基于公共电话网的家用电器控制系统.doc

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1、本科生毕业设计（论文） 摘 要2l世纪是信息化飞速发展的时代，通过利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、无线技术，将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，使智能化远程控制家居的设想成为可能。所谓的智能家居指的是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络。本文完成了一个基于公共电话网的家用电器控制系统。它以单片机AT89C51为核心，附加振铃检测电路、摘挂机控制电路、DTMF信号收发电路、语音电路、键盘显示电路、监控复位电路。再结合相应的软件设计，实

2、现了家用电器的远程控制和报警功能。此系统主要研究如何通过电话网与单片机控制器来监控家中的各种家用电器；详细的阐述了DTMF信号的接收和解码原理、接收电路芯片MT8870的应用以及通过电话来控制家电时，语音提示电路语音提示信号提示呼叫者如何操作，达到远程控制家用电器工作状态的目的。利用公用电话网实现对家用电器的远程控制与常规的遥控方式相比，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，使用简单、方便。关键字: PSTN；DTMF；语音提示；远程控制VAbstractWith the application o

3、f advanced computer technology, network communication technology, cabling technology and wireless technology, various home livesrelated subsystems can be combined and the idea ofintelligent remote control of home are enabled. By using the combination of advanced computer, communications and control

4、technology, intelligent home means to establish a family management system of integrated services, including home security system, network services system and home automation system. Comprehensive security protection and facilitation the communication network can be achieved by the intelligent home

5、systemA public telephone networkbased intelligent home control system is established in this study. It AT89C51 microcontroller as the core, additional ringing detection circuit, hook control circuit, DTMF signal transceiver circuit, the voice circuit, display circuit keyboard, monitor reset circuit.

6、 Combined with the corresponding software design, implementation, remote control of household appliances and alarm functions.How to monitor a variety of home appliances through the telephone network with the singlechip controller is mainly investigated by the system.It also elaborately interprets th

7、e principle of the DTMF signal receiving and decoding，the applications of the MT8870 chip receiver circuit,and how to control home appliances through the telephone as well.According to the voice prompt signal, the caller can handle the household appliances through the remote control.Based on PSTN, t

8、he remote control of home appliances can be achieved.Compared to the conventional ways, no special wiring is needed；radio frequency resources are not occupied；and electromagnetic pollution are avoidedAt the same time，based on the fact that telephone lines are joined into a network, PSTN remote contr

9、ol can take full advantage of the existing telephone network, control remote distance across the provinces and the cities, use Simple and convenient.Key Words:Energy meter；non contact ；IC card；Radio Frequency Identification目 录第1章 绪 论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外发展的现状11.3 本文的主要工作2第2章 系统的总体方案设计52.1 系统设计内容和功

10、能52.2 系统方案选择52.3 系统总体方案的设计6第3章 各单元硬件电路设计73.1 单片机最小系统电路73.2 振铃检测电路设计93.3 自动摘挂机电路设计113.4 DTMF收发电路123.4.1 双音频编解码技术介绍123.4.2 双音频电路的作用143.4.3 双音频解码芯片MT8870143.4.4 MT8870与单片机接口电路163.5 语音提示电路设计173.5.1 ISD4004芯片介绍173.5.2 ISD4004与单片机接口电路213.6 键盘显示电路设计233.6.1 HD7279A介绍233.6.2 HD7297A与单片机接口电路243.7 监控复位电路设计243.

11、8 电源电路26第4章 系统软件的设计274.1 系统总体程序流程图274.2 振铃检测次数设计274.3 语音程序设计274.3.1 ISD4004的录放音程序流程图274.3.2 AT89C51与ISD4004的接口及录音放音程序设计274.4 MT8870程序设计344.5 密码检测设计38第5章 结论40参考文献41致谢42附录43附录53附录54第1章 绪 论1.1 课题研究的背景及意义 随着科学的发展液位的检测方法也在变化，精度也有了更佳的提高。单片机技术和传感器技术的发展使液位测量方法得到了更进一步的发展。超声波在液位测量中的应用也越来越广，但是就目前的发展水平来说，超声波在测距

12、系统中的应用还有一定的限度，因此研究超声波的液位检测是很有发展前景的。它在技术和产业领域具有广阔的发展空间。本次设计中，通过外界环境温度的检测提高了超声波测距的精度。通过延时避免了接收未经液面反射的超声波，其次利用温度传感器检测外界温度，采用当前温度下的超声波速度去计算，从而提高了距离计算的精度。在未来，超声波的液位测量将有更大的用途，更大的应用范围。它不但可以帮助人们解决很多生活中的困难，还可以作为科学探测和研究的手段。特别是水位的测量，可以帮助确定水位的高度，以便于其他工作的顺利进行。本设计中采用反射式的方式，超声波传感器发射超声波，遇到液面后超声波被反射回来，超声波接收探头接收超声波。其

13、间通过单片机的控制，P1.0口输出控制信号从555振荡器输入到驱动电路驱动超声波发射电路，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。经过液面反射后超声波接收探头将接收到的超声波送到单片机进行处理。单片机通过各个引脚来实现和各电路模块的接口连接。并通过软件的设计来控制整个检测过程。一步一步，从发射到接收超声波，定时器的初始化，中断程序的编写，温度的采样，距离的计算，单片机都发挥了重要的最用。它是整个检测系统的内部核心。这次对超声波液位检测的设计获得了具有很大的成果和意义，在这个科学技术是第一生产力的时代，应用科学技术去解决生活中和工作的困难变得具有更高的价值

14、。在设计中，我加深了对超声波的认识，对它的原理掌握的更好了。目前超声波已广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。此外我认识到单片机在各方面都有很大的应用潜能，在自动控制领域它更是发挥了不可替代的作用。本设计利用超声波实现液位的测量，检测方便，易于实时控制，达到了工业的要求，因此具有实际的意义和广泛的应用前景。1.2 国内外发展的现状智能家居的概念自20世纪80年代末引入我国以来，智能家居行业得到飞速的发展，智能家居系统正逐步走入普通百姓家庭。在国内，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能小区”概念，而是基于小区的多层次家居智能化解决方案。它综合利用计算机、网络通讯、家电控

15、制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及消费服务、小区安防监控等家居生活有效地结合起来，在传统“智能小区的基础上实现了向家的延伸，创造出高效、舒适、安全、便捷的个性化住宅空间。目前我国智能家居的发展存在很多障碍和问题，例如智能家居工程技术人员缺乏，管理水平低；行业规范与标准制定滞后；智能家居产品的层次和技术含量低，智能化不明显，精品很少。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，目标是提高住宅使用功能、推进住宅质量换代、促进住宅产业化，同时摸索出一套适合各地的住宅小区智能化技术体系。该示范工程的启动，标志着我国智能化住宅小区的建设进入

16、了新的发展阶段。我国在(2000年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案中，将建设智能化小康示范小区列入国家重点发展方向。因此必然促进智能化从智能大厦向住宅小区智能化，乃至家庭智能化的方向发展。2002年2003年，有相当一部分高档和中档的住宅小区和私人住宅，将在控制和管理上实现一般意义上的智能化，宽带网将进入一般居民的住宅和小区，为智能家庭网络功能的完善佐以一定的条件。20032004年是智能家庭网络系统在中国推广应用的两年。我国自行研制的系统已经较为成熟，并有能力与国外的系统和产品相抗衡。新建的住宅和小区大部分将配备一定的智能化设施和设备。建设部要求“到2010年，大中城市中60的住宅要实

17、现智能化。在国外，2003年，新加坡有近30个住宅小区的近5000户家庭配置了家庭智能化系统，而在美国有近四万户家庭，目前智能家居正以异乎寻常的速度在国外普及。在智能家居产品方面，成熟的智能家居系统、具备网络接入功能的信息家电越来越多；行业规范方面，它正逐步成形，例如家庭总线系统HBS(Home BusSystem)，由日立、三菱、松下、东芝等公司联合提出，由日本电子机械工业协会与电波技术协会共同制定。随着信息化的发展和科技的进步，人们对生活质量要求也不断提高。对家电的选择和使用，己从只关心其功能转向更关注家电品位和控制的便捷性，信息技术和网络化技术的发展，为家用电器的远程控制提供了可能。将信

18、息技术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要，正是消费类电子产品下一步的发展趋势。但是，目前信息化家电的发展并不乐观。首先是价格问题。信息家电必须迈过价格这道门槛，能为更多的家庭所接受。其次是是否实用。消费者不会在意信息家电采用何种技术，而只在意产品是否有用，是否好用。基于对这两点的考虑，家电远程控制系统应该是低成本，人性化，通用化，构建一个最小的家电远程控制通用系统。1.3 本文的主要工作56本文着重于设计着重于远程DTMF信号的接收和处理以及数字控制信号的输出的设计。实现以下功能：有电话打入时，振铃电路检测到电话振铃信号，等待系统默认

19、的振铃次数后，启动自动摘机电路实现摘机，并送出提示音信号，用户输入预先设定的密码，控制装置通过双音多频解码电路读取输入密码，与预设在控制装置中的密码进行对比验证，如果密码错误，系统自动挂机；密码正确，则进入控制状态。该装置通过双音多频解码电路获得用户发出的命令，并根据用户的命令执行开机、关机等操作。当人在默认的振铃次数之前接电话，不进入电话控制状态，因此不影响电话的正常使用。本文主要针对这几个模块进行研究设计，经过一番仔细的论证比较，决定各个系统的主要模块方案如下：主控电路：主控单元电路采用AT89C51单片机，用于控制自动摘挂机电路、DTMF收发电路、语音提示电路以及接受外部控制信号，且完成

20、对各种信息的记录。振铃检测电路：以光耦为核心元件构成，当有振铃信号时，信号给光耦的输入端即发光二极管提供电流，使光耦工作，其输出端即三极管的集电极经一反相器输出方波信号，可供主控单元检测。自动摘挂机电路：主要由光耦和一个高压三极管组成，当电话远程查询系统检测到有效的振铃信号的时候，可实现的当主控单元的相应口输出高电平，电路可以进行摘机操作，当相应口输出低电平时，电路可进行挂机操作。DTMF解码电路：采用DTMF解码器MT8870。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，由电话线传送过来的两个高、低音频的组合信号被中心控制器的DTMF双音多频编解码电路接收解码并以BCD码的形式送入单片机，单片机即

21、可对相应设备进行控制操作；相反，由单片机送出的BCD码经DTMF双音多频编解码电路编码后，产生两个高、低音频的组合信号也可通过电话线向外发送出去。语音提示电路：采用ISD4004芯片, 它采用了“多级存储”等专利技术,该芯片的特点是录音时间长,它的片内含大容量的FLASH memory(2840K),一片电路就能实现最长达16 分钟的录放音。第2章 系统的总体方案设计2.1 系统设计内容和功能当需要遥控家用电器时，拨打相应的座机电话号码，振铃检测电路检测铃流信号。如果有人接听电话或振铃次数少于设定次数，对程控电话的使用不造成影响；当振铃次数达到设定次数后，启动语音提示电路并发出提示音，询问是否

22、进入家电控制模式。按“O”键否，挂机退出，按“1”键是，摘挂机电路自动摘机进入控制状态并将摘机信号输入到单片机中。单片机接收到摘机信号后，启动语音提示电路发出提示音，提示操作者输入密码。输入的密码经DTMF接收，转换成二进制数并与事先存储在单片机中的密码比较。如果不相符，则语音提示密码错误，可再次重新输入，若三次密码错误则发提示音并自动挂机；如果密码相符，则语音提示选择控制通道。通道选择后，按下“1”键表示开启该路电器，并有语音提示“该路电器已经开启”；按下“O”键表示关断该路电器，有提示音“该路电器已经关闭”；再按“O”键则可挂机退出。若超时则自动挂机。如果家用电器出现故障起火，安装在电器附

23、近的温度传感器会提示单片机，并将所有家用电器的电源断掉，然后通过DTMF可以拨打已经设置好的主人电话。设计具体内容：(1)主控单元电路(2)振铃检测电路(3)摘挂机控制电路(4)音频接收与发送电路(5)语音及键盘电路2.2 系统方案选择为使基于电话网空调控制系统具有较好的实用性，并且具有较高的性能/价格比，对该系统的硬件电路作了精心设计。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AT89C51 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。外围电路包括振铃检测电路、摘挂机控制电路、DTMF信号的译码电路等等。语音存储芯片采用的是ISD4004

24、语音芯片，用来存放语音菜单的提示信息，以及信息查询系统中的语音信息。DTMF译码芯片则采用了MT8870，它具有分离滤波的功能，将DTMF信号转换成BCD码，还可以反向将BCD码转换成DTMF信号发送到电话网。2.3 系统总体方案的设计本设计远程家用电器控制系统主要由单片机、振铃检测电路、自动摘挂机电路、DTMF收发电路、语音提示电路、键盘电路等组成。本设计采用模块化设计思想，以单片机AT89C51为核心，将其他模块有机的整合在一起，形成一个统一的系统，硬件系统的框图如图2.1所示。振铃检测电路自动摘挂机电路AT89C51 单片机DTMF收发电路语音提示电路并行通信电路智能家电控制器电话线键盘

25、图2.1硬件原理框图第3章 各单元硬件电路设计3.1 单片机最小系统电路AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，A

26、T89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机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。如图3.1所示。图3.1 AT89C51芯片引脚图AT89C51的主要特点：l 与MCS-51 兼容l 4K字节可编程闪烁存储器 l 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年l 全静态工作：0Hz-24Hzl 三级程序存储器锁定l 1288位内部RAMl 32可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 5个中断源 l 可编程串行通道l 低功耗的闲置和掉电模式l 片内振荡器和时钟电路管脚说明：l VCC：供电电压。l GND：接地。l P0,P1,P2,P3：输入/输出端口。l P3.0

27、/RXD：串行输入口。l P3.1/TXD：串行输出口。l P3.2 /INT0：外部中断0。l P3.3 /INT1：外部中断1。l P3.4/T0：计时器0外部输入。l P3.5 T1：计时器1外部输入。l P3.6 /WR：外部数据存储器写选通。l P3.7 /RD：外部数据存储器读选通。l P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。l 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。l 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

28、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才起作用。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。l /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，每个机器周期两次/PSEN有效。在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。l /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

29、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）。l XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。l XTAL2：来自反向振荡器的输出。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。3.2 振铃检测电路设计该电路是以光耦为核心元件构成的，如图3.2所示。电话上无振铃信号时该电路不工作。当有振铃信号时，此信

30、号给光耦的输入端即发光二极管提供电流，使光耦工作，其输出端即三极管的集电极经一施密特反相器输出方波信号可供主控单元检测。图3.2振铃检测电路电路的设计思想由于没有摘机信号时，在电话线两端的电压是48V60V的直流电压信号。而程控机送来的振铃信号是25Hz+/-3Hz 的正弦交流信号，峰峰值在90V+/-15V，信号的形式是1 秒钟送，4 秒钟断。检测振铃信号的方法有很多种，而最普遍的是利用光耦来实现。因为用光耦来实现的振铃检测电路，具有价格便宜、设计简单、工作可靠等优点。在设计时只需提供给光耦适合的输入电流即可使其工作同时，可在软件部分进行振铃次数的检测，设置在一定次数的振铃后再摘机，提高系统

31、的稳定性。元器件的选取1. 电容C1 的选取用电解电容 C1 来过滤直流滤出低频信号。2. 电阻R1 的选取电阻 R1 是限流电阻，用来限制流经光耦TIL113 输入端的电流。必须考虑到，如果电阻选择太小，流经光耦的发光二极管的电流就很大，虽然此电流可保证光耦正常工作，但是由于电话线的阻抗小到一定值，便会在电话环路内形成动作电流（程控交换机测得环路电流大于某一值时，即认为有用户摘机），会影响电话线路的正常工作。3. 二极管D1 的选取二极管 D1 的选取主要考虑到要对光耦进行保护而设计的。二极管D1 反相并联在光耦的输入端即发光二极管端。程控交换机送来的振铃信号的最大值可达150V，如在正半周

32、时此信号加在光耦的发光二极管两端，使其导通；在负半周内此信号使得光耦的发光二极管截止，这样就要求光耦有良好的耐压性能。为了在负半周期内，高压不至于使光耦损坏，可经此二极管D1 续流。此处选取的D1 为1N4004。4. 光耦U1 的选取光电耦合器是一种光电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管封装在一起，通过光路耦合信号，输入和输出之间可以不共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器的用途上与隔离变压器的相同，主要用于两系统的隔离，但它的体积小、传输率高、使用方便、易于控制。5. 电阻R2 的选取电阻 R2 是给光耦的输出三极管集电极负载，主要保证光耦的输

33、入端电流转换为输出端的电压。6. 反相器的选取用来检测振铃信号的光耦在导通和截止时，光耦三极管的集电极（输出端）电平并不是确定的数值，如果此输出信号传给主控单元，势必使主控单元无法识别，影响其正常工作。为了解决这一问题，采用了在光耦的集电极加一施密特反相器的办法。反相器输出的波形有很大的改善，基本上是方波信号，本电路选取了斯密特反相器74HC14此种的反相器输出的电平可达到很好的效果（基本上低电平为0V左右高电平为5V左右），优化了电路设计，使其工作更加可靠。3.3 自动摘挂机电路设计摘挂机控制电路如图 3.3 所示，当电话远程查询系统检测到有效的振铃信号的时候，可实现自动摘机或挂机。主要由光

34、耦和高压三极管组成的。当主控单元的P0.5口输出高电平，电路可以进行摘机操作；当P0.5 口输出低电平时，电路可进行挂机操作。图3.3 自动摘挂机控制电路电路的设计思想控制光耦 U1 的导通或截止相应的三极管Q1 也随着导通与截止改变可挂接在电话线路上的阻抗从而实现了模拟摘机和模拟挂机操作元器件的选择1. 电阻 R2 R3 的选取主要考虑到摘挂机信号的产生，是改变加在电话线两端的阻抗，是环路电流达到一定的数值（大于18mA）， 当程控交换机测得这一变化时，就认为是摘机信号。加电阻R2、R3 主要起到限流和阻抗匹配的作用。2. 极性保护电路D2 的选取当程控交换机确认有摘机信号时，送来的是直流信

35、号，但是电话线哪一端为正，哪一端为负是未知的。为了解决这一问题，电话机中都装有极性保护电路，其工作原理与整流电路相似。这样做可以使不确定的极性变成确定的极性。经其变换后再与电路的其它部分相连，起到了必要的保护作用。本电路选取的4 个二极管的型号为1N4007。1N4007整流二极管特点： l 较强的正向浪涌承受能力：30A l 最大正向平均整流电流：1A l 最高反向耐压：1000V l 低的反向漏电流：5uA（最大值） l 正向压降：1.0V l 最大反向峰值电流：30uA l 典型热阻：65/W l 典型结电容：15pF l 工作温度：50+150 l 封装：DO-413. 光耦U1 的选

36、取光耦的作用是通过单片机的高低电平来控制三极管Q1的导通与截止，光耦的选择上主要考虑到导通时输出两端电压差能否使三极管Q1导通。本电路选择P521光耦，其导通时输出两端电压差为24V，满足三极管导通要求。4.三极管Q1、Q2 的选取Q1用于控制电路接通与关断，接在电话线路中的三极管一般都选择高耐压的三极管 该电路也考虑到电话线上的电压有时可能会出现很高的情况所以选用了高压三极管C2383。Q2的作用是放大通过Q1的电流信号，本电路选择9011。5. 耦合线圈T的选取在这部分电路中，耦合线圈的作用主要是与摘机电路的其他部分配合构成摘机阻抗，并耦合音频信号。3.4 DTMF收发电路3.4.1 双音

37、频编解码技术介绍电话机按种类分别有按键式电话机和拨号盘式(PULSE)和双音频电话机(TONE)。早期使用的拨号盘电话机，使用的是“脉冲信动拨号盘上相应的数字，拨号盘在回转的过程中“续”，从而使流过电话电路中的电流时有时无，拨号“l”时，电路“断、“续”一次，代表数字“续”8次，代表数字“8”；拨号“0”时，电路“断这种使用“脉冲信号的拨号方式，每拨一位号码能听见发出的一系列电脉冲声。但是，这种拨号容易导致交换机的识别错误。随着半导体技术的发展，“双音频信号已经遍使用的电话机，就是双音频电话机。电话机的按下电话键盘上的某一个符号，就会发出一个代表信号由两个频率的音频信号叠加构成，所以称之为“双

38、音频信号。使用“双音频信号的拨号方式拨号速度快、误别率低。比如拨0的时候，发出去的两个音频信号分别是941HZ和1336HZ，拨9的时候发出去的两个音频信号分别是952HZ和1477HZ等等。用户用电话进行拨号时都能从听筒中听到一种按键的声音，这种声音其实就是由两个不同的频率组合成的复合音。每个号码都是由两个音频信号组合起来的，因此叫“双音频”。每个号码都是由两个音频信号组合起DTMF(Double Tone MultiFrequency，双音多频)作为电话通信系统中的一种数据通信技术，具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度。目前的共用电话网络上，电话号码的传输，都是以DTMF信号方式进行；另外

39、，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输，例如语言菜单、语言邮件、来电显示、电话银行、ATM终端等。根据CCITT的建议，国际上采用的8种单音频的频率分别为687Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz。8种频率组合后所代表了16种不同的数字或功能键。DTMF是由低频组和高频组两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个组合而成。设V(t)为DTMF信号，Vh(t)和Vl(t)分别为构成V(t)的两个信号，则它们满足下列关系式：V(t)=Vh(t)+Vl(t)，式中两项分别表示低、高音频的值。根

40、据CCITT的建议，DTMF的编译码定义如表3.1所示，可用下式表示：V(t)=Asinwlt+Bsinwht。表3.1 DTMF频率分布对应表频率/Hz1209133614771633697123A770456B652789C941*0#D式中两项分别表示低、高音群的值，A和B分别表示低音群和高音群的样值全化基线。同时规定，对应于表3.1中的标称频率在发送时，DTMF信号的频率偏差不应超过18，每位数字的信号极限时长应该大于40ms，而接收设备对2的偏差应能可靠地接收，对30ms40ms的信号时长可以正常地接收。DTMF是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。两

41、个单音频的频率不同，代表的数字或实现的功能也不同。电话机身上通常有16个按键，其中有10个数字键0-9和6个功能键宰、撑、A、B、C、D。按照4*4组合原理，至少需要8种不同频率的单音频信号。可采用的频率有8种，故称之为多频；又因它采用从8种频率中任意抽出2种来进行组合编码，所以又称之为“8中取2的编码技术。组合编码如表3.2所示。表3.2 MT8870的输出代码与电话键盘上按键的关系按键输出代码按键输出代码按键输出代码按键输出代码D8 D4 D2 D1D8 D4 D2 D1D8 D4 D2 D1D8 D4 D2 D1100015010191001A1101200106011001010B11

42、103001170111*1011C11114010081000#1100D00003.4.2 双音频电路的作用由电话线传送过来的两个高、低音频的组合信号被中心控制器的DTMF双音多频编解码电路接收解码并以BCD码的形式送入单片机，单片机即可对相应设备进行控制操作；相反，由单片机送出的BCD码经DTMF双音多频编解码电路编码后，产生两个高、低音频的组合信号也可通过电话线向外发送出去。这样，根据DTMF的编解码原理，就可以借助遍及千家万户的电话线网实现家庭内部与外界的信息交换，它既可以检测由电话线传来的控制家电的双音频信号，也可以自动拨打预先设定的电话对家庭内的紧急情况进行报警。3.4.3 双音

43、频解码芯片MT8870拨号的时候，需要将每一个号码都转换成一对双音频信号，这种转换就叫做编码；解码就是将接收到的双音频信号重新还原成数据信号。DTMF解码电路作用就是将用户通过电话线从远方发来的双音频信号进行解码，还原成数据信号。本系统采用MT8870承担解码任务。其工作原理内部框图如图3.4所示。MT8870接收来自电话机的DTMF脉冲信号，该信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入到双音频滤波器，将双音频信号按高、低音频信号分开，再分别经高、低频滤波器，幅度检测器送到输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端输出相对应的8421码。MT8870各个引脚的功能MT

44、8870的引脚如图3.5所示。图3.4 MT8870的工作原理框图图3.5 MT8870引脚图其引脚功能如下：l IN+：运算放大器同相输入端。l IN-：运算放大器反相输入端。l GS：增益选择，它为内部运算放大器的输出端与前端连接反馈电阻提供通。l VREF：基准电压输出端，标准值VDD/2 用来给内部运放输入端加偏置。l INH：禁止输入信号检出。l PWDN：电源下降输入。l OSC1、OSC2：分别为时钟输入端及时钟输出端，这两脚之间接一个3.579545MHz的石英晶体组成内部振荡电路。l VSS：负电源输入端，大多数情况该端接公共地。l TOE：三态输出使能输入端，该端为逻辑高时

45、使能Q0-Q3有输出。l Q0-Q3：三态数据输出端，当TOE为使能时，提供与最接近接收到的有效音调对相对应的四位二进制码。l STD：延时导引输出端，当一个被收到的音调对已被寄存并且锁存器的输出已被校正时。该端为逻辑高，当STD/GT端电压降到低于VRS，时该端转换为逻辑低。l EST：早期导引输出端，表示有效音调频率的检测。一旦数字算法检测到一个有效的音调对（信号状态），该端就出现高电平信号状态的任何减小将导致EST转换为逻辑低。l STD/GT：导引输入/保护时间输出，它是一个双向端，STD检测出一个大于VTts的电压，器件寄存所检测到的音调对并校正锁存器输出；STD 端检测出一个小于V

46、Tts的电压，器件自由地接收一个新的音调对。GT输出的作用是重复外部导引时间常数。l VDD：正电源输入端，规定VDD为5V。3.4.4 MT8870与单片机接口电路MT8870电路的基本特性是提供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。该芯片外围电路简单、功耗小、抗干扰能力强，电路输出的二进制码D1-D4由数据输出允许端TOE控制。TOE为高电平时D0-D3 输出与当前输入的DTMF信号相对应的二进制码；当TOE为低电平时D0-D3端呈高阻状态。R19、R20和C17组成一反相放大器，通过控制GS端与IN-端对输入的DTMF信号进行隔离放大，其增益

47、K=R19/R20，改变R20的值可变增益的大小，但增益不宜过大，一般K值取为1-5，输入的DTMF信号的幅度应在27.5-883mV之间；4端为VREF 为基准电压输出端，取值VDD/2=2.5V；5端和6端为内部电路连接点必须与VSS，相连三脚相连后接公共地；7端与8端外连接3.7595MHz晶体与内含振荡产生基准频率信号；STD为控制输入延迟端，EST为初始控制输出端，S/GT为控制输入/时间监测输出端详细连接如图3.6所示。由电话线送进来的双音多频(DTMF)信号经电容隔直后送入MT8870，由MT8870内部放大后送入两级滤波器。第一级为拨号音滤波器，滤除350Hz和440Hz的信号，防止拨号音干扰电路正确解