Nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua đường line điện thoại

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 5 LỜI GIỚI THIỆU 6 MỞ ĐẦU 7 1 Lý do chọn đề tài 7 2 Mục đích đề tài 7 3 Đối tượng nghiên cứu 7 4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7 5 Phương pháp nghiên cứu 9 6 Ý nghĩa thực khoa học và thực tiễn của đề tài 9 NỘI DUNG 3 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1 Giới thiệu chung về mạng điện thoại 3 1.1.1 Cấu trúc chung về mạng điện thoại 3 1.1.2 Các đặc tính cơ bản của mạng điện thoại 3 1.2 Sơ lược về tổng đài và máy điện thoại 3 1.2.1 Giới thiệu tổng quát về tổng đài 3 1.2.2 Giới thiệu tổng quát về máy điện thoại 18 1.2.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại 3 1.3 Giới thiệu linh kiện 3 1.3.1 Giới thiệu về linh kiện cách ly quang 3 1.3.2 Giới thiệu IC cổng EXOR 3 1.3.3 Giới thiệu IC giải mã và led hiển thị 3 1.3.4 Giới thiệu họ vi điều khiển 89C51 3 1.3.5 Giới thiệu IC nhận và giải mã DTMF 38 1.3.6 Giới thiệu IC thu và phát tiếng nói 3 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG…………………………….................................3 2.1 Phương án thiết kế 3 2.2 Ý tưởng thiết kế 3 2.3 Sơ đồ khối của mạch 3 2.4 Nhiệm vụ của từng khối 3 2.4.1 Khối cảm biến chuông 3 2.4.2 Khối tải giả 3 2.4.3 Khối nhận và giải mã DTMF 3 2.4.4 Khối giải mã và hiển thị 3 2.4.5 Khối cảm biến và điều khiển thiết bị 3 2.4.6 Khối xử lý âm thanh 3 2.5 Giải thích mối quan hệ giữa các khối 3 2.6 Mô hình tổng quan 3 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG…………………………………………….59 3.1 Khối nguồn 59 3.2 Khối cảm biến chuông 3 3.3 Khối tạo tải giả 3 3.4 Khối nhận và giải mã DTMF 3 3.5 Khối phát tiếng nói 68 3.6 Khối cảm biến và điều khiển thiết bị 3 3.7 Sơ đồ khuếch đại âm thanh 3 3.8 Khối giải mã và hiển thị 3 3.9 Khối điều khiển trung tâm 3 3.10 Sơ đồ nguyên lí 3 3.11 Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện 3 3.12 Thiết kế phần mềm 3 3.12.1 Lưu đồ thuật giải 3 3.12.2 Chương trình 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3 1 Kết quả đạt được 3 2 Kiến nghị 3 3 Hướng phát triển của đề tài 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Cấu trúc mạng điện thoại 3 Hình 1.2: Dạng sóng tín hiệu Dail tone 3 Hình 1.3: Dạng sóng tín hiệu Busy tone 3 Hình 1.4: Dạng sóng Tín hiệu ring back tone 17 Hình 1.5: Dạng sóng tín hiệu chuông 17 Hình 1.6: Dạng sóng quay số kiểu PULSE 3 Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của PC 817 3 Hình 1.8: Cấu trúc bên trong của IC 7486 3 Hình 1.9: Sơ đồ chân của IC 7447………………………………………………………….3 Hình 1.10: Hình dạng thực tế và hình dạng nguyên lí cuả led 7 thanh 26 Hình 1.11:Cấu trúc bên trong của IC 89C51 27 Hình 1.12: Sơ đồ chân của IC 89C51 28 Hình 1.13: Mô tả chế độ timer 16 bit 3 Hình 1.14: Mô tả nguồn tạo xung nhịp 3 Hình 1.15: Mô tả hoạt động điều khiển các timer 3 Hình 1.16: Sơ đồ chân của MT 8870 39 Hình 1.17: Sơ đồ khối bên trong MT 8870 3 Hình 1.18: Mạch steering 3 Hình 1.19: Sơ đồ chân của IC ISD 1420 3 Hình 1.20: Sơ đồ thu phát thông báo 48 Hình 1.21: Giản đồ thu một thông báo 49 Hình 1.22: Giản đồ phát một thông báo 49 Hình 2.1: Sơ đồ khối 3 Hình 2.2: Mô hình tổng quan 58 Hình 3.1: Sơ đồ khối nguồn 59 Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến chuông 3 Hình 3.3: Sơ đồ khối tạo tải giả 3 Hình 3.4: Sơ đồ khối nhận và giải mã DTMF……………………………………………..66 Hình 3.5: Sơ đồ khối phát tiếng nói 68 Hình 3.6: Sơ đồ khối cảm biến và điều khiển thiết bị 3 Hình 3.7: Sơ đồ khối khuếch đại âm thanh 3 Hình 3.8: Sơ đồ khối hiển thị và giải mã 3 Hình 3.9: Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 3 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lí 3 Hình 3.11: Sơ đồ mạch in 3 Hình 3.12: Sơ đồ bố trí linh kiện 3 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Các thông số và giới hạn máy điện thoại 19 Bảng 1.2: Bảng phân loại tần số và tín hiệu tone 3 Bảng 1.3: Bảng trạng thái của IC 7486 3 Bảng 1.4: Bảng trạng thái của IC 7447 3 Bảng 1.5: Chức năng của các chân port 3 29 Bảng 1.6: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ 3 Bảng 1.7: Bảng giải mã tần số DTMF 38 Bảng 3.1: Địa chỉ các câu nói lưu trong isd 1420 69 Bảng 3.2: Bảng trạng thái điều khiển thiết bị 3 LỜI CẢM ƠN LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại ngày nay, hệ thống thông tin liên lạc là một trong những vấn đề quan trọng của loài người. Nhất là những ứng dụng của kỹ thuật thông tin liên lạc vào lĩnh vực kinh tế, khoa học và đời sống. Chính vì nó mà con người và xã hội loài người đã phát triển không ngừng. Ngoài nhu cầu về thông tin con người còn muốn những nhu cầu khác như: tự động trả lời điện thoại khi chủ vắng nhà, hộp thư thoại,…Vì thế ngành bưu chính viễn thông luôn là đề tài hay và hấp dẫn. Đối với hệ thống điều khiển xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của người dân ngày càng tăng ,đồng thời việc gắn các thiết bị điện thoại ngày càng được phổ biến rộng rãi, do đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phương thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và đảm bảo an toàn cho tính mạng và tài sản của mỗi người dân do cháy nổ hoặc do chạm chập điện gia dụng gây ra. Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển xa bằng điện thoại, giúp ta điều khiển các thiết bị điện ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc những dây chuyền sản xuất để thay thế con người. Thực hiện đề tài:”Nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua đường line điện thoại” như là một cách để chúng em tìm hiểu về lĩnh vực này. NHÓM THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Nguyễn Văn Bách Đoàn Thị Chi

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 5

LỜI GIỚI THIỆU 6

MỞ ĐẦU 7

1 Lý do chọn đề tài 7

2 Mục đích đề tài 7

3 Đối tượng nghiên cứu 7

4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7

5 Phương pháp nghiên cứu 9

6 Ý nghĩa thực khoa học và thực tiễn của đề tài 9

NỘI DUNG 10

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

1.1 Giới thiệu chung về mạng điện thoại 10

1.1.1 Cấu trúc chung về mạng điện thoại 10

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của mạng điện thoại 11

1.2 Sơ lược về tổng đài và máy điện thoại 15

1.2.1 Giới thiệu tổng quát về tổng đài 15

1.2.2 Giới thiệu tổng quát về máy điện thoại 18

1.2.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại 21

1.3 Giới thiệu linh kiện 23

1.3.1 Giới thiệu về linh kiện cách ly quang 23

1.3.2 Giới thiệu IC cổng EXOR 24

1.3.3 Giới thiệu IC giải mã và led hiển thị 25

1.3.4 Giới thiệu họ vi điều khiển 89C51 27

1.3.5 Giới thiệu IC nhận và giải mã DTMF 38

1.3.6 Giới thiệu IC thu và phát tiếng nói 43

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG……… 50

2.1 Phương án thiết kế 50

2.2 Ý tưởng thiết kế 51

2.3 Sơ đồ khối của mạch 54

2.4 Nhiệm vụ của từng khối 54

2.4.1 Khối cảm biến chuông 54

2.4.2 Khối tải giả 55

2.4.3 Khối nhận và giải mã DTMF 55

2.4.4 Khối giải mã và hiển thị 55

2.4.5 Khối cảm biến và điều khiển thiết bị 56

2.4.6 Khối xử lý âm thanh 56

2.5 Giải thích mối quan hệ giữa các khối 56

2.6 Mô hình tổng quan 57

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG……….59

3.1 Khối nguồn 59

3.2 Khối cảm biến chuông 60

3.3 Khối tạo tải giả 63

3.4 Khối nhận và giải mã DTMF 66

3.5 Khối phát tiếng nói 68

3.6 Khối cảm biến và điều khiển thiết bị 70

3.7 Sơ đồ khuếch đại âm thanh 71

3.8 Khối giải mã và hiển thị 72

3.9 Khối điều khiển trung tâm 73

3.10 Sơ đồ nguyên lí 74

3.11 Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện 75

3.12 Thiết kế phần mềm 76

3.12.1 Lưu đồ thuật giải 76

3.12.2 Chương trình 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

1 Kết quả đạt được 90

2 Kiến nghị 90

3 Hướng phát triển của đề tài 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Danh mục hình ảnhHình 3.4: Sơ đồ khối nhận và giải mã DTMF………

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Đào Văn Đã và thầy

Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em, tạo

mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Đồng thời, chúng em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa và các bạn giúp đỡ chúng em trong lúc thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Và cuối cùng chúng em xin cảm ơn những người thân đã hỗ trợ,

động viên, giúp đỡ chúng em trong khi thực hiện đồ án cũng như những năm học vừa qua.

Đối với hệ thống điều khiển xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảngcách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộngvới quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ramột lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển

Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển xa bằng điện thoại, giúp ta điềukhiển các thiết bị điện ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làmviệc được hoặc những dây chuyền sản xuất để thay thế con người

Thực hiện đề tài:”Nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị từ xa

qua đường line điện thoại” như là một cách để chúng em tìm hiểu về lĩnh vực này.

Hiện nay, mạng điện thoại đã được bao phủ khắp mọi nơi rất thích hợp cho việcđiều khiển từ xa bằng mạng điện thoại

Xuất phát từ thực tế đó chúng em thực hiện đề tài:” Nghiên cứu, chế tạo hệ

thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua đường line điện thoại”

2 Mục đích đề tài

Mục đích của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xathông qua mạng điện thoại, kết quả điều khiển thiết bị được thông báo bằng tiếngnói, thông báo cho trung tâm điều khiển

3 Đối tượng nghiên cứu

Để thực hiện được đề tài, cần phải xác định được phương pháp nghiên cứuvới trình tự nghiên cứu như sau:

Khảo sát hệ thống nguyên lý hoạt động mạng điện thoại, khảo sát ICMT8870, khảo sát IC thu phát tiếng nói ISD 1420, khảo sát vi điều khiển IC89C51

Lập sơ đồ khối theo mục tiêu của đề tài

 Tính toán thiết kế phần cứng

 Thiết kế phần mềm cho khối xử lý trung tâm

 Thiết kế mạch xử lý tín hiệu phản hồi bằng tiếng nói

4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Hệ thống điều khiển từ xa lắm giữ một vai trò quan trọng trong công cuộccông nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Điều khiển từ xa rất đa dạng và phong phú:trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển máy bay không người lái, tênlửa, phi thuyền, vệ tinh nhân tạo…Trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăng tíchtiện ích và tăng giá trị sử dụng cho thiết bị

Điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng thông tin liên lạc là sự kết hợp giữanghành Điện-Điện tử và viễn thông, sự ứng dụng vi điều khiển vào thông tin liênlạc đã hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển không nhỏ trong khoa học kĩthuật Điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại khắc phục đượcnhiều giới hạn trong điều khiển từ xa Hệ thống này không phụ thuộc vào khoảngcách, môi trường, và đối tượng điều khiển Đặc trưng nổi bật của hệ thống là tínhlưu động của tác nhân điều khiển (người điều khiển), đối tượng được điều khiển là

cố định

Trên thế giới ở các nước phát triển không ít những công trình nghiên cứu khoa học

đã thành công khi dùng mạch điều khiển thông qua đường truyền của thông tin của

hệ thống thông tin:

 Tại Nga có những nhà máy điện, những kho lưu trữ tài liệu quý đã đượcứng dụng hệ thống điều khiển từ xa thông qua điện thoại như tự động đóngngắt khi cao áp

 Ở Mỹ những chung cư lớn sư dụng hệ thông khóa cửa, két sắt được lắp đặtthông qua một tổng đài nội bộ

 Còn tại Việt Nam cũng có một số đề tài nghiên cứu sử dụng mạng điệnthoại nhưng chưa thực sự hoàn chỉnh như điều khiển được ít thiết bị, chỉphản hồi bằng tiêng nhạc, không thể tắt thiết bị bằng công tắc bên ngoài

Từ những tình hình thực tế trên hệ thông điều khiển thiết bị tữ xa qua mạngđiện thoại mặc dù có những đặc trưng nổi bật nhưng cũng chỉ được ứng dụng vàonhững công trình có tầm cỡ lớn chưa được ứng dụng rộng rãi do giá thành cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, chúng em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu,

chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua đường line điện thoại” với

mục đích tạo ra một sản phẩm có độ tin cậy cao nhưng giá thành sản phẩm hạ nhằm nâng cao đời sống tiện ích cho con người, góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

5 Phương pháp nghiên cứu

Do đây là một đề tài khá mới mẻ nên trong thời gian thực hiện đồ án nhómthực hiện đề tài gặp nhiều khó khăn ở nguồn tài liệu

Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:

- Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh

được tìm kiếm trên mạng Internet

- Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực

hiện đề tài đã thực hành trên mô hình để dễ dàng nắm bắt được lýthuyết

6 Ý nghĩa thực khoa học và thực tiễn của đề tài

Quyển đồ án bao gồm nhiều phần nghiên cứu từ lý thuyết đến thực hành, từ

dễ đến khó sẽ dẫn dắt người đọc tìm hiểu và lập trình thiết kế hệ thống dễ dàng hơn

với những linh kiện điện tử cơ bản trên thị trường Vì vậy nhóm thực hiện đề tài hyvọng quyển đồ án này sẽ là nguồn tài liệu tham khảo lý thuyết và thực hành trongứng dụng của đồ án

NỘI DUNG

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu chung về mạng điện thoại

1.1.1 Cấu trúc chung về mạng điện thoại

Các thành phần chính cuả mạng điện thoại chuyển mạch công cộng đượcphân cấp như hình vẽ:

Hình 1.1 Cấu trúc mạng điện thoại

Mạng điện thoại hiện nay được phân thành 5 cấp tổng đài:

Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1

Cấp thấp nhất goị là tổng đài cấp 5 (cấp cuối)

Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế được10.000 đường dây thuê bao

Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoạiđược phân biệt như sau:

 Phân biệt mã vùng

 Phân biệt đài cuối

 Phân biệt thuê bao

Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở khángkhoảng 600 omh

Tổng đài sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC

Hai dây dẫn được nối với jack cắm

 Lõi giữa gọi là Tip (+)

 Lõi bọc gọi là Ring (-)

 Vỏ ngoài gọi là Sleeve

Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng chạy

trong thuê bao là 20mA DC và áp rơi trên Tip và Ring còn + 4VDC.

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của mạng điện thoại

Trước khi phân tích yêu cầu tuyến dẫn tiếng nói của con người, đầu tiên taphải xác định độ rộng của băng tần liên quan đường thuê bao điện thoại Ta đã biếttần số của một tín hiệu tương tự là số các sóng hình sin hoàn chỉnh được gửi đitrong mỗi giây và được đo bằng số chu kỳ trên giây Băng thông của một kênh làkhoảng tần số có thể truyền kênh đó Độ rộng băng tần đơn thuần là độ rộng băngthông

Tiếng nói của con người có thể tạo ra những âm trong băng thông khoảng 50đến 15.000Hz (15 kHz) với độ rộng băng tần 14,95Khz Tai người có thể nghe đượccác âm thanh nằm trong băng thông 20Hz-20.000Hz (độ rộng băng tần là19,98Khz)

Băng thông của đường thuê bao nội hạt khoảng từ 300Hz-3.400Hz Điều này

có thể làm ngạc nhiên nếu coi rằng tiếng nói của con người tạo nên các âm thanhgiữa 50Hz-15.000Hz

Trong thực tế, đường thuê bao không phải để dành mang chọn tín hiệu tương

tự bất kỳ nào mà được tối ưu cho tiếng nói của con người nằm trong băng thôngkhoảng 200Hz-350Hz Đây là khoảng tần số chứa phần lớn công suất, như vậy băngthông 300Hz-3.400Hz là thích hợp để truyền tiếng nói của con người có chất lượng

Lý do chủ yếu để mạng điện thoại sử dụng băng tần 3,1Khz hẹp thích hợphơn so với toàn bộ băng tần tiếng nói 15Khz là vì băng hẹp cho phép nhiều cuộc

đàm thoại được truyền đi một kênh vật lý duy nhất Đây là một vấn đề thực tế quantrọng cho các trung kế nối các tổng đài chuyển mạch điện thoại Các bộ lọc và cáccuộn dây phụ tải trong mạng sẽ cắt các tín hiệu tiếng nói dưới 300Hz-3.400Hz trêncuộc nối còn khả năng truyền các tần số cao hơn nhiều

 Tiếng dội (echo)

Nghe tiếng dội giọng nói của chính mình trong khi sử dụng điện thoại sẽ rấtkhó chịu Tiếng dội là kết quả của sự phản xạ tín hiệu xảy ra tại những điểm khôngphối hợp trở kháng dọc theo mạng điện thoại Nói chung, thời gian trễ của tiếng dộidài hơn và tín hiệu tiếng dội mạnh hơn sẽ làm nhiễu loạn đến người nói nhiều hơn

Sự phối trở kháng trên đường truyền thường xấu nhất trên các vòng thuê bao

và tại nơi giao tiếp với đầu cuối Ở đây việc phối hợp trở kháng rất khó điều khiển

vì chiều dài của vòng thuê bao và các thiết bị thuê bao quá khác nhau

May thay, tiếng dội nghe được bởi người nói đã bị suy giảm hai lần: từ ngườinói đến điểm phản xạ và ngược lại Để thời gian trễ ngắn người ta thêm vào các bộsuy hao để làm giảm mức tiếng dội

Trên các đường truyền dài người ta phải sử dụng các bộ triệt tiếng dội đặcbiệt Tín hiệu thoại từ người nói được bộ suy hao nhận biết và làm suy giảm 60 dBtrên đường về Bộ triệt tiếng dội sẽ bị vô hiệu hóa (khử hoạt) vài phần ngàn giây saukhi người nói đã ngưng nói Bộ triệt tiếng dội cũng có thể bị khoá nếu người nói vàngười nghe ở xa nhau

Các bộ triệt tiếng dội được vô hiệu hoá trong khi truyền dữ liệu các cuộc gọi

Sự ngắt vài ms trong khi bộ triệt của hướng này tắt và hướng kia mở sẽ làm hư hại

dữ liệu (vì dữ liệu là các tín hiệu xung nên sự đóng mở của các bộ triệt sẽ ảnhhưởng đến các xung tín hiệu này) Ở mỗi máy thu, các modem làm suy giảm tiếngdội bằng bộ ngõ lọc vào Điều này có thể thực hiện được bởi vì sóng mang của cáckênh phát và thu của mỗi modem khác nhau

Đặc tính của bộ loại được dùng trong mạng là cho phép các bộ phận triệttiếng dội được vô hiệu hóa một cách tự động Bộ loại được kích khởi khi một tronghai bên phát ra một tone 2025Hz hoặc 2100Hz Tone này phải được kéo dài ít nhất

300 ms và mức công suất là –5 dBm Khoảng thời gian không có tín hiệu là 100 ms

hoặc nhiều hơn sẽ làm cho bộ triệt tiếng dội được chuyển mạch trở lại Nhiệm vụđiều khiển bộ triệt tiếng dội được thực hiện bởi modem của người sử dụng (DCE)

và phải được đặt giữa đường tín hiệu RTS (request to send) được yêu cầu bởi thiết

bị đầu cuối (DTE) và đường tín hiệu CTS (clear to send) được chấp nhận từmodem

Đối với một đường truyền hai dây, hệ số suy hao được tính bằng phươngtrình gần đúng Khi phân tích chi tiết ta thấy rằng, sự suy hao của một đường dây cóthể giảm nếu điện cảm L của nó được gia tăng, do đó tạo ra một hằng số nữa trongdải tần số tiếng nói.Thực chất L phải được gia tăng nhiều hơn điện cảm của mộtđường dây bất kỳ Để giảm sự suy hao của một đường dây, người ta đặt nối tiếp vớiđường dây các điện cảm rời rạc hoặc “tập trung”, gọi là các cuộn phụ tải Các cuộndây được đặt ở những điểm cách đều nhau để đạt được hiệu quả mong muốn Mộtdạng sắp xếp điển hình là sử dụng các cuộn cảm 88mH đạt cách nhau 1,8 km

Khi sử dụng cuộn phụ tải, sự suy hao của đường dây được giảm và duy trìtần số tương đối lên tới tần số cắt tới hạn, trên tần số cắt này là sự suy hao sẽ giatăng

Vận tốc truyền của một đường dây có phụ tải cũng tạo ra một hằng số nữa, vànhỏ hơn đường dây không có phụ tải Việc làm cho Vp là hằng số sẽ làm cho giảmđược méo pha, tuy nhiên thời gian trễ tuyệt đối lại tăng lên và làm xấu đi vấn đềtiếng dội

Các cuộn dây phụ tải phải được di chuyển theo các vòng thuê bao để các tần

số trên giá trị tần số cắt được bỏ đi, trường hợp này dùng cho các đường dây truyền

dữ liệu tốc độ cao

Trên mạng điện thoại có n chuyển mạch, sự mất mát công suất tín hiệu giữacác thuê bao biến động mạnh trong khoảng từ 10 dB tới 25 dB Sự biến động theothời gian giữa hai thuê bao bất kỳ nhỏ hơn ± 6 dB

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N cũng quan trọng như độ lớn của tín hiệu thuđược Để tín hiệu thu được có thể tin cậy được, tỷ số S/N phải ít nhất là 30:1 (29,5dB)

Hầu hết nhiễu được tạo ra trên mạng điện thoại có thể chia làm 3 loại:

 Nhiễu nhiệt và tạp âm: (do sự phát xạ của linh kiện trong bộ khuếch đại)

Là tiếng ồn ngẫu nhiên dải rộng, được tạo ra do sự chuyển động và dao động củacác hạt mang điện tích trong các thành phần khác nhau của mạng

 Nhiễu điều chế nội và xuyên âm:

Là kết quả của sự giao thoa tín hiệu mong muốn với các tín hiệu khác trênmạng Các tín hiệu giao thoa này ở trên một đôi cáp đạt kề cận với đôi cáp đang sửdụng cho tín hiệu mong muốn, hoặc các tín hiệu được điều chế trên các tần số sóngmang kề cận trên hệ thống FDM

Bao gồm các xung điện áp hoặc các xung nhất thời, được tạo ra chủ yếu bởi

sự chuyển mạch cơ học trong tổng đài, sự tăng vọt của điện áp nguồn hoặc tiachớp…

Việc giảm tối thiểu ảnh hưởng của tiếng ồn trên tín hiệu thu là điều có thểthực hiện được bằng cách sử dụng việc truyền các mức công suất cao có thể có Tuynhiên các mức tín hiệu cao trên mạng sẽ làm tăng sự điều chế nội và xuyên âm

Cần có sự thỏa hiệp trong sự thiết lập mức truyền, mức công suất lớn nhấtcho phép, được điều khiển chính xác bởi cấp mạng có thẩm quyền

Các quy định đã công bố về mức vông suất lớn nhất cho phép phụ thuộc vàoloại tín hiệu đang gởi (ví dụ phụ thuộc vào chu kỳ và tần số làm việc) Thường cácmức công suất truyền phải nhỏ hơn 0 dBm (1mW)

Mức công suất nhiễu ngẫu nhiên đo được ở các thiết bị đầu cuối của thuê baotiêu biểu trong khoảng –40 dBm

Nhiễu xung là thảm họa lớn nhất trong việc truyền dữ liệu và khả năng dựđoán sự xuất hiện của nhiễu là nhỏ nhất Khi xuất hiện nhiễu xung, kết quả là mộtlỗi xung xảy ra và một số bit bị mất Do đó cần có các mạch phát hiện lỗi như kiểmtra parity

Nhiều protocol yêu cầu phải có bộ sửa sai để báo cho bên phát biết rằng thukhông có lỗi (error free) cho từng khối dữ liệu trước khi gửi khối kế tiếp

1.2 Sơ lược về tổng đài và máy điện thoại

1.2.1 Giới thiệu tổng quát về tổng đài

Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các cuộc liên lạcgiữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào từngloại tổng đài, từng khu vực

Tổng đài điện thoại có khả năng :

 Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi

Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuêbao

Xử lí thông tin từ thuê bao chủ gọi để điều khiển kết nối theo yêu cầu

 Báo cho thuê bao bị gọi biết có người cần muốn liên lạc

 Giám sát thời gian và tình trạng thuê bao để ghi cước và giải tỏa

Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển

 Phân loại tổng đài

Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dựa vào con người

Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệthống mạch từ Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản : chuyển mạch từngnấc và chuyển mạch ngang dọc

Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũngkhông thể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được Ngượclại, tổng đài trả lời cho người sử dụng cũng không thể bằng lời nói Do đó, cần qui

định một số thiết bị cũng như các tín hiệu để người sử dụng và tổng đài có thể làmviệc được với nhau

Tín hiệu mời quay số (Dial tone) : Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi

sẽ nghe âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin

có tần số 425 ± 25 Hz liên tục, biên độ sấp xỉ 3V trên nền DC 4V, phát liên tục

4v

Hình 1.2: Dạng sóng tín hiệu Dail tone

 Tín hiệu báo bận (Busy tone): Tín hiệu này báo cho người sử dụng biết

thuê bao bị gọi đang trong tình trạng bận hoặc trong trường hợp thuê baonhấc máy quá lâu mà không quay số thì tổng đài gởi âm hiệu báo bậnnày Tín hiệu báo bận là tín hiệu hình sin có tần số 425 ± 25 Hz, biện độkhoảng 3V trên nền DC 4V ngắt quãng 0.5 giây có 0.5 giây không

4v

Hình 1.3: Dạng sóng tín hiệu Busy tone

cấp cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số 25 Hz và điện áp90V hiệu dụng Ngắt quãng tuỳ thuộc vào tổng đài, thường 2 giây có và 4giây không

48V

Hình 1.4: Dạng sóng Tín hiệu ring back tone

cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số 425 ± 25 Hz là hai tínhiệu ngắt quãng 2s có 4s không tương ứng với nhịp chuông Biên độkhoảng 3V trên nền DC 10V

tín hiệu hồi

chuông

Tổng đài điện tử có những phương thức chuyển mạch sau:

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM: SpaceDevision Multiplexer)

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM: TimingDevision Multiplexer): có hai loại Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian(Analog TDM) gồm có:

+ Ghép kênh bằng phương thức truyền đạt cộng hưởng

+ Ghép kênh PAM (PAM: Pulse Amplitude Modulation)

Trong kỹ thuật ghép kênh PCM người ta lại chia 2 loại: điều chế Delta vàđiều chế PCM

Ngoài ra, đối với tổng đài có dung lượng lớn và rất lớn (dung lượng lên đến

cỡ vài chục ngàn số) người ta phối hợp cả hai phương thức chuyển mạch SDM vàTDM thành T – S – T, T – S, S – T – S …

Ưu điểm của phương thức kết hợp này là tận dụng tối đa số link trống vàgiảm bớt số link trông không cần thiết, làm cho kết cấu của toàn tổng đài trở nênđơn giản hơn Bởi vì, phương thức ghép kênh TDM luôn luôn tạo ra khả năng toànthông, mà thông thường đối với tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link là khôngcần thiết Người ta đã tính ra thông thường chỉ có tối đa 10% các thuê bao có yêucầu cùng 1 lúc, nên số link trống chỉ cần đạt 10% tổng số thuê bao là đủ

Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: FrequenceDevision Multiplexer)

1.2.2 Giới thiệu tổng quát về máy điện thoại

Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đườc truyền TIP và RING Thôngqua 2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồndòng từ 25 mA đến 40 mA (trung bình chọn 35 mA) đến cho máy điện thoại

 Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 K

 Tổng trở AC khi gác máy từ 4K đến 10K

 Tổng trở DC khi nhấc máy nhỏ hơn 1K (từ 0,2K ÷ 0,6K)

Các thông số và giới hạn máy điện thoại:

Bảng 1.1: Các thông số và giới hạn máy điện thoại

Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao hay gác máy bằng cách

sử dụng nguồn một chiều 48VDC

Khi gác máy tổng trở DC bằng 20K rất lớn xem như hở mạch

Khi nhấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ hơn 1K và hai tổng đài nhận biếttrạng thái này thông qua dòng DC xuất hiện trên đường dây Sau đó, tổng đài cấptín hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao

Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gửi sốmáy điện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài Có hai cách gửi số đến tổngđài :

Phương thức quay số tone DTMF và PULSE: Khi có một phím được ấn thìtrên đường dây sẽ xuất hiện 2 tần số khác nhau thuộc nhóm tần số thấp và tần sốcao Phương pháp tần ghép này chống nhiễu tốt hơn, ngoài ra dùng dạng toneDTMF sẽ tăng được tốc độ quay nhanh gấp 10 lần so với việc thực hiện quay sốPULSE Mặt khác phương pháp sẽ sử dụng được một số dịch vụ cộng thêm tổngđài

 Phương pháp quay số pulse: tín hiệu quay số là chuỗi xung vuông, tần số

chuỗi dự án bằng 10Hz, số điện thoại bằng số xung ra, riêng số 0 sẽ là 10 xung, biên

độ ở mức cao là 48v, ở mức thấp là 10v

Hình 1.6: Dạng sóng quay số kiểu PULSE

 Quay số bằng Tone (Tone – Dialing) : Máy điện thoại phát ra cùng lúc hai

tín hiệu với tần số dao động khác nhau tương ứng với số muốn quay (DTMF : DualTone Multi Frequence) theo bảng sau :

Bảng 1.2: Bảng phân loại tần số và tín hiệu tone

Tổng đài nhận được các số liệu sẽ xem xét:

Nếu các đường dây nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu báobận

Nếu đường dây nối thông thoại không bận thì tổng đài sẽ cấp cho người bịgọi tín hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông Khi người được gọi nhấcmáy, tổng đài nhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông đểkhông làm hư mạch thoại và thực hiện việc thông thoại Tín hiệu trên đường dâyđến máy điện thoại tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mVđỉnh – đỉnh Tín hiệu ra khỏi máy điện thoại chịu sự suy hao trên đường dây với mấtmát công suất trong khoảng 10 dB ÷ 25 dB Giả sử suy hao là 20 dB, suy ra tín hiệu

ra khỏi máy điện thoại có giá trị khoảng 3V đỉnh – đỉnh

Khi truyền đi trong mạng điện thoại là tín hiệu thường bị méo dạng do những

lý do: nhiễu, suy hao tín hiệu trên đường dây do bức xạ sóng trên đường dây với các

tần số khác nhau Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ và trung thực, ngày naytrên mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz ÷ 3400 Hz

1.2.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại

Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trởmạch vòng của đường dây thuê bao Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy điệntrở mạch vòng là rất lớn Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảmxuống còn khoảng từ 150 đến 1500 Tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi tổng trởmạch vòng này (tức là thay đổi trạng thái của thuê bao) thông qua các bộ cảm biếntrạng thái Tổng đài cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone) cho thuê bao Dial Tone

là tín hiệu mời quay số hình sin có tần số 425 ± 25 Hz Khi thuê bao nhận biết đượctín hiệu Dial Tone, người gọi sẽ hiểu là được phép quay số Người gọi bắt đầu tiếnhành gửi các xung quay số thông qua việc quay số hoặc nhấn phím chọn số Tổngđài nhận biết được các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số phát ra từ thuêbao gọi Thực chất các xung quay số là các trạng thái nhấc máy hoặc gác máy củathuê bao Nếu các đường kết nối thông thoại bị bận hoặc thuê bao được gọi bị bậnthì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận cho thuê bao Âm hiệu này có tần số f = 425 ±

25 Hz ngắt nhịp 0,5s có 0,5s không Tổng đài nhận biết các số thuê bao gọi đến vànhận xét:

Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi nộiđài Nếu số đầu là số qui ước gọi ra thì tổng đài phục vụ như một cuộc gọi liên đàiqua trung kế và gửi toàn bộ phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để giảimã

Nếu số đầu là mã gọi các chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chứcnăng đó theo yêu cầu của thuê bao Thông thường, đối với loại tổng đài nội bộ códung lượng nhỏ từ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làmcho chương trình phục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu quả chongười sử dụng làm tăng khả năng khai thác và hiệu suất sử dụng tổng đài

Nếu thuê bao được gọi rảnh, tổng đài sẽ cấp tín hiệu chuông cho thuê bao vớiđiện áp 90Vrms(Root-mean-square) AC, f = 25 Hz, chu kì 2s có 4s không Đồng

thời, cấp âm hiệu hồi chuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tínhiệu sin f = 425 ± 25 Hz cùng chu kì nhịp với tín hiệu chuông gửi cho thuê baođược gọi

Khi thuê bao được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái máy này tiếnhành cắt dòng chuông cho thuê bao bị gọi kịp thời tránh hư hỏng đáng tiếc cho thuêbao Đồng thời, tiến hành cắt âm hiệu Ring Back Tone cho thuê bao gọi và tiếnhành kết nối thông thoại cho 2 thuê bao

Tổng đài giải tỏa một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho cáccuộc đàm thoại khác Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà một thuê bao gác máy,tổng đài nhận biết trạng thái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tínhiệu bận (Busy Tone) cho thuê bao còn lại, giải tỏa link để phục vụ cho các đàmthoại khác Khi thuê bao còn lại gác máy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt

âm hiệu báo bận, kết thúc chương trình phục vụ thuê bao

Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một cáchhoàn toàn tự động Nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại viên cóthể theo dõi trực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ vào các

bộ hiển thị, cảnh báo

Điện thoại viên có thể trực tiếp điều khiển các hoạt động của tổng đài quacác thao tác trên bàn phím, hệ thống công tắc….các hoạt động đó có thể bao gồm :nghe xen vào các cuộc đàm thoại, cắt cưỡng bức các cuộc đàm thoại có ý đồ xấu, tổchức điện thoại hội nghị… Tổng đài điện tử cũng có thể được liên kết với máy điệntoán để điều khiển hoạt động hệ thống Điều này làm tăng khả năng khai thác, làmtăng dung lượng, cũng như khả năng hoạt động của tổng đài lên rất nhiều

1.3 Giới thiệu linh kiện

1.3.1 Giới thiệu về linh kiện cách ly quang

Opto PC817 là bộ ghép quang được cấu tạo bởi photodiode & transistor Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa những mạch điện có sự khác biệtkhá lớn về điện thế Ngoài ra còn được dùng để tránh các vòng đất gây nhiễu trongmạch điện

Thông thường bộ ghép quang gồm 1 diode phát ra tia hồng ngoại và mộtphototransistor với vật liệu silic Với dòng điện thuận diode phát ra bức xạ hồngngoại với bước sóng khoảng 900 nm Năng lượng bức xạ này được chiếu lên bề mặtcủa phototransistor hay chiếu gián tiếp qua một môi trường dẫn quang

Đầu tiên tín hiệu phần phát (Led hồng ngoại) trong bộ ghép quang biến thànhtín hiệu ánh sáng, sau đó tín hiệu ánh sáng được phần tiếp nhận (Phototransistor)biến lại thành tín hiệu điện Tính chất cách điện: bộ ghép quang thường được dùng

để cách điện giữa 2 mạch điện có điện thế cách điện khá lớn Bộ ghép quang có thểlàm việc với dòng điện một chiều hay tín hiệu điện có tần số khá cao

Điện trở cách điện: đó là điện trở với dòng điện một chiều giữa ngõ vào vàngõ ra của bộ ghép quang có trị số bé nhất là 1011, như thế đủ yêu cầu thông thường.Nhưng chúng ta cần chú ý dòng diện rò khoảng nA có thể ảnh hưởng đến hoạt độngcủa mạch điện Gặp trường hợp này ta có thể tạo những khe trống giữa ngõ vào vàngõ ra Nói chung với bộ ghép quang ta cần phải có mạch in tốt

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của PC 817

- Nguồn cung cấp Vcc = + 5 V ở chân số 4

- Tín hiệu được đưa vào chân số 1 và 2

- Tín hiệu lấy ra ở chân 4

- Hiệu điện thế cách điện là 3350 V

- Hệ số truyền đạt 100%

- Được ứng dụng trong một số mạch cách ly và mạch điều khiển

1.3.2 Giới thiệu IC cổng EXOR

IC 7486 là IC tích hợp 4 cổng EX-OR như hình sau:

Hình 1.8: Cấu trúc bên trong của IC 7486

IC 7486 gồm 4 ngõ EX-OR và tầm điện điện áp sử dụng là từ 4,75-5,25VDC.Dưới đây bảng sự thật của IC7486

Bảng 1.3: Bảng trạng thái của IC 7486 1.3.3 Giới thiệu IC giải mã và led hiển thị

Có các loại IC giải mã như: 74247, 4511, 7447 và chúng em xin trình bày IC 7447:

Đây là IC giải mã BCD sang led 7 thanh Nguồn cấp cho IC là +5V.

Hình 1.9: Sơ đồ chân của IC 7447

 PORT A, B, C, D: đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD)

từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng

QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORT A, B, C, D

Bảng 1.4: Bảng trạng thái của IC 7447

Có rất nhiều loại led dùng để hiển thị như led ma trận, led đơn và led 7 thanh Đểthuận tiện cho việc làm mạch chúng em đã lựa chọn led 7 thanh để hiển thị trongmạch

Led 7 thanh là một linh kiện điện tử dùng để hiển thị số Ưu điểm của led 7 thanh

là giá thành rẻ, khoảng cách quan sát dễ và dễ dàng lập trình được Nhược điểm củaled 7 thanh là chỉ hiển thị được một số kí tự nhất định

Led 7 thanh có 2 loại là anot chung và katot chung có hình dạng thực tế và hìnhdạng nguyên lí như sau:

Hình 1.10: Hình dạng thực tế và hình dạng nguyên lí của led 7 thanh

1.3.4 Giới thiệu họ vi điều khiển 89C51

 Giới thiệu MSC-51: ( MSC-51: family overview)

MCS-51 là một họ IC điều khiển (micro controller), được chế tạo và bán trênthị trường bởi hãng Intel của Mỹ Họ IC này được cung cấp các thiết bị bởi nhiềuhãng sản xuất IC khác trên thế giới chẳng hạn: nhà sản xuất IC SIEMENS của Đức,FUJITSU của Nhật và PHILIPS của Hà Lan Mỗi IC trong họ đều có sự hoàn thiệnriêng và có sự hãnh diện riêng của nó, phù hợp với nhu cầu của người sử dụng vàyêu cầu đặt ra của nhà sản xuất

IC 89C51 là IC tiêu biểu trong họ MCS-51 được bán trên thị trường Tất cảcác IC trong họ đều có sự tương thích với nhau và có sự khác biệt là sản xuất sau cócái mới mà cái sản xuất trước không có, để tăng thêm khả năng ứng dụng của IC đó.Chúng có đặc điểm sau:

Hình 1.11:Cấu trúc bên trong của IC 89C51

- Giao tiếp nối tiếp.

- 64k không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64k không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- Một bộ xử lý luận ly (thao tác trên các bit đơn)

- 210 bit được địa chỉ hóa

- Bộ nhân /chia 4 bit

 Sơ lược về các chân của IC 89C51

IC 89C51 là IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng intel sản xuất IC89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có 24chân có tác dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như các đường xuất nhập hoặcnhư các đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu

Hình 1.12: Sơ đồ chân của IC 89C51

89C51 Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó cóchức năng như các đường vào ra

Port 1 là port I\O ở các chân từ 1÷8 Các chân được ký hiệu là P0.0, P0.1,P0.2,…P1.7, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài nếu cần Port 1không có chức năng khác vì vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài(chẳng hạn ROM, RAM, 8255, 8279, …)

INT1\

T0T1WR\

RD\

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

Ngõ vào TIMER\COUNTER thứ 0

Ngõ vào TIMER\COUNTER thứ 1

Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 1.5: Chức năng của các chân port 3

- Ngõ tín hiệu PSEN\ (Progam store enable): PSEN\ là tín hiệu ngõ ra ở chân 29

có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối vớichân OE\ (output enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chươngtrình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bên trongIC89C51 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội (IC89C51) thìPSEN\ sẽ ở mức 1

- Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address latch enable):

Khi IC89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port0 có chức năng là địa chỉ và dữliệu do đó phải tách đường địa chỉ và dữ liệu Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùnglàm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối với

Ngõ tín hiệu EA\ (External Access: truy xuất dữ liệu bên ngoài):

Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ởmức 1 thì IC89C51 thi hành chương trình trong ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp4k Nếu ở mức 0 thì IC89C51 thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng (vìIC89C51 không có bộ nhớ chương trình trên chip) Chân EA\ được lấy làm châncấp nguồn 21V lập trình cho EPROM trong IC89C51

- Ngõ tín hiệu RST (Reset):

Ngõ tín hiệu RST ở chân 9 và ngõ vào Reset của IC89C51 Khi ngõ vào tínhiệu đưa lên mức cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạpnhững giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset

- Ngõ vào bộ dao động X1, X2:

Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong IC8951, khi sử dụng IC89C51người thiết kế cần ghép nối thêm tụ, thạch anh Tần số thạch anh được sử dụng choIC89C51 là 12MHz

Bộ nhớ trong IC89C51 bao gồm ROM và RAM RAM trong IC89C51 baogồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, cácbank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt IC89C51 có cấu trúc bộ nhớtheo kiểu Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu.Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong IC89C51, nhưng IC89C51 vẫn có thểkết nối với 64k byte chương trình và 64k byte dữ liệu

Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị (được định vị có nghĩa

là xác định) trong bộ nhớ và có thể truy xuất trực tiếp giống như các bộ nhớ địa chỉkhác

Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với ROM ngoại như các bộ vi xử

lý khác

RAM bên trong IC89C51 được phân chia như sau:

- Các Bank thanh ghi có địa chỉ 00H ÷ 1FH

- RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ 20H ÷ 2FH

- RAM đa dụng có địa chỉ 30H ÷7FH

Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểuđịa chỉ gián tiếp hoặc trực tiếp Ví dụ: để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nộivào thanh ghi tích lũy A, có thể dùng một trong hai cách sau:

- Cách 1: MOV A, #5FH

- Cách 2: Ngoài cách trên RAM bên trong cũng có thể được truy xuất bằngcách dùng địa chỉ gián tiếp hoặc trực tiếp qua R0 hay R1:

MOV R0, #5FHMOV A, @R0Lệnh đầu tiên dùng để nạp địa chỉ tức thời #5FH vào thanh ghi R0, lệnh thứhai dùng để chuyển nội dung của ô nhớ có địa chỉ mà R0 đang chỉ tới vào thanh ghitích lũy A

IC89C51 chứa 210bit được địa chỉ hóa, trong đó có 128bit chứa các byte cóđịa chỉ từ 20H÷2FH và các bit còn lại chức trong nhóm thanh ghi có chứa năng đặcbiệt

Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của vi điềukhiển nói chung Các bit có thể được đặt, xóa, And, OR…, với một lệnh đơn Màđiều này đối với vi xử lý đòi hỏi phải có một chuỗi lệnh đọc - sửa - ghi để đạt đượcmục đích tương tự như vi điều khiển Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất đượctừng bit làm đơn giản đi phần mềm xuất nhập từng bit.Và 128bit truy xuất từng bitnày cũng có thể truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng

32 byte thấp của bộ nhớ RAM nội được dùng cho các bank thanh ghi Bộlệnh 8031 hỗ trợ 8 thanh ghi nói trên có tên là R0 ÷R7 và theo mặc định khi reset hệthống, các thanh ghi này có địa chỉ từ 00H ÷ 07H

Một định nghĩa đơn giản của timer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần sồnối tiếp với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp Ngõ ra của tầngcuối làm xung nhịp cho flip - flop báo tràn của timer (flip - flop cờ) Giá trị nhị phân

trong các flip - flop của timer có thể xem như đếm số xung nhịp (hoặc các sự kiện)

từ khởi động timer Ví dụ timer 16 bit sẽ đếm từ 0000H đến FFFFH Cờ báo tràn sẽlên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H

IC89C51 có hai timer 16 bit, mỗi timer có 4 cách làm việc Người ta sử dụngcác timer để:

- Định khoảng thời gian

- Đếm sự kiện

- Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong IC89C51

Trong các ứng dụng định nghĩa khoảng thời gian, người ta sử dụng lập trìnhtimer ở một khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được sử dụng để đồng bộ hóachương trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vàohoặc gửi sự kiện ra các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xungnhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (Ví dụ: đo độ rộngxung)

Đếm sự kiện dùng để xác định số lần xảy ra của một số sự kiện Một “sựkiện” là bất cứ tác động ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên mộtchân của IC89C51

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc chotimer 0 và timer 1

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 vàtimer 1

 Chế độ 1 – Chế độ TIMER 16 Bit:

Hoạt động như timer 16 bit đầy đủ

Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có thể đọc hoặc ghi bằng phần mềm.MSB của giá trị trong thanh ghi timer là bit 7 của THx và LSB là bit 0 của TLx Cácthanh ghi timer (TLx/THx) có thể đọc hoặc ghi bất cứ lúc nào bằng phần mềm

Hình1.13: Mô tả chế độ timer 16 bit

 Nguồn tạo xung nhịp:

Có hai nguồn tạo xung nhịp có thể có, được chọn bằng cách ghi vào C/T(counter/timer) trong TMOD khi khởi động timer Một nguồn tạo xung nhịp dùngcho định khoảng thời gian, cái khác cho đếm sự kiện

Hình 1.14: Mô tả nguồn tạo xung nhịp

 Bắt đầu, dừng và điều khiển các Timer:

Phương pháp đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy) và dừng các timer là dùngcác bit điều khiển chạy: TRx trong TCON TRx bị xóa sau khi Reset hệ thống Nhưvậy, các timer theo mặc nhiên là bị cấm (bị dừng) TRx được đặt lên 1 bằng phầnmềm để cho các timer chạy

Hình 1.15: Mô tả hoạt động điều khiển các timer

Vì TRx ở trong thanh ghi TCON có địa chỉ bit, nên dễ dàng cho việc điềukhiển các timer trong chương trình

 Khởi động và truy xuất các thanh ghi:

Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần ở đầu chương trình đểđặt chế độ làm việc đúng Sau đó, trong thân chương trình, các timer được

cho chạy, dừng, các bit cờ được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc vàcập nhật … theo đòi hỏi của các ứng dụng

TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động

 Hoạt động của bộ ngắt (INTERRUPT)

Chương trình giải quyết ngắt gọi là chương trình phục vụ ngắt (ISR:Interrupt Service Routine) hoặc bộ xử lý ngắt ISR thực thi đáp ứng ngắt và thôngthường thực hiện tác vụ nhập hay xuất với một thiết bị Khi ngắt xảy ra, chươngtrình chính tạm thời bị treo và rẽ nhánh đến ISR: ISR thi hành và kết thúc bằng lệnhtrở về ngắt Chương trình tiếp tục thực thi tại chỗ mà nó tạm dừng Thường người taxem chương trình chính thực thi ở mức nền (cơ sở) và các ISR thực thi ngắt(Interrupt Level) Người ta dùng thuật ngữ Foreground (phía trước) (Base – Level)chỉ mức nền và Background (phía sau) (Interrupt – level) chỉ mức ngắt

 Tổ chức ngắt của IC89C51:

Thật sự tất cả các nguồn ngắt ở IC89C51: hai từ ngắt ngoài, hai từ timer vàmột ngắt Port nối tiếp Tất cả các ngắt theo mặc nhiên đều bị cấm sau khi Reset hệthống và được cho phép bằng phần mềm

Khi có hai hoặc nhiều ngắt đồng thời, một ngắt xảy ra trong khi một ngắtkhác đang được phục vụ, có cả hai sự tuần tự hỏi vòng và sơ đồ ưu tiên hai mức

dùng để xác định thực hiện ngắt Việc hỏi vòng tuần tự thì cố định nhưng ưu tiênngắt thì có thể lập trình được

Hai bit phải được đặt lên một để cho phép bất kỳ ngắt nào: bit cho phép riêng

và bit cho phép toàn bộ

Mặc dù hai cách này có cùng một hiệu quả sau khi reset hệ thống nhưng hiệuquả sẽ khác nếu IE được ghi giữa chương trình Cách thứ nhất không ảnh hưởng tới

5 bit trong thanh ghi IE, trái lại cách thứ hai sẽ xóa các bit khác Nên khởi trị IEtheo cách thứ hai ở đầu chương trình (nghĩa là sau khi mở máy hoặc reset hệ thống),nhưng cho phép và cấm các ngắt ngay trong chương trình nên dùng cách thứ nhất

để tránh ảnh hưởng đến các bit khác trong thanh ghi IE

Ngắt Port nối tiếp có từ Logic OR của ngắt thu (RI) và phát (TI)

 Các vector ngắt (Interrupt Vectors):

Khi chấp nhận ngắt, giá trị được nạp vào PC được gọi là vector ngắt Nó làđịa chỉ bắt đầu của ISR cho nguồn tạo ngắt

Khi “chỉ đến một ngắt”, cờ gây ra ngắt tự động bị xóa bởi phần cứng Cácngoại lệ là RI và TI với các ngắt port nối tiếp và TF2, EXF2 với các InterruptTimer Vì có hai nguồn có thể cho mỗi ngắt này, không thực tế để CPU xóa cờ ngắt.Các bit này phải được kiểm tra trong ISR để xác định nguồn ngắt và cờ tạo ngắt sẽ

1.3.5 Giới thiệu IC nhận và giải mã DTMF

MT8870 là một linh kiện ISO – CMOS bao gồm các mạch lọc và giải mãcho sự ghi nhận một cặp tone (tần số chuẩn DTMS: Dual Tone Multi Frequency)với đầu ra là mã 4 bit nhị phân Nó thích hợp cho các ứng dụng ở các thiết bị điềukhiển từ xa, hệ thống điện thoại nhận số, tổng đài nội bộ PABX, hệ thống thẻ tíndụng, máy tính cá nhân …

Bảng 1.7: Bảng giải mã tần số DTMF

Hình 1.16: Sơ đồ chân của MT 8870

- PIN 1(IN+): Non –Investing op-amp, ngõ vào không đảo

- PIN 2 (IN-): Investing op-amp, ngõ vào đảo

- PIN 3 (GS): Gain Select, giúp truy xuất ngõ ra của bộ khuếch đại vi sai đầu cuốiqua điện trở hồi tiếp

- PIN 4 (Vref): Reference Voltage (ngõ ra) thông thường bằng VDD/2

- PIN 5 (INH): Inhibit (ngõ vào) khi chân này ở mức logic cao thì không nhận dạngđược ký tự A, B, C ở ngõ ra (undelected)

- PIN 6 (PWDN): Power down (ngõ vào), tác động mức cao Khi chân này tác độngthì sẽ cấm mạch dao động và IC MT8870 hoạt động

- PIN 7 (OSC 1): Clock gõ vào MHz

- PIN 8 (OSC 2): Clock ngõ ra

- Nối hai chân 7 và chân 8 với thạch anh 3,58 MHz để tạo một mạch dao động nội

- PIN 9 (Vss): điện áp mass

- PIN 10 (TOE): Three Stage Output Enable (ngõ vào), ngõ ra Q1 – Q4 hoạt độngkhi TOE ở mức cao

- PIN 11÷14: từ Q1÷Q4 ngõ ra, khi TOE ở mức cao các chân này cung cấp mãtương ứng với các cặp tone dò tìm được (theo bảng chức năng), khi TOE ở mứcthấp dữ liệu ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao

- PIN 15 (STD): Delayed Steering (ngõ ra), ở mức cao khi gặp tần số tone đã đượcghi nhận và gõ ra chốt thích hợp, trở về mức thấp khi điện áp trên ST/ GT ngỏ hơnđiện áp ngưỡng VTST

- PIN 16 (EST): Early Steering (ngõ ra), chân này lên mức [1] khi bộ thuật toánnhận được cặp tone và trở về mức [0] khi mất tone

- PIN 17 (ST/GT): Steering Input /Guard tune output (ngõ ra), khi điện áp VC lớnhơn VTST thì ST sẽ điều khiển dò tìm cặp tone và chốt ngõ ra

- PIN 18 (VDD): điện áp cung cấp, thường là + 5V

Hình 1.17: Sơ đồ khối bên trong MT 8870

IC thu tone MT 8870 bao gồm một bộ thu DTMF chất lượng cao (kèm bộkhuếch đại) và một bộ tạo DTMF giúp cho việc tổng hợp đóng ngắt tone đượcchính xác

Chức năng

 Cấu hình ngõ vào :

Thiết kế đầu vào của MT8870 cung cấp một bộ khuếch đại OPAMP ngõ vào

vi sai cũng như một ngõ vào VREF để điều chỉnh thiên áp cho đầu vào tại VDD/2.Chân GS giúp nối ngõ ra bộ khuếch đại với ngõ vào qua một điện trở ngoàii để điềuchỉnh độ lợi

 Dial tone filter:

Khối này sẽ tách tín hiệu tone thành nhóm tần số tháp và nhóm tần số cao.Thực hiện việc này nhờ 2 bộ lọc thông qua bậc 6 Một từ 697 HZ đến 941 HZ và một

từ 1209 HZ đến 1633 HZ Cả hai nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuôngbởi bộ dò Zero Crossing

 High group filter và Low group filter :

- High group filter là bộ lọc 6 để lọc nhóm tần số cao có băng thông từ 697 HZ đến

 Digital detection argorethm:

Khối này là bộ thuật toán dùng kỹ thuật số để xác định tần số của các toneđến và kiểm tra chúng tương ứng với tần số chuẩn DTMF Nhờ giải thuật lấy trungbình phức tạp (complex averaging) giúp loại trừ các tone giả tạo thành do tiếng nóitrong khi vẫn bảo đảm một khoảng biến động cho tone thực do bị lệch Khi bộ kiểmtra nhận dạng được hai tone đúng thì đầu ra EST (Early Steering) sẽ lên mức active(tác động ) Lúc không nhận được tín hiệu tone thì ngõ ra EST sẽ ở mức Inactive(không tác động)

 Mach Steering:

Hình 1.18: Mạch steering