摘 要: 探討了FSK來電顯示技術(shù)及DTMF編解碼" title="編解碼">編解碼技術(shù)，給出了具有來電顯示和DTMF信號收發(fā)功能的智能控制模塊" title="控制模塊">控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程。采用AT89C52單片機(jī)控制HT9032C、MT8880等芯片，設(shè)計實現(xiàn)了基于電話網(wǎng)的DTMF信號的收發(fā)以及來電信息的采集智能控制模塊，并通過RS232接口與上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)通信，提出了軟硬件抗干擾的具體措施。
關(guān)鍵詞： 來電顯示； 頻移鍵控； HT9032C； MT8880
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隨著電信事業(yè)的迅速發(fā)展以用電話的普及程度的提高，電話的用途不只局限于人與人之間的語音通信上，許多借助于電話和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的功能擴(kuò)展已對社會生活產(chǎn)生越來越重要的影響。
來電顯示業(yè)務(wù)，其專業(yè)名稱為主叫識別信息傳送及顯示業(yè)務(wù)，簡稱CID(Calling Identity Delivery)。其原理是交換機(jī)在給用戶提供正常電話業(yè)務(wù)的同時，按照一定的時序向用戶終端提供主叫號碼、日期、時間等信息，在用戶終端接收并顯示。在監(jiān)控領(lǐng)域，可以利用電話網(wǎng)的現(xiàn)有通信資源組建基于電話網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，利用DTMF信號傳輸控制數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程控制監(jiān)控對象，實現(xiàn)應(yīng)用于電話網(wǎng)絡(luò)的、基于來電顯示技術(shù)的智能控制。
1 主要技術(shù)簡介
1．1 來電顯示技術(shù)
來電顯示數(shù)據(jù)傳送有兩種制式：頻移鍵控(FSK)和雙音多頻(DTMF)。由于DTMF制式自身存在的缺點，它將逐步被FSK制式所取代。
在FSK制式中，來電信號的發(fā)送時序是在第一次振鈴與第二次振鈴之間，根據(jù)信號格式的不同數(shù)據(jù)消息格式可以分為：單數(shù)據(jù)消息格式(Single Date Message Format)和復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式(Multiple Date Message Format)。前者的結(jié)構(gòu)簡單，但可容納的信息內(nèi)容較少；后者的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可容納的信息內(nèi)容較多。
各地數(shù)據(jù)消息格式可能不一樣。經(jīng)實測，筆者所在地使用復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式，因此本模塊使用復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式。
復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式如圖1所示，它由同步信號" title="同步信號">同步信號、標(biāo)志信號、消息類型（80H）、消息長度、若干參數(shù)消息（由參數(shù)類型、參數(shù)長度、參數(shù)字構(gòu)成）及校驗字等組成。其中，參數(shù)類型有五種：01H、02H、04H、07H、08H。0lH表示來電日期和時間，02H表示主叫電話號碼，04H表示主叫者的電話號碼或姓名（來自長途線路），07H表示主叫姓名，08H表示話碼被有意隱藏而不能顯示。
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數(shù)據(jù)包格式舉例：
55H，55H，55H……??????? ；150對0、1相間的同步信號
80H，17H，01H，08H，30H，36H，30H，32H，31H，32H，32H，
35H，02H，0BH，31H，33H，39H，35H，32H，33H，34H，36H，37H，
31H，39H ????；復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式
BCC校驗字??????????????? ；復(fù)合數(shù)據(jù)消息的所有字符按
??? 256的模求和取補
上例消息格式中：80H表示復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式；17H表示數(shù)據(jù)長度（從其后到校驗字之前）為23字節(jié)，這個值是可變的，它隨著各地的電話號碼長度的不同而變化；01H表示第一消息類型，即時間類型；08H表示第一消息類型數(shù)據(jù)長度，月、日、時、分共8字節(jié)，且長度固定（本例為06月02日12時25分），采用ASCII碼表示；02H表示第二消息類型，即電話消息類型；0BH表示電話號碼長度，為11位，由于各地區(qū)的電話號碼長度不一致，其長度是可變的（本例為13952346719）。
1．2 DTMF技術(shù)
DTMF是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數(shù)字信號以實現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的傳輸速度，可廣泛用于電話通信系統(tǒng)中。雙音頻解碼電路是系統(tǒng)中的核心部分，它的工作狀況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計中使用雙音頻解碼集成芯片MT8880來完成DTMF信號的收發(fā)。
MT8880是MITEL公司生產(chǎn)的DTMF信號發(fā)送/接收芯片，該芯片功耗低、集成度高、可進(jìn)行編程控制、可與多種單片機(jī)接口完成DTMF信號發(fā)送、接收、檢測等功能。
2?硬件電路設(shè)計
本智能控制模塊由MCU AT89C52、FSK解碼芯片HT9032C、DTMF編解碼芯片MT8880、RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232、串行EEPROM芯片AT24C02、看門狗芯片IMP813、模擬摘機(jī)電路、電源電路等組成。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。
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系統(tǒng)工作原理：在沒有振鈴的情況下，HT9032C的RDET端輸出高電平，當(dāng)有振鈴時，RDET輸出低電平直到振鈴結(jié)束，RDET信號與單片機(jī)的P1.2相連。當(dāng)有振鈴信號時，單片機(jī)在第一次振鈴結(jié)束后，設(shè)置HT9032C的PDWN信號端為低電平，使HT9032C脫離省電模式，并接收FSK信號，在MCU接收數(shù)據(jù)經(jīng)校驗后，將接收到的主叫來電號碼通過光耦經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換后送上位機(jī)（PC機(jī)），若接收有錯，則向上位機(jī)發(fā)送錯誤數(shù)據(jù)。
PC機(jī)驗證來電號碼有效后，則向下位機(jī)（AT89C52）發(fā)送控制命令，下位機(jī)設(shè)置DTMF編解碼芯片MT8880內(nèi)的控制寄存器，使其根據(jù)需要工作于DTMF編碼或解碼狀態(tài)。控制和接收數(shù)據(jù)由PC機(jī)處理?？撮T狗電路防止程序跑飛或死機(jī)，AT24C02存儲所需電話號碼。系統(tǒng)中，MAX232和光耦采用隔離變壓器單獨供電。
3 軟件流程
主程序中主要完成各芯片初始化、波特率設(shè)置、來電號碼接收、DTMF信號接收和發(fā)送、串行EEPROM讀寫等工作；接收來電號碼子程序中，主要完成振鈴檢測、750ms延時、檢測同步信號、接收來電號碼數(shù)據(jù)、向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。由于來電顯示接收涉及比較精準(zhǔn)的時序，因此在編程時應(yīng)特別注意時序問題。本設(shè)計中，MCU串口" title="串口">串口設(shè)置了兩種波特率，一種為1 200b/s，用于與HT9032C通信，接收來電顯示數(shù)據(jù)；另一種為9 600b/s，用于與上位機(jī)的通信。主程序流程圖和接收來電號碼子程序流程圖分別如圖3、圖4所示。
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4 模塊抗干擾措施及系統(tǒng)調(diào)試
本模塊在電話網(wǎng)與PC機(jī)之間起橋梁作用，因此軟件編程對時序要求比較嚴(yán)格，解決模塊的抗干擾能力是本模塊的重點和難點問題，若不能很好地解決模塊的抗干擾能力，將直接導(dǎo)致無法進(jìn)行FSK解碼或解碼經(jīng)常出錯，或無法正確收發(fā)DTMF信號。系統(tǒng)的干擾源主要有以下幾種：電話線傳輸距離遠(yuǎn)，容易受外界電磁干擾；電話線相對“大地”電阻很小，模塊和PC機(jī)相連受PC機(jī)“接地”影響；電話線上并機(jī)使用比較常見，模塊接收數(shù)據(jù)受并線話機(jī)影響。
為了提高模塊的抗干擾能力，主要從軟硬件兩方面去解決干擾源引起的解碼失效問題。對于電磁干擾，主要從軟件編程上加以解決：檢測振鈴信號時，采用延時并多次采樣的方法解決干擾問題。如圖1所示的70ms高電平標(biāo)志信號最容易受電磁干擾，該信號檢測失效，將引起串口接收啟動，導(dǎo)致解碼失效。為了解決這類問題，采用了檢測同步信號和嚴(yán)格定時的方法，也就是在檢測同步信號(30字節(jié)的01010101串)結(jié)束后，精確延時65ms后再開串口中斷，這大大提高了模塊的抗干擾能力。
PC機(jī)“接地”干擾的原因是：計算機(jī)系統(tǒng)“地”與“大地”直接相連，而電話線相對“大地”內(nèi)阻很小，當(dāng)電話線上出現(xiàn)FSK或振鈴等交流信號時，信號被電容交流短路，這將導(dǎo)致不能正確解碼或解碼出錯。解決這一問題的辦法是:采用隔離電源對主控電路、RS232接口電路分別供電，效果很好。
本模塊中，由于仿真器與PC機(jī)相聯(lián)，PC機(jī)接“大地”，串口由隔離電源供電，因此系統(tǒng)調(diào)試時不會造成干擾的影響。否則，不能調(diào)試，這一點很重要。
筆者在進(jìn)行模塊調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)并線的電話沒有人使用時，F(xiàn)SK解碼非常穩(wěn)定，但當(dāng)并線電話頻繁使用特別是第一次振鈴結(jié)束時，并線電話一摘機(jī)，則經(jīng)常出現(xiàn)解碼失效。因此，筆者建議，本模塊應(yīng)專線專用，或要求在兩次振鈴期間不要摘機(jī)。
接收DTMF信號之前，必須對MT8880進(jìn)行初始化，否則其工作不正常；然后將MT8880設(shè)置為BUST發(fā)送模式，利用MCU模擬MT8880芯片的時序，發(fā)送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所需的DTMF信號，通過接口電路將DTMF信號發(fā)送到電話線上。接收DTMF信號時，將MT8880設(shè)置為接收模式，利用MCU模擬MT8880芯片的時序，接收DTMF信號。
電話號碼存儲要用到EEPROM芯片AT24C02，該芯片使用串行I2C總線方式，但AT89C52芯片沒有I2C總線接口。為了存儲電話號碼，要用AT89C52 P1.0、P1.1管腳模擬I2C總線接口時序，以便能對該芯片正確讀、寫。但要注意，在連續(xù)多字節(jié)讀取時，一次最多只能讀8個字節(jié)，多于8個字節(jié)時，要分兩次讀取。
本模塊基于電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范，利用MCU控制FSK解碼芯片及DTMF芯片，實現(xiàn)主叫電話號碼識別、DTMF數(shù)據(jù)收發(fā)，接收的來電號碼及收發(fā)的DTMF數(shù)據(jù)可通過RS232口送往上位PC機(jī)，實現(xiàn)各種控制功能。本文提出的智能控制模塊，其串口采用隔離變壓器單獨供電，硬軟件上采用多種抗干擾措施，性能穩(wěn)定，可靠性高，最大的特點是具有RS232接口，能方便地實現(xiàn)上下位機(jī)的通信，實現(xiàn)基于來電顯示及DTMF技術(shù)的各種控制功能。
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