摘  要: 一种新的有线传呼对讲系统的设计方法。该系统以单片机EM78P447SB为主控制器,通过信号发射芯片HT9200B和接收芯片MT8870等外围器件,实现了按键输入拨号进行个呼、部分呼、群呼、来电显示以及音乐铃声等功能。

　　关键词: EM78P447SB单片机  HT9200B芯片  MT8870芯片  有线传呼对讲系统

　　对于家居空间越来越大的居民(如楼中楼、别墅等)及在一栋大楼中办公的公司或部门,方便、廉价的通信是必不可少的,而低成本、功能较强的有线传呼对讲系统能满足这一需求。

1 系统设计

　　每个传呼对讲机主要由单片机控制模块和传呼对讲模块二部分组成。将所有的单机用1条总线连接起来就构成了有线传呼对讲系统,其系统框图如图1所示。

　　单机加电后,将开关K1置于待机、拨号状态,等待对方来电或本机进行拨号。

　　(1)若是对方来电,则对方来电信号经消侧音电路,到达MT8870。MT8870将该信号解码后,由单片机采集、识别,判断是否呼本机。如果是,则输出音乐铃声并显示来电;如果不是,机器不再响应,仍处于接收待机状态。在这个过程中,开关K2可以打开。

　　(2)若是本机拨号,还需将开关K2闭合。这时,如果总线上有信号(如通话或拨号),本机器对讲部分的喇叭就会发出声音,但需等待;如果喇叭没有发出声音,表明总线是空闲的,可以进行拨号。拨号过程:由键盘拨出要呼叫机器的号码,并在按下每一个数字的同时输出显示。如果按错了,长按*键(约3秒)即可消除。确认按键正确后,再按一下*键即可将已按键号码和本机号码一起发送出去,该二进制信号经HT9200B编码成DTMF信号,再经TDA2822M放大和消侧音电路加到总线上,传输出去。按键拨号发送完毕后,将K2打开,K1拨向对讲状态,等待对方回音,从而进入对讲状态。

　　要注意的是,由于每部机器都可设置本机惟一的号码,也可以设置一些公用号码,如部分的和群体的。因此,可以通过键盘拨号,实现个呼、部分呼、群呼等。

2 单片机控制模块

　　本模块采用EMC(台湾义隆电子有限公司)生产的单片机EM78P447SB为主控制器来设计单片机控制模块电路。硬件电路如图2所示。

2.1 单片机与键盘、7节显示器的接口设计

　　4个7节显示器与4×3键盘共用扫描电路。电路的扫描原理是:在7节显示器移位到下一个显示的同时,去读回键盘的输入线加以判断即可读到该行的按键。P64~P67是扫描线,设计为输出模式;P50～P53为按键的输入线,设计为输入模式。P60～P63设计为输出模式,将扫描的按键号码的BCD码经74LS47译码后供7节LED显示,而晶体管9012和1.5kΩ电阻组成的放大电路驱动每个7节LED,并且该放大电路可作为开关使用,从而控制各自的7节LED是否被点亮。此外,来电显示也可由P60～P63输出到7节显示器显示。

　　机器加电后,处于待机状态。#键为进入拨号状态的控制键,长按该键(约3秒),就进入拨号状态。拨号完成后,按动*键,即可将已按键的号码连同本机号码发送出去。已按键的号码为要呼叫的机器,发送的本机号码是为被呼叫机器来电显示用的。拨号过程中,如果按错了键,可长按*键(约3秒)进行消除。拨号发送完成后,机器又进入待机状态。

　　按键和显示必须配合进行。这里要解决的问题较多,如机械按键弹跳的问题。1个按键1次只送出1个编码,必须是该按键放开后再按下才会送出相同的编码和扫描法编程等。以上问题,可以用软件来解决(软件的主要设计在参考文献[1]有较详细的叙述)。

2.2 单片机与HT9200B的接口设计

　　EM78P447SB单片机具有价格便宜、速度快等特点,本设计使用HT9200B作为发射芯片,并采用并行传输模式(硬件电路见图2)。

　　HT9200B是专为μC接口而设计的DTMF发射芯片,广泛用于安全系统、住宅自动化、通信系统等。它与μC有串行/并行2种接口方式。HT9200B的并行工作方式为:提供4位数据输入引脚D0～D3以产生DTMF信号,置高电平以选择并行工作方式,它的11引脚CLK和12引脚DATA(为串行模式设计的)不用,均设计为上拉。输入数据代码应先准备好,然后将置低电平,从DTMF引脚发送DTMF信号。注意:从的下降沿到DTMF信号输出的延时大约6ms。

　　因此,单片机与HT9200B的接口设计中,用EM78P447SB单片机的P70～P73分别与HT9200B的数据输入端D0～D3相连接;用单片机的P74引脚与HT9200B的引脚相连接,以控制HT9200B的串行/并行工作模式;用单片机的P75引脚与HT9200B的引脚相连接,以控制HT9200B的发送控制信号,并将P70～P75设置为输出模式。

2.3 单片机与MT8870的接口设计

　　MT8870是DTMF接收芯片,工作性能十分稳定。它的编码方式与HT9200B的编码方式完全一致。当音频信号来到被MT8870解码后,MT8870的第15引脚S1D会由高电平1向低电平0跳变,故将该脚与单片机的中断引脚/INT相连接。输出的二进制编码信号Q1～Q4由使能端TOE控制。当TOE为高电平时,打开输出锁存器,输出与当前输入的DTMF信号相对应的二进制编码;当TOE为低电平时,Q1～Q4呈高阻状态,可直接挂在数据总线上。因此,用单片机的P77引脚控制MT8870的TOE端,并采用中断方式接收数据。也就是说,当信号线上的音频信号经消侧音电路来到时,MT8870就会将音频信号转换成二进制码,转换完成后,S1D就会出现一个下降沿信号,从而向单片机申请中断。单片机执行中断服务子程序,将TOE置为高电平后,就可以从MT8870采集数据了。每次中断,就采集1个数字。这里将单片机的P54～P57设计为输入模式,分别与MT8870的数据线Q1～Q4相连接。

2.4 发声电路

　　由单片机的P76引脚输出声频脉冲,经晶体管9013和3kΩ电阻等组成的放大电路驱动8Ω的喇叭发声。

　　当某一机器将所拨号码与本机号码发出时,线上所有的机器均接收,并将前4个号码与本机的号码比较,如果相符,就调用发声子程序(软件设计可参考文献[1]),由P76引脚输出,使喇叭发出一段音乐声。音乐停止后,再取出接收到的后4个数字(对方机器的号码)由P6口的P60～P63输出显示,即实现了来电显示。这样循环3次后,再清除接收号码计数器并返回到主程序的入口地址。在这个过程中,若切换电源到对讲电路,双方即可通话。

3 传呼对讲模块

　　该模块只需要1个音频功率放大集成电路TDA2822M、消侧音电路以及其他很少器件即可。该模块的硬件电路如图3所示。

　　每片TDA2822M内含2个集成运放。TDA2822M的1个集成运放的输入端7脚既接MIC也接HT9200B的DTMF引脚以接收DTMF信号,并将该信号放大后由引脚1输出。为了避免回音的影响,将这个信号先经过消侧音电路,再放到信号线上。另一方面,来自信号线上的音频信号经消侧音电路,再经TDA2822M的另一个集成运放的输入端6脚放大后,由TDA2822M的3脚输出,使喇叭发声。

4  软件设计

　　本系统的软件设计工作量较大,而且要用软件解决按键弹跳、按键确认、扫描显示、号码的接收和发送等问题。系统软件主要包括:按键拨号、号码显示子程序,发声、来电显示子程序,发送号码子程序,中断服务子程序,延时子程序等。由于EM78P447SB单片机硬件中断入口地址均为001H,并且在这里按键拨号、号码显示子程序和发声、来电显示子程序均用到了TCC(计时/计数器)中断功能,因此,中断服务子程序包括外部中断接收号码子程序,按键拨号、号码显示所用到的TCC中断子程序,发声、来电显示所用到的TCC中断子程序三部分。系统主程序流程如图4所示。

　　系统的初始化,除了分配一些功能寄存器、定义一些常量、设置EM78P447SB单片机的输入输出口的工作模式、本机的惟一号码和其他的公用号码外,还要将HT9200B设置为并行传输模式,清除P5、P6、P73个口的寄存器以及接收号码计数器等一些功能寄存器及开中断等。

　　主程序一开始,要使能/INT外部中断屏蔽寄存器以便允许/INT外部中断申请;关闭TCC中断屏蔽寄存器以便禁止TCC中断申请。但要注意,执行按键拨号、号码显示子程序和发声、来电显示子程序时,要先使能TCC中断屏蔽寄存器并关闭/INT外部中断屏蔽寄存器。

　　判断是否按动发送*键的处理方法是:取出第5个按键与*键比较。如果已按动,则发送号码;如果未按动,则延时10秒左右。延时10秒左右程序可以先禁止TCC中断申请,再采用执行指令的方法进行延时。

　　执行按键拨号、号码显示子程序和发声、来电显示子程序的基本编写方法可参考文献[1]。本系统还附加了一些功能,如清除已按键的数字、进入拨号模式等。下面重点介绍发送号码子程序和中断服务子程序。

    发送号码子程序流程图如图5所示。无线发射时,要取出所播对方的号码与本机号码共8个数字逐一发出。接收端接收时,需计数。计数满8个后,再将前4个数字与本机号码比较,通过后调用发声、来电显示子程序。发送号码子程序执行前,必须先关中断,否则会由于单片机的中断而引起发送失败。

　　中断服务子程序流程图如图6所示。其中,/INT是外部中断。接收号码子程序流程图如图7所示。按键拨号、号码显示子程序和发声、来电显示子程序所用到的TCC中断子程序可参考文献[1]。

5 结束语

　　该系统充分利用软件实现了较多的功能,因此所用元器件极少。虽然目前市场上通信设备很多,但这种小巧、功能较强、成本低廉的有线传呼系统在某些场合也有它的生存空间。此外,还可以将本系统的对讲时信息加密等功能进一步完善,并可以根据国家信息产业部无线电管理委员会公布的公众对讲机的技术规范做成功能更强、使用更方便的无线传呼对讲机,以满足人们郊外旅游,特别是对一些移动通信信号达不到的地区的通信需求,满足一些需要频繁通信的如大超市、大酒店、运动会等的通信需求。若要做成无线传呼对讲机,可以考虑在这个系统的基础上再解决无线发射、接收等问题。

参考文献

1 邓锦城.EM78447入门与实作.台北:台湾宏友图书开发股份有限公司,2000