智能去电控制器的设计.doc

常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 通信技术 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 智能去电控制器的设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 毕业设计（论文）任务书专业 通信技术 班级 姓名 一、课题名称： 智能去电控制器的设计 二、主要技术指标： 1、能够控制某个电话的打出或者禁止 2、利用单片机控制去电电话 工 3、DAC0832芯片：功耗20mW 4、工作电源：12VDC10%1.2A 三、工作内容和要求： 1、完成智能去电控制系统的硬件设计 2、完成智能去电控制系统的软件设计 3、搭建硬件电路并进行联机，实现智能去电控制功能 4、利用Protel 99SE绘制电路原理图 四、主要参考文献： 1、 廖焕霖. Protel 99原理图设计者必读. 北京：冶金工业出版, 2000 2、褚振勇,翁木云. 程控交换原理. 西安：西安电子科技大学出版社，2003 3、 李珍. 单片机原理与控制技术. 北京：清华大学出版社，2002 4、 胡汉才. 单片机原理及接口技术. 北京：清华大学出版社，1996 学 生（签名） 2010年 5 月 7 日 指 导 教师（签名） 2010 年 5 月 10 日 教研室主任（签名） 2010 年 5 月 10日 系 主 任（签名） 2010年 5 月 12 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目智能去电控制器的设计一、 选题的背景和意义：随着办公自动化的发展，越来越多的公司选择了组建本公司的局域网电话系统，从而达到提高公司整体工作效率和节约通信费用的目的。本文讨论的主要是单片机控制去电电话，即根据主叫所拔的号码，通过检测存储器预设的黑名单或者白名单控制某个电话的能够打出或者禁止，或者控制某一局向号，来确定能否打出。本设计是针公司的办公自动化而设计的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以节省通信费用，避免公司电话私用，提高公司整体办公效率，适用于大、中、小型企业。二、 课题研究的主要内容：(1) 智能去电控制系统的整体规划(2) 完成智能去电控制系统的硬件设计(3) 完成智能去电控制系统的软件设计(4) 搭建硬件电路并进行联机和脱机调试，实现智能去电控制功能(5) 利用Protel 99SE绘制电路原理图三、 主要研究（设计）方法论述：方案比较法：将基于51系列单片机：AT89S51系列、AT89S52系列单片机的方案进行比较，总结其优缺点，最后智能去电控制器的设计采用了AT89C51单片机并对方案进行一系列的改善和论证。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2010.5.42010.5.10选定课题研究方向，确定论文题目 2010.5.82010.5.11收集各类资料，分析、研究课题 2010.5.122010.5.15整理资料，拟写开题报告 2010.5.162010.5.17提交开题报告，并修改定稿 2010.5.182010.6.5确定论文提纲，撰写论文初稿2010.6.62010.6.7完成毕业论文初稿，并定期和老师交流沟通，发现问题及时修改论文2010.6.82010.6.17详细研究论文内容，进行后期的完善，并将论文最终定稿 2010.6.182010.7.3交打印稿，毕业答辩前准备及答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 2010年 5 月 17 日六、系部意见： 系主任签名： 2010年 5 月 18 日目录摘要Abstract第一章 前言.1第二章 MCS-51单片机的结构.22.1 控制器.22.1.1 程序计数器.22.1.2 指令控制逻辑电路.22.2 存储器的结构.32.3 并行IO口.42.4 时钟电路与时序.4第三章 电路的硬件设计.53.1 硬件设计方案.53.1.1 系统总体框图.53.1.2 去电信号的产生.63.2 电路的设计.63.3 复位电路.63.4 时钟电路.73.5 按键电路.73.6 模数转换及去电输出电路.8第四章 电路的软件设计.104.1 软件程序内容.104.2 去电信号产生子程序.114.3 黑白名单区分子程序.134.4 模数转换及去电输出子程序.14第五章 结束语.15答谢辞参考文献摘要智能去电控制器是一种能够根据主叫所拔的号码，通过检测存储器预设的黑名单或者白名单控制某个电话的能够打出或者禁止的器件。该系统采用了单片机AT89C51作为CPU，它是系统的控制核心。系统同时利用74LS373缓冲器、74LS138译码器、7404反相器、DAC0832 D/A转换器完成对黑白名单的区分和限制。系统的软件采用汇编语言编写，主要由主程序、去电信号产生子程序、黑白名单区分子程序、D/A转换及去电输出子程序组成。在完成硬件设计和软件编制后，对系统进行了联机仿真调试，系统的正常运行验证了设计的正确性。最后，用Protel 99SE绘制了电路原理图。本设计是针公司的办公自动化而设计的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以节省通信费用，避免公司电话私用，提高公司整体办公效率，适用于大、中、小型企业。关键词：智能电话； 单片机； 去电控制AbstractIntelligence to power controller is a calling that can be pulled under the number, by detecting the memory preset control of the blacklist or white list or a phone that can play against the device. AT89C51 is CPU of this system, and it is core of this system. This system uses 74LS373, 74LS138, 7404, DAC0832 to discriminate the white numbers from the black numbers. Software of this system is programmed by assembler language and it is mainly composed by main program, subprogram of generation of the inside phone number , subprogram of discriminating the white numbers from the black numbers, subprogram of digital to analog converting and outputting of the phone number. After designing hardware of the system and programming the software, the system is simulating and debugging online. Well-going of the system verifies correctness in the design. In the end, circuit schematic diagram is drawn by Protel 99SE. This design is the companys office automation and the needle design, since it has to work fast, high signal to noise ratio; It can save communication costs and avoid the company phone for personal use, enhance the overall office productivity for large, medium and small enterprises.Keywords: intelligent phone； microcontroller；phone number controlling第1章 前言单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的哈佛结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构为多。单片微型计算机自从问世以来，作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成就。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把89C51内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与89C51的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用89C51系列来称呼所有具有89C51指令系统的单片机，它们对89C51单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及89C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。随着办公自动化的发展，越来越多的公司选择了组建本公司的局域网电话系统，从而达到提高公司整体工作效率和节约通信费用的目的。这种电话系统一般有一台总机和若干台分机组成，主机有一个固定的公用电话号码，若干分机各有自己的局域网号码，当其他公司或单位的电话打进本公司时，首先是主机接到来电号码，主机判断来电是打给公司哪个部门的，完成判断后就将来电转到相应的部门，来电呼叫处理完毕。对于打进公司的电话，由于不是公司支付通信费用，一般单位对此无限制，当公司内部需要打出电话时，由于通信费用完全是公司自己支付，为了避免公司的员工把公司的电话私用，就必须对去电进行区分和权限限制，可以通过设置黑名单或者白名单控制某个电话的能够打出或者禁止。本项目主要是单片机控制去电电话，即根据主叫所拔的号码，通过检测存储器预设的黑名单或者白名单控制某个电话的能够打出或者禁止，或者控制某一局向号，来确定能否打出。该系统采用了单片机AT89C51作为CPU，它是系统的控制核心。系统同时利用74LS373缓冲器、74LS138译码器、7404反相器、DAC0832 D/A转换器完成对黑白名单的区分和限制。系统的软件采用汇编语言编写，主要由主程序、键盘输入子程序、D/A转换子程序、黑白名单区分子程序组成。在完成硬件设计和软件编制后，对系统进行了联机仿真调试，系统的正常运行验证了设计的正确性。最后，用Protel 99SE绘制了电路原理图。本设计是针公司的办公自动化而设计的，由于具有工作速度快、信噪比高；可以节省通信费用，避免公司电话私用，提高公司整体办公效率，适用于大、中、小型企业。第2章 MCS-51单片机的结构MCS-51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。2.1 控制器控制器是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。单片机执行指令是在控制器的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。2.1.1 程序计数器程序计数器PC是控制部件中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。其基本的工作过程是：读指令时，程序计数器将其中的数作为所取指令的地址输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时程序计数器本身自动加1，读完本指令，PC指向下一条指令在程序存储器中的地址。程序计数器PC中内容的变化决定程序的流程。程序计数器的宽度决定了单片机对程序存储器可以直接寻址的范围。在MCS-51单片机中，程序计数器PC是一个16位的计数器，故可对64KB（216=65536=64K）的程序存储器进行寻址。程序计数器的基本工作方式有以下几种：(1) 序计数器自动加1，这是最基本的工作方式，这也是为何该寄存器被称为计数器的原因。(2) 行有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。(3) 在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成如下的操作： 1 PC的现行值, 即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送入堆栈。2 将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PC，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令RET或RETI时，将栈顶的断点值弹到程序计数器PC中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。2.1.2 指令控制逻辑电路指令寄存器IR是用来存放指令操作码的专用寄存器。执行程序时，首先进行程序存储器的读指令操作，也就是根据PC给出的地址从程序存储器中取出指令，并送指令寄存器IR，IR的输出送指令译码器；然后由指令译码器对该指令进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路。定时控制逻辑电路根据指令的性质发出一系列的定时控制信号，控制单片机的各组成部件进行相应的工作，执行指令。条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移。综上所述，单片机整个程序的执行过程就是在控制部件的控制下，将指令从程序存储器中逐条去处，进行译码，然后由定时控制电路发出各种定时控制信号，控制指令的执行。对于运算指令，还要将运算的结果特征送入程序状态寄存器PSW。以主振频率为基准(每个主振周期为振荡周期)，控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将各个硬件环节的动作组织在一起。2.2 存储器的结构MCS-51单片机存储器采用的是哈佛(Har-vard)结构，即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式，寻址空间和控制系统。这种结构对于单片机“面向控制”的实际应用极为方便和有利。在89C51/8751单片机中，不仅在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器，而且还具有极强的外存储器的扩展能力，寻址能力分别可达64KB，寻址和操作简单方便。MCS-51的存储器空间可划分为如下几类：1. 程序存储器单片机系统之所以能够按照一定的次序进行工作，主要是程序存储器中存放了经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。程序实际上是一串二进制码，程序存储器可以分为片内和片外两部分。8031由于无内部存储器，所以只能外扩程序存储器来存放程序。MCS-51单片机复位后，程序存储器PC的内容为0000H，故系统必须从0000H单元开始取指令，执行程序。程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址。一般在该单元存放一条绝对跳转指令，跳向用户设计的主程序的起始地址。64K程序存储器中有5个单元具有特殊用途。5个特殊单元分别对应于5种中断源的中断服务程序的入口地址。通常在这些中断入口地址处都放一条绝对跳转指令。加跳转指令的目的是由于两个中断入口间隔仅有8个单元，存放中断服务程序往往是不够用的。在MCS-51单片机的指令系统中，同外部程序存储器打交道的指令仅有两条： (1) MOVC A A+DPTR (2) MOVC A A+PC2. 内部数据存储器MCS-51单片机内部有128个字节的随机存取存储器RAM，作为用户的数据寄存器，它能满足大多数控制型应用场合的需要，用作处理问题的数据缓冲器。MCS-51单片机的片内存储器的字节地址为00H-7FH。MCS-51单片机对其内部RAM的存储器有很丰富的操作指令，从而使得用户在设计程序时非常方便。地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区，每个区含八个8位寄存器，编号为R7-R0。用户可以通过指令改变PSW中的RS1、RS0这二位来切换当前的工作寄存器区，这种功能给软件设计带来极大的方便，特别是在中断嵌套时，为实现工作寄存器现场内容保护提供了极大的方便。地址为20H-2FH的16个单元可进行共128位的位寻址，这些单元构成了1位处理机的存储空间。单元中的每一位都有自己的位地址，这16个单元也可以进行字节寻址。地址为30H-7FH的单元为用户RAM区，只能进行字节寻址。3. 特殊功能寄存器(SFR-Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的状态，实际上是MCS-51单片机各功能部件的状态及控制寄存器。SFR综合的，实际的反应了整个单片机基本系统内部的工作状态及工作方式。SFR实质上是一些具有特殊功能的片内RAM单元，字节地址范围为80H-FFH.特殊功能寄存器的总数为21个，离散的分布在该区域中，其中有些SFR还可以进行位寻址。128个字节的SFR块中仅有21个字节是由定义的。对于尚未定义的字节地址单元，用户不能作寄存器使用，若访问没有定义的单元，则将得到一个不确定的随机数。4. 位寻址空间MCS-51单片机的一个很大优点在于它具有一个功能很强的位处理器。在MCS-51单片机的指令系统中，有一个位处理指令的子集，使用这些指令，所处理的数据仅为一位二进制数(0或1)。在MCS-51单片机内共有211个可寻址位，它们存在于内部RAM(共有128个)和特殊功能寄存器区(共有83个)中。 当MCS-51单片机的片内RAM不够用时，可在片外扩充数据存储器。MCS-51单片机给用户提供了可寻址64K字节的外扩RAM的能力，至于扩多少RAM，则根据用户实际需要来定。2.3 并行I/O口MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0-P3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。P0口是双向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口是8位准双向I/O口，可驱动4个LS 型负载。P2口是8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O口，是双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。P1口、P2口、P3口各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，当这3个准双向I/O口做输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O 口。P0-P3口都是并行I/O口，都可用于数据的输入和输出，但P0口和P2口出了可进行数据的输入/输出外，通常用来构建系统的数据总线和地址总线，所以在电路中有一个多路转换开关MUX，以便进行两种用途的转换。而P1口和P3口没有构建系统的数据总线和地址总线的功能。因此，在电路中没有多路转接开关MUX。由于P0口可作为地址/数据复用线试用，需传送系统的低8位地址和8位数据，因此，MUX的一个输入端为“地址/数据”信号。而P2口仅作为高位地址线试用，不涉及数据，所以MUX的一个输入信号为“地址”。在4个口中只有P0口是一个真正的双向口，P1-P3这三个口都是准双向口。原因是在应用系统中，P0口作为系统的数据总线使用时，为保证数据的正确传送，需要解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通;不进行数据传递时，芯片内外处于隔离状态。为此，要求P0口的输出缓冲器是一个三态门。在P0口中输出三态门是由两只场效应管(FET)组成，所以说它是一个真正的双向口。而其他的三个口中，上拉电阻代替P0口中的场效应管，输出缓冲器不是三态的，因此不是真正的双向口，只能称其为准双向口。P3口的口线具有第二功能，为系统提供一些控制信号，因此在P3口电路增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其他各口的不同之处。2.4 时钟电路与时序时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必需的时钟信号。MCS-51单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现，MCS-51单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序执行进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类，一类用于片内对各个功能部件的控制，这类信号很多。另一类用于片外存储器或I/O端口的控制，这部分时序对于分析、设计硬件接口电路至关重要。这也是单片机应用系统设计者普遍关心的问题。第三章 电路的硬件设计3.1 硬件设计方案本论文探讨了一种基于单片机的智能去电控制系统的软硬件设计，并搭建硬件电路进行软硬件调试，验证了系统设计的正确性。1. 论文所作的工作(1) 智能去电控制系统的整体规划(2) 完成智能去电控制系统的硬件设计（包括去电信号产生电路、模数转换电路、去电输出接口电路等各个部分电路的设计）(3) 完成智能去电控制系统的软件设计（包括主程序、键盘输入处理子程序、D/A转换及去电输出子程序和黑白名单区分子程序的编制） (4) 利用Protel 99SE绘制了电路原理图2. 主要特点(1) 是基于单片机的智能去电控制系统，系统的可扩展性好(2) 主要依靠软件来实现的智能去电控制系统，降低了成本、提高了系统的性价比。3.1.1 系统总体框图整机结构图如图所示：键盘输入89C518255数模转换去电输出图2-1整机结构图整体的设计方案为：系统采用单片微处理器89C51为核心，同时利用74LS373缓冲器、74LS138译码器、7404反相器、DAC0832 D/A转换器等完成智能去电控制功能。系统的实现可以分为以下几个模块：去电信号产生模块：用于产生去电信号。当去电信号的上下限值设定好后，按下*号键，则产生去电信号输出。这部分是设计的重中之重，主要是如何控制64个采样点的输出时序；键盘接口模块：用于处理键盘输入数据。用户可以在键盘上输入所需的去电信号上下限频率值，每次输入以#号键为结束标志；模数转换模块：实现数字量到模拟量的模数转换，使最后的输出为电压形式的去电信号；去电输出接口模块：用于把去电信号由系统输出到电话线上。3.1.2 去电信号的产生产生频率周期变化的去电信号实际上就是由一个单一稳定的频率源进行分频或混频来实现的。因为该系统所产生的去电信号频率范围主要集中在低频段，大约在几千赫兹左右，所以在信号产生方面系统采用了DDS(直接数字频率合成)技术：用随机读写存储器RAM存储去电信号的量化数据，按照不同频率变化要求以频率控制字K为步进，对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的去电信号，再经过D/A转换和滤波即可得到去电输出信号。由于DDS技术采用了全数字结构,与传统的单环、双环、多环及小数分频等频率合成技术相比，它具有合成信号相对频带宽、工作速度快及信噪比高等优点，便于实现后期功能扩展。DDS基本工作过程如下：模数为的相位累加器，在时钟的控制下，将频率控制字K进行累加，对每个时钟脉冲,相位累加器在原值基础上加K，满量(即到2n) 后，以剩余数为基础重复进行K的累加过程，累加器的输出作为去电信号查询表的地址，去电信号查询表内所存储的内容是相应的 的值。其中R 为相位累加器的内容，去电信号查询表的输出经DAC 变换在经过滤波后就得到所需要的去电输出信号。3.2 电路的设计3.3 复位电路MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本电路采用的是上电复位方式。复位电路如图所示：图3-3 复位电路图2-2复位电路上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到Vcc，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着Vcc对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。手动复位：手动复位需要人为在复位输入端加高电平让系统复位。一般采用的方法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按键，当按下按键后，Vcc和RST端接通，RST引脚处有高电平，而且按键动作一般是数十毫秒、大于两个机器周期的时间，能够安全的让系统复位。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。3.4 时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。时钟电路如图所示：图3-3时钟电路MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。3.5 按键电路按键是一组常开的按键开关,每个按键都被赋予一个代码，称为键码。按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文在软件中采用了相应的软件程序来消除抖动。当发现有键按下时，延时10-20ms再查询是否有键按下，若没有键按下，说明上次查询结果为干扰或抖动；若仍有键按下，则说明闭合键已稳定。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。键盘电路如图所示：键盘是人机交互的窗口，通过键盘实现人对设备的控制和设置。本装置的键盘共12键，其中09键用于输入去电信号上、下限频率值；#号键是数值输入结束标志；*号键是频率设定结束后的去电开始标志。这12键与8255A的PB口和PC口的高四位相连。每个按键有两个连接端：一端通过阻值为1K的电阻与电源相连，另一端通过一个阻值为10K的电阻与地相连。键盘未按下时与地接通，输出为低电平；按下时与电源接通，变为高电平，并输入到8255A的相应端口。键盘电路如图所示：图2-4键盘电路3.6 模数转换及去电输出电路D/ A 转换器是这部分的核心器件,它的速度和特性直接影响整个系统的性能。模数转换器的选用主要看其性能指标是否与应用系统相适应。而性能指标中转换时间和精度又最为主要美国国家半导体公司的模数转换器DAC0832是具有两个输入数据寄存器的8位DAC,，已能满足系统要求，如果选用12位芯片,虽然转换精度会提高，但成本会提高，综合系统的性能价格比考虑，选用8位模数转换器合适。DAC0832芯片的主要特性为：(1) 分辨率8位；(2) 电流输出，稳定时间为l；(3) 可双缓冲、单缓冲或直接数字输入；(4) 只需在满量程下调整其线性度；(5) 单一电源供电(+5+15v)；(6) 低功耗，20mW。去电信号输出前要经过滤波来区分黑白名单电话号码。低通滤波器是用来通过低频白名单去电信号衰减或抑制高频黑名单去电信号。由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的去电信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的去电信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高, 幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。随着阶数的增加滤波效果会相应变好，但硬件复杂度会增加。所以采用两级比较合适。本文采用的是二阶RC有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。模数转换电路如图所示：图2-4模数转换电路第四章 电路的软件设计4.1 软件程序内容软件程序总体流程图如图：是*？开始初始化去电信号产生黑白电区分键盘读取去电信号频率延时(DELAY)通过白名单去电信号数模转换读C口是#？去电信号输出 (SPFS)YYNN图3-1软件程序总体流程图模块化程序设计方法，归根结底是设计出性能优良的计算机程序，这种方法根据所要完成的程序设计任务，将总体任务分成几个易于实现的子程序模块，然后将这些子程序模块有机的组合起来，得到所需要的程序。实践证明：用模块化程序设计方法设计出来的程序，与用其他方法设计出来的程序相比，不仅效果好、代价小；而且易于阅读、理解、修改、调试、验证、维护和移植，是控制程序流程的主体程序结构。模块化程序设计方法的特点，就是在程序设计全过程中，必须使计算机算法与程序的控制结构完全实现结构化。根据程序模块化思想，本设计的软件程序包括主程序、去电信号发生子程序、键盘子程序、黑白名单区分子程序、模数转换及去电输出接口程序和延时子程序等。另外由于电路中有多个按键，还另外设计了防抖动程序来防止干扰。由于计算机系统软件的进步和飞速发展，在系统设计中，耗用了大量的开发时间，充分发挥软件功能，尽可能扩展软件的应用范围，这就相对地简化了硬件结构，降低了成本，提高了系统的性能。根据系统的设计情况，软件设计应具备如下功能：(1) 系统初始设置。设置系统各芯片工作方式，包括89C51内部定时计数器工作方式和8255A三组I/O口输出、输入方式；(2) 键盘读入；(3) 模数转换；(4) 黑白名单区分；(5) 去电信号输出；考虑到系统欲实现的较快的运行效率和较高的实时性要求，系统软件未采用C语言编程，而是全部采用汇编语言编制，节约了硬件资源，同时提高了系统的实时性。采用软件编程的方法来产生去电信号，即将去电信号的一个周期波形量化，编程数组放在存储器中，输出时按照顺序调来产生去电信号，这比传统的对去电信号进行硬件滤波来实现白名单去电输出的方法节约了硬件资源，降低了成本，提高了系统的性价。4.2 去电信号产生子程序产生频率周期变化的去电信号实际上就是由一个单一稳定的频率源进行分频或混频来实现的。因为该系统所产生的去电信号范围主要集中在低频段，所以在去电信号产生方面系统采用了DDS(直接数字频率合成)技术：用随机读写存储器RAM存储所需去电信号的量化数据，按照不同频率变化要求以频率控制字K为步进，对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的去电信号数据，再经过D/A转换和滤波即可得到所需去电信号。由于系统实现的去电范围为低频，而且89C51的晶体驱动频率高达12MHz，要实现这一频率段无需太多采样点，采用固定的64个采样点即可满足要求。通过软件计算，将去电输出信号频率值转换为采样点的输出间隔时间，用89C51内部的计数/定时器1代替相位累加器实现相位累加功能，并为使输出频率范围达到最大，采用定时计数的方式1，即使之成为16位累加器。对不同频率值计算并改变计数器重装的初值，借以改变计数器溢出周期。实现控制全部采样点的输出周期，从而改变去电信号频率。DDS基本工作过程如下：模数为的相位累加器，在时钟的控制下，将频率控制字K进行累加，对每个时钟脉冲，相位累加器在原值基础上加K,满量(即到2n) 后，以剩余数为基础重复进行K的累加过程，累加器的输出作为去电信号查询表的地址，去电信号查询表内所存储的内容是相应的 的值。其中R 为相位累加器的内容，去电信号查询表的输出经DAC 变换在经过滤波后就得到所需要的去电输出信号。去电信号发生子程序的流程图如图所示：R2送A#CY_DAT送DPTR;LPH=HPH？A+DPTR送DAC0832PL送LPL；PH送LPHLPL=HPL？开中断1(7FH)置1HPL送PL；HPH送PHLPL加1PL送LPL；PH送LPH(PL)(PH)乘40H7FH是1？#0FFFFH减(PL)(PH)PL送LPL；PH送LPHLPH加1#10H送TMOD开始LPL送PL；LPH送PH#F4240H除(PL)(PH)R2加1R2=64？NNNNYYYY图3-2去电信号发生子程序的流程图4.3 黑白名单区分子程序这部分程序完成对黑白去电信号的区分。黑去电信号和白去电信号分别用不同的频率段区分，这样只需对去电信号进行频率区分即可区分黑白名单信号。黑名单去电信号之后用#号结束，白名单去电信号之后用*号结束。黑白去电名单区分子程序的流程图如图所示：Y是#键?去电输出(6BH)=5值送(6AH)开 始初始设置读去电黑名单读去电电白名单是*键?判断去电值YYNNNYYNY结 束图3-3黑白去电名单区分子程序的流程图4.4 模数转换及去电输出子程序这部分程序负责把符合白名单去电范围的模拟信号转换成数字去电信号，对数字白去电信号进行滤波然后输出。模数转换及去电输出子程序流程图如图所示：出栈恢复结束开始压栈保护低通滤波R2送A，A交换高低四位模数转换白名单去电输出R2=6？Y NN Y 图3-3模数转换及去电输出子程序流程图第五章 结束语本文以89C51为核心设计制作的一台具有智能去电控制系统。主要从单片机发展趋势和具体的软硬件设计说明等方面详细进行了阐述。该系统采用了单片机AT89C51作为CPU，它是系统的控制核心。系统同时利用74LS373缓冲器、74LS138译码器、7404反相器、DAC0832 D/A转换器完成对黑白名单的区分和限制。系统的软件采用汇编语言编写，主要由主程序、去电信号产生子程序、黑白名单区分子程序、D/A转换及去电输出子程序组成。在完成硬件设计和软