:1234VD1VD3VD4 VD2Q1Q2Q3Q4分分分分图 4.1 级性保护电路图中的 VD1、VD 2 、VD 3、VD 4是整流二级管,通话电路是负载。当 1、3 两端加上 1 正 3 负的电压时,VD 1、VD 4承受正向电压而导通,VD 2、VD 3承受反向电压而截止。电流流向为:1 VD 1 负载 VD 4 3。此时 2 点为正,点 4 为负。当 1、3 两端加上 1 负 3 正的电压时,VD 1、VD 4承受反向电压而截止,VD 2、VD 3承受正向电压而导通。电流流向为: 3 VD2 负载 VD 3 1 此时点 2 为正,VD4 点为负。由此可见,不管端的电压极性怎样变化,2 点的电压总是正的, 4 点的电压总是负的。极性保护电路能让音频信号通过,而又不把音频信号整流。因为极性保护电路在工作的时候有直流通过,这就给二极管提供了偏置电流,而音频信号电流又非常小,音频信号就调制在直流上,音频信号的负半周不会使二极管截止,所以不会把音频信号整流。 - 17 -4.2 振铃检测电路本部分电路由 LS1240、TIL117 、NE555 组成。它主要用来检测振铃信号。LS1240 是振铃发生器 。它含低频和高频震荡器,输出放大器,电源全波整流与控制电路。可产生频率由外接元件控制的双音频振铃信号。该电路的电压取自线路送来的 25 赫兹交流振铃电压。25 赫兹振铃电压通过内部整流电路和稳压电路变为直流电压,供集成电路内部的振荡器和功率放大器使用。该芯片由用户线交流振铃信号馈电,经过一个隔直电容 C1和限流电阻 R1 加致集成片的 1 脚和 8 脚。经内部桥式整流和 7 端外接电容 C3滤波,得到电压 Vcc,以向 LS1240 内部的震荡器和放大器供电。3 脚是扫描速率控制脚,它和 2 脚之间接一个电容 C2,改变电容的容量可以调整振铃输出频率的切换速度。4 脚是输出频率控制脚,它和 2 脚之间接电阻 R 2,改变电阻的阻值可以调整振铃信号输出的频率。本部分电路中,由于 LS1240 的输出接的是光耦而不是喇叭,所以它的外围器件参数要求不是很严格,可以采用该器件的典型外围电路值,即 C2为 0.1uF,C 3为 10 uF, R 2为 15 K,R 3为 5.1K 。根据这参数可以计算出 LS1240 的输出频率。其中一个输出频率 fH1=(2.6710 7) /R2 , 这里 R2=15K,所以 fH1=(2.6710 7)/1510 3=1780(Hz)。另一个输出频率fH2=5fH1/7,所以 fH2=51780/7=1271(Hz)。扫描频率 fL=10-6/C2,这里 C2=0.1F,所以 fL=10-6/0.110 -6=10(Hz) 。此振铃信号以最高频率 1780Hz,最低频率 1271Hz扫描频率 10Hz 交替从 5 端输出。 从 LS1240 输出的电压使光电耦合器工作。由于输入是交流信号,所以每次振铃信号来临时,光电耦合的三级管输出都是一个脉冲串,此脉冲串通过 R5给 C4充电。当振铃信号消失后,光电耦合器的三极管输出低电平,此时 C4便开始放电。这样就形成了一个处发脉冲,处发后面的 NE555 工作。 用 NE555 作单稳态电路使用。其特点是电路的输出脉冲宽度与外处发脉冲的宽度无关,而全由外接电阻和电容空制。当电源 VDD加上后, NE555 的置位端 2 脚无处发信号,即在稳定状态,输出端3 脚为低电平,定时电容 C6上的电压 UC6=0。当 2 脚加进低于 1/3VDD的负向脉冲时,NE555 的输出端 3 脚变为高电平,即 NE555 的输出 U0=“1”。此时,电路进入暂稳态。当 2 脚的输入的脉冲消失后,NE555 内部的处发器的输出仍保持不便,故 NE555 的输出端 3 脚仍为高电平即 U0=“1”。在暂稳态间,V DD通过 R6对电容器 C6充电,电容器 C6上的电压呈指数形式上升,即 Uc6=VDD(1-e -T/R6C6) 。当 C6上的电压为 2/3VDD时,电容 C6通过 NE555 内部的三极管迅速放电至低电平“0” ,此时输出 U0=0。电路又复原至稳态。U C6从 0 上升到 2/3VDD的时间为 T,则有:2/3V DD=VDD(1-e -T/R6C6)得出T1.1R 6C6。 - 18 -它的波形如图 4.2 所示: - 19 -VDDU20U0 T UC6 2/3VDD图 4.2 NE555 的各脚波形 对应图本电路中要求在第二次振铃信号来临之前 C6要放电完毕。所以要求 NE555 输出的脉冲宽度要小于两次振铃之间的间隔,以免造成混乱。本部分电路中要求 NE555 输出的脉冲宽度为 0.5 秒,由 T=1.1R6C6 =0.5,取R6=100K 得出 C6=4.7uF。在单稳态电路输出脉冲后通过单片机计数,本装置定为振铃响六次后,单片机输出高电平,触发后端电路,实现主机摘机。本部分具体电路如 4.3 图:66925LDVE28LDVE11GND2C3R4CF7LS1240R12.2kR46.8kR6100kR35.1kR21.5kR55.1kC20.1uC50.1uC10.1u/160VC310uC64.7uC44.7uA1TIL117258 41 376555+5V分分分分图 4.3 振铃检测电路4.3 主机摘机电路 本部分电路由三极管 2N5401 和 2N5551 组成。具体电路如图 3.4 所示: - 20 -R8470 R715KR101.5KR9220 D1LED1V32N5551V22N5551V1 2N54011234VCCVD1VD3VD4 VD2Q7Q6Q1Q2图 4.4 主机摘机电路在电话处于摘机状态时,交换机是通过一个大电感给电话机供电的。所以,在摘机环路由导通到断开的瞬间,线圈产生很高的反向电动势。反向电动势的极性与电源电压的极性相同,叠加后电压高 100 伏以上。此电压加到三极管 V1、V 2集电极和发射极,如果三极管的反向击穿电压小于该电压,三极管就会反向击穿而损坏。因此,在电路设计时选用了反向击穿电压大于 160 伏的 2N5401 和 2N5551。参数计算:电话在摘机状态时,外线两端的电压大约为 7 伏,提供的电流大约为 30mA,所以当交换机检测到此信号时便知道主机已经摘机。摘机时电流大约为 30mA,因此 V1管的发射极电流 IE1=30mA,那么流过 V1基极的电流大约应为 15mA,这样电阻 R8就可以被确定。当电话摘机时 V1导通,发射极和基极之间有 0.7V 的压降,所以 R8 =(7-0.7)/1510 -3=420。流过 V2集电极的电流 IC2就是流过 V1基极的电流,所以 IC2=IB1=15mA。另外,由于所处工作点不同,三极管的 值也是在不断浮动的。此时 V2的 值约为 50左右,这样就可以计算流过 V2基极的电流 IB2,I B2=IC2/=15/50=0.3mA。流过 V1集电极的电流 IC1就是流过 V3基极的电流 IB3,所以 IB3=IC1=30mA。所以电阻 R9可以被确定,R 9=(7-0.7)/3010 -3=210。从单片机输出的高电平为+5V,而 V2的基极电流又为 0.3mA,所以三极管 V2的集电极电阻 R7可以被确定,R 7=(5-0.7)/0.310 -3=14K。经过综合考虑,在这一部分电路设计中,选用了阻值分别为:R8=470,R 7=15K,R 9=220 的电阻。工作原理: - 21 -当单片机 P1.0口输出高电平后,通过 R7给 V2提供基极偏置电流使 V1导通。V 1导通后通过 R9给 V3提供基极偏置电流使 V3导通。当 V3导通后驱动发光二极管发光,表明主机已经
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