Hệ thống báo trộm từ xa qua mạng điện thoại

Hệ thống báo trộm từ xa qua mạng điện thoại

Chương 1: DẪN NHẬP1.1 Đặt vấn đề:

Như chúng ta đã thấy, trong thực tế hiện nay kỹ thuật Điện tử đang trở thànhmột ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi khôngngừng từ các lĩnh vực trong các ngành hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc, tựđộng điều khiển đặc biệt trong các thiết bị điện tử tự động đòi hỏi sự chính xáccao đã hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống Những thành tựu khoa học kỹthuật đã mang đến cho con người một cuộc sống tiện nghi văn minh và hiện đại

Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuậtbáo động điện tử Các thiết bị báo động điện tử như: hệ thống báo cháy, hệ thốngbáo nước đầy, hệ thống báo quá tải trong thang máy, hệ thống báo trộm bằngchuông …Các thiết bị này đã góp phần rất lớn trong việc bảo vệ an toàn cho cácdụng cụ và tài sản của người sử dụng Nhưng một khuyết điểm nỗi bật trong cácphương pháp báo động nói trên là không thể truyền xa được

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trong cuộc sống đi cùng với cơ sở vậtchất hiện có, một phương pháp báo động từ xa ra đời có thể khắc phục được khuyếtđiểm về khoảng cách và thể hiện được vai trò này chính là phương pháp báo động

từ xa qua mạng điện thoại Phương pháp này giúp người sử dụng hệ thống có thểlinh hoạt hơn trong việc kiểm tra cũng như có những phương pháp giải quyết hợp

lý từ một khoảng cách không giới hạn tuỳ thuộc vào khả năng phủ kín của mạnglưới điện thoại có sẵn

Từ những ý tưởng trên và nhìn thấy được nhu cầu thực tế, nhóm thực hiện

đề tài đã mạnh dạn thực thi ý tưởng thiết kế và thi công “hệ thống báo trộm từ xa

qua mạng điện thoại”.

1.2 Tầm quan trọng của đề tài:

Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, nhưng để tạo ra được một sảnphẩm có giá trị ứng dụng cao thì đây chính là một điều kiện tốt nhất để người thựchiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt 6 học kì tích luỹ

từ sự tự lực của bản thân và từ trường lớp Đòi hỏi người thực hiện đề tài phải nỗlực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến thức liên quan và ứng dụng nó

Đề tài “ Hệ thống báo trộm từ xa qua mạng điện thoại” hoàn thành sẽ góp

phần vào việc ổn định an ninh xã hội, giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc bảo

vệ các tài sản cá nhân, tập thể, các cơ quan, xí nghiệp… Đồng thời đây là một giảipháp phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại ngày nay, khi màmột người từ một vị trí bất kì nơi đâu đều có thể gián tiếp bảo vệ tài sản của mìnhthông qua mạng điện thoại

1.3 Giới hạn đề tài:

Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đề tài này kết hợp

với những kiến thức tích luỹ được trong suốt khoá học không cho phép ngườithực hiện đề tài thực hiện được hoàn chỉnh toàn bộ các yêu cầu tạo ra một

sản phẩm ưu việt Do đó người thực hiện đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên

cứu về :

Dùng họ vi điều khiển 89C51 để điều khiển quá trình thu phát

Dùng MT8888 chuyên dụng thu phát DTMF giao tiếp với vi điều khiển89C51

Dùng ISD1420 phát tín hiệu báo trộm lên Line điện thoại

Dùng 2 led thu phát hồng ngoại để cảm biến có trộm đưa vào vi xử lí điềukhiển

Do điều kiện về vật chất , trình độ và thời gian còn thiếu nhiều nên đề

tài vẫn còn tồn tại một số vấn đề chưa giải quyết được, đó là:

Trong quá trình thi công khó khăn trong việc thuê Line điện thoại của bưuđiện để thử nghiệm nên người thực hiện đề tài đã sử dụng tổng đài nội bộ 3 số cósẵn để thực hiện đề tài này Do có vài sự khác biệt giữa tổng đài nội bộ với tổng đàibưu điện, nên nếu ứng dụng hệ thống này sử dụng ở tổng đài bưu điện sẽ phải thayđổi một số thông số về linh kiện cũng như phần mềm điều khiển

Khi sử dụng hệ thống chỉ có một chiều phát tín hiệu báo trộm mà chưa cóthể điều khiển ngược lại các thiết bị Các ứng dụng đi kèm chưa được khai thácnhư: hệ thống báo cháy, báo mất nguồn …

Và một phần cũng hết sức quan trong để hoàn thiện đề tài này đó là: bànphím nhập số tự động từ bên ngoài để thay đổi số điện thoại mà không cần phảithay đổi chương trình

1.4 Mục đích nghiên cứu:

Mục đích của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiênvới bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểmtra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếpcận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bịcho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống

Sau khi tạo ra được sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng báo động chonhững nơi như: hệ thống các phòng ban trong cơ quan xí nghiệp, các khách sạn,nhà nghỉ, hoặc các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng…

Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN2.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đề tài hướng tới một phương thức báo động từ xa có sự kết hợp của nhiềulĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử …Do đo, để tạo rađược một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiệncần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tư: là một đốitượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượngkhác Trong đề tài có 1 board mạch chính là: mạch giao tiếp giữa tín hiệu đầu vàovới đường dây điện thoại.Board này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện

tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số,…v…v… với sự điềukhiển trung tâm của IC vi điều khiển lập trình AT89C51 Board này khi nhận tínhiệu báo trộm từ 2 led hồng ngoại sẽ điều khiển quá trình phát DTMF Khi nhậnđược tín hiệu đảo cực (tức có trạng thái nhấc máy) của thuê bao nhận, vi xử lí sẽđiều khiển phát câu thông báo báo trộm đươc ghi sẵn trong ISD1420

Tổng đài điện thoại giữ vai trò quyết định đường truyền tín hiệu, mọi tínhiệu sẽ được truyền trên đường dây điện thoại theo phương thức truyền quy ướccủa tổng đài và sự cho phép của tổng đài Do điều kiện thực tế khó khăn trong việcthuê tổng đài bưu điện khi thi công, người thực hiện đã chọn tổng đài nội bộ để đápứng cho việc truyền các tín hiệu điều khiển này

2.2 DÀN Ý, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

2.2.1 Dàn ý :

Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với nhữngnội dung dàn ý như sau:

 Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:

 Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế

 Lý thuyết thiết kế

 Thiết kế phần cứng

 Thiết kế phần mềm

 Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài

 Tài liệu tham khảo – Phụ lục (lưu đồ và chương trình phần mềm)

 Thi công tất cả các mạch điện trong đồ án ( mạch cảm biến tín hiệu đảocực, mạch cảm biến có trộm, mạch thu phát tín hiệu âm thanh, mạch phátDTMF…)

2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện:

Nhóm thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên nhữngphương tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) như sau:

 Giai đoạn 1

Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, đưa ra mô hình dự kiến về thiết bị báotrộm qua đường dây điện thoại, từ đó lựa chọn ra kiểu mẫu phù hợp nhất với khảnăng để thực hiện Sau đó, trình lên cô hướng dẫn duyệt

 Giai đoạn 2

Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được cô hướng dẫn đồng ý, nhóm tiếnhành thực hiện từng phần của mô hình đó là :

1 Thiết kế, thi công mạch điện

2 Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm

Để hoàn thành đề tài đúng tiến độ, người thực hiện đề tài định sẵn kế

hoạch thực hiện theo từng giai đoạn trong toàn quỹ thời gian như sau:

 Tham khảo tài liệu: từ 25/04/2007 đến 02/05/2007

 Thi công phần cứng: từ 03/05/2007 đến 17/05/2007

 Thi công phần mềm: từ 18/05/2007 đến 25/05/2007

 Chạy thử nghiêm và khắc phục sai xót: từ 26/05/2007 đến 17/06/2007

 Làm báo cáo lý thuyết: từ 18/06/2007 đến 25/06/2007

CHƯƠNG 3:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

3.1 Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại:

3.1.2 Chức năng của tổng đài:

Tổng đài điện thoại có các chức năng sau:

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

Thông báo cho thuê bao biết minh sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuê bao.Nhận dạng thuê bao gọi: xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nốivới mạch điều khiển

Tiếp nhận số được quay: khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ bắt đầunghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị gọi

Kết nối cuộc gọi: khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định,tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và sau đó chọnmột đường rỗi trong số đó Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì một đườnggọi nội hạt được sử dụng

Chuyển mạch thông tin điều khiển: khi được nối với tổng đài của thuê bao bị gọihay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi vối nhau các thông tin cần thiết như sốthuê bao bị gọi

Kết nối trung chuyển: trong trường hợp tổng đài được nối đến tổng đài trungchuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số thuê bao

bị gọi được truyền đi

Kết nối trạm cuối: khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê bao

bị gọi được truyển đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến

hành Nếu máy không ở trạng thái bận thì một đường nối được nối với các đường trung

kế được chọn để kết nối các cuộc gọi

Truyền tín hiệu chuông: để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và chờcho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt và trạng tháiđược chuyển thành trạng thái máy bận

Tính cước: tổng đài chủ gọi xác định câu trả lới của thuê bao bị gọi và nếu cầnthiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian gọi

Truyền tín hiệu báo bận: khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo cácbước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê bao chụgọi

Hồi phục hệ thống: trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc Sau đó tất

cả các đường nối đều được giải phóng

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

3.1.3 Phân loại tổng đài:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài điện thoại ngày nay phùhợp với yêu cầu phát triển của xã hội Quá trình hình thành của tổng đài bao gồm các loạitổng đài sau:

 Tổng đài công nhân:

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

 Tổng đài cơ điện:

Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệ thốngmạch từ Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản: chuyển mạch từng nấc vàchuyển mạch ngang dọc

 Tổng đài điện tử:

Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũng khôngthể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được Ngược lại, tổng đàitrả 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 làm việc được với nhau

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

• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM :Space DevisionMultiplexer)

• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM :Timing DevisionMultiplexer) : có hai loại

- Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian (Analog TDM) gồmcó:

+ 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 và điềuchế PCM

Ngoài ra, đối với tổng đài có dung lượng lớn và rất lớn (dung lượng lên đến cỡ vài chụcngàn số) người ta phối hợp cả hai phương thức chuyển mạch SDM và TDM 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 và giảm bớt

số link trông không cần thiết, làm cho kết cấu của toàn tổng đài trở nên đơn giản hơn bởi

vì, phương thức ghép kênh TDM luôn luôn tạo ra khả năng toàn thông, mà thông thườngđối với tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link là không cần thiết Người ta đã tính rathông thường chỉ có tối đa 10% các thuê bao có yêu cầu cùng 1 lúc, nên số link trống chỉcần đạt 10% tổng số thuê bao là đủ

• Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM :

Frequence Devision Multiplexer)

3.1.4 Các loại tổng đài điện tư hiện có

Cùng với sự phát triễn của linh kiện bán dẫn, các thiết bị ngày càng trở nên thôngminh hơn, giá thành ngày càng giảm Nó lần lượt thay thế phần cơ khí còn lại của tổngđài cơ điện Việc thay thế này làm cho tổng đài gọn nhẹ rất nhiều, thời gian kết nối thôngthoại nhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn Dung lượng tổng đài tăng lên đáng kể Côngtác sửa chữa bảo trì, phát hiện hư hỏng cũng dễ dàng hơn Chính vì vậy tổng đài điện tửhiện nay đã hầu như thay thế hoàn toàn tổng đài nhân công và tổng đài cơ điện trên

thế giới.

Hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng đài sau :

- Tổng đài cơ quan PABX: được sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và thường

sử dụng trung kế CO-Line(central office)

- Tổng đài nông thôn (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu dân cư đông,

chợ và có thể sử dụng tất cả các loại trung kế

- Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện tỉnh và sử

dụng tất cả các loại trung kế

- Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tỗng đài nội hạt ở

các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước

- Tổng đài cửa ngõ quốc tế (Gateway Exchange): tổng đài này dùng để chọn

hướng và chuyển mạch các cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các quốc gia với nhau, cóthể chuyển tải cuộc gọi quá giang

3.1.5 GIỚI THIỆU VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN TỬ NỘI BỘ CƠ QUAN PABX

(PRIVATE AUTOMATIC BRANCH EXCHANGE) TC-2000, SERIAL 308A CỦA CÔNG TY IKE

3.1.5.1 Các tính năng của tổng đài nội bộ TC-308A

Thế hệ tổng đài nội bộ TC-2000 serial A308 của công Ty IKE là một loại tổng đàiđiện tử chuyển mạch hoàn toàn tự động, sử dụng nguồn điện tự cấp 220V_AC Hệ thốnggiao tiếp với bên ngoài bao gồm: 3 line kết nối với tổng đài bưu điện tương ứng với 3 địachỉ thuê bao, đồng thời tổng đài còn có 8 line thông thoại nội bộ hoạt động được ở cả haitrạng thái có hoặc không liên kết với tổng đài bưu điện Tổng đài nội bộ còn hỗ trợ rấtnhiều chức năng như:

Tổng dài cho phép người sử dụng lập trình các chế độ hoạt động của tổng đài theo

ý mình một đến 1000m

Khi kết nối với mạng điện thoại bưu điện ( có thể kết nối đến tối đa 3 số địa chỉthuê bao), một thuê bao bên ngoài yêu cầu được kết nối thông thoại với 1 trong 3 thuêbao bưu điện của tổng đài thì có thể liên cách dễ dàng bằng điện thoại bàn có đủ 12 phímchuẩn

Khi không kết nối với mạng điện thoại bưu điện, tổng đài vẫn hoạt động bìnhthường ở dạng liên lạc nội bộ giữa 8 line trong hệ thống với nhau tương ứng với các sốđịa chỉ thuê bao mặc định từ 801 đến 808 ( người sử dụng có thể lập trình số địa chỉ thuêbao theo ý mình trong phạm vi từ 100 đến 999), tổng đài nội bộ cho phép quá trình hoạtđộng liên lạc nội bộ theo phương thức hoàn toàn giống như tổng đài bưu điện về cácthông số kỹ thuật và chất lượng thông tin truyền Khoảng cách giới hạn trao đổi thông tingiữa các thuê bao hoạt động trong tổng đài nội bộ có thể đạt lạc với 1 trong 8 line nội bộbằng cách sau khi nhấn số thuê bao bưu điện thì nhấn tiếp số line nội bộ cần kết nối thôngthoại Hoặc trong trường hợp này tổng đài có hỗ trợ lập trình cố định việc nhận tín hiệuchuông từ cuộc gọi bên ngoài vào là một line nội bộ bất kì trong 8 line từ 801 đến 808( mặc định là 801); đồng thời khi thuê bao bên ngoài có nhu cầu muốn kết nối thông thoạivới line nội bộ khác thì tổng đài cho phép chuyển kết nối trực tiếp mà không làm ngắt kết

nối ( bằng cách ấn phím Flas trên bàn phím điện thoại sau đó nhấn đến số line nội bộkhác cần liên kết, lúc đó tổng đài sẽ tự động ngắt kết nối với line nôi bộ cũ).

Bất cứ line nội bộ nào trong 8 line của tổng đài đều có thể kết nối thông thoại vớithuê bao bưu điện bằng cách ấn thêm phím số 0 trước khi ấn số điện thoại của thuê baobên ngoài theo phương pháp bình thường Việc tính cước của tổng đài bưu điện khi linenội bộ của tổng đài gọi ra bên ngoài sẽ là 1 trong 3 số thuê bao đã đăng ký ( việc thuê baonào được tính cước trong cuộc gọi sẽ do người sử dụng lập trình cho tổng đài của mình).Người sử dụng có thể sử dụng tổng đài nội bộ này để thông thoại với cùng một lúc nhiềuline nôi bộ khác trong tổng đài như một cuộc hội nghị gián tiếp qua điện thoại khi thiếtđặt chế độ này ở tổng đài

Tổng đài nội bộ này còn cho phép chức năng ghi âm sẵn một thông tin cố địnhbằng điện thoại trong thời lượng 2phút như một lời chào hoặc một thông tin hướng dẫnđược phát ra mỗi khi có thuê bao bên ngoài gọi đến các line trong tổng đài nội bộ

3.1.6 Các âm hiệu:

Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring.Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip vàRing Điện áp cung cấp thường là 48VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặccao đến 105 VDC tùy thuộc vào tổng đài

Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài gửi một số tín hiệu đặcbiệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận v.v Để tìm hiểu về các tín hiệuđiện thoại và ứng dụng của nó, nhóm thực hiện khảo sát một số tín hiệu sau:

Tín hiệu chuông (Ring Signal)

Hình 3 -1: Dạng sóng tín hiệu chuông

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao

đó biết có người được gọi Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số25Hz tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz Biên độ của tín hiệuchuông cũng thay đổi từ 40 VRMS đến 130 VRMS thường là 90 VRMS Tín hiệu chuôngđược gửi đến theo dạng xung ngắt quãng tùy thuộc vào từng loại tổng đài thường là 2 giây

có và 4 giây không (như hình vẽ trên) Hoặc có thể thay đổi thời gian tùy thuộc vào từngtổng đài

Tín hiệu mời quay số (Dial Tone)

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác được sửdụng trong hệ thống điện thoại Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ nghe âmhiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số liên tục .Tín hiệu mời quay số là tín hiệu sin tần, được tạo ra bởi hai âm thanh (Tone) có tần số số350Hz và 440Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC Tín hiệu này có dạng sóng sau:

Hình 3 – 2: Dạng sóng tín hiệu mời quay số Tính hiệu báo bận (Busy Tone):

Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong haitín hiệu:

Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi

Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiệncuộc gọi ngay lúc này Thuê bao phải chờ đến khi nghe được tín hiệu mời gọi Khi thuêbao bị gọi đã nhấc máy trước khi thêu bao gọi cũng nghe được tín hiệu này

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi hai âm cótần số 480Hz và 620Hz Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không)

Hình 3 – 3: Dạng sóng tín hiệu báo bận Tín hiệu chuông hồi tiếp:

Khi người gọi gọi đến một thuê bao nhưng không biết đã gọi được hay chưa thì thật

là khó chịu Người gọi không nghe một âm thanh nào cho đến khi thuê bao đó trả lời Đểgiải quyết vấn đề này tổng đài sẽ gửi một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọitương ứng với tiếng chuông ở thuê bao bị gọi Tín hiệu chuông hồi tiếp này do tổng đài cấpcho thuê bao bị gọi, được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz Tín hiệu nàycũng có dạng xung như tín hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin cótần số khoảng 425 ± 25 Hz la hai tín hiệu ngắt quãng tương ứng nhịp chuông, biên độ2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không

Hình 3 – 4: Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp Gọi sai số:

Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệuxung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngàynay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số

Tín hiệu đảo cực:

Hình 3 – 5: Dạng sóng tín hiệu đảo cực

* Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê baobắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện Khi đó hệ thống tính cước củatổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ở các trạm côngcộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cựccho trạm để thuận tiện cho việc tính cước

3.1.7 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử:

Tổng đài điện tử có 3 phương thức chuyển mạch sau:

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

* Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : TimingDevision Multiplexer) : có hai loại

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

3.1.8 Trung kế:

10

Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài

Hình 3 – 6: Trung kế

Các loại trung kế:

Trung kế CO-Line (Central Office Line):

Hình 3 – 7: Trung kế CO - Line

Kết nối hai dây cáp

Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng đài mình

Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay)

Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear and Mouth Trunk):

Hình 3 – 8: Trung kế hai chiều

Kết nối dây trên bốn dây Cable

Hai dây để thu tín hiệu thoại

Một dây để thu tín hiệu trao đổi

Một dây để phát tín hiệu trao đổi

3.2 Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại:

3.2.1 Giới thiệu:

Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại đơn vịthuê bao để 2 người ở xa liên lạc được với nhau Hiện nay tuy có nhiều loại khác nhaunhưng nói chung máy điện thoại vẫn có 3 phần chính:

Phần chuyển đổi mạch điện:

* Phần này gồm hệ thống lá mía tiếp điểm và có các cơ điện phụ có nhiệm vụ đóng

mở mạch điện khi có yêu cầu

Phần thu phát tín hiệu gọi:

* Phần này gồm 2 phần chính: máy phát điện quay tay và chuông máy phát điện cónhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường dây và chuông có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọithành tín hiệu gọi

Phần thu phát thoại :

* Gồm ống nói và ống nghe, ống nói có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thànhtín hiệu điện và ống nghe ngược lại biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh Cả 2được lắp chung trong một bộ phận gọi là tổ hợp

* Bất cứ loại máy điện thoại nào về nguyên lý cũng phải thoã mãn các yêu cầu sau:Khi máy điện thoại không làm việc phải ở trạng thái sẵn sàng tiếp nhận cuộc gọi.Khi thu phát tín hiệu gọi bộ phận thu phát tín hiệu gọi phải tách rời đường dây điệnthoại, lúc đó trên đường dây chỉ còn tín hiệu gọi

Khi thu phát tín hiệu đàm thoại bộ phận thu phát tín hiệu gọi lại tách ra khỏi đườngđiện, lúc đó trên đường dây chỉ còn dòng tín hiệu thoại

3.2.2 Chức năng của máy điện thoại:

Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau:

Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã sẵn sàng haychưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi Chức năng này thể hiện ở chỗ phải báo hiệu cho người sửdụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu báo bận

Phải gởi được mã số thuê bao bị gọi vào tổng đài Điều này được thực hiện bằngcách quay số hay nhấn phím

Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng các âm hiệu hồi

âm chuông hay báo bận

Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bị gọi thường là bằng tiếngchuông

Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương và chuyển đổitín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói.

Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy

Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng clic khi phát xung số

Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự động điều chỉnh mức âm thanhnghe, nói Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với đường dây.Ngoài chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có khả năng sau:Gọi bằng số rút gọn

Nhớ số thuê bao đặc biệt

Gọi lại tự động: Khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này đang bận, ta có thểđặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy điện thoại Sau đó tanhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được phát đi, hoặc sau thời gian nào

đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này cũng tự động phát đi, khi thuê bao rảnh thìmáy tự động reo chuông từ hai phía

Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đường truyền TIP và RING Thông qua

2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồn dòng từ 25

mA đến 40 mA đến cho máy điện thoại

3.2.3 Các thông số liên quan:

Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 KΩ

Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ

Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω

Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω

Các thông số giới hạn của mạch thuê bao cơ bản

Bảng 3 - 1 : Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại Thông số Các giá trị mẫu Giá trị sử dụng

Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao hay gác máy bằng cách sửdụng nguồn một chiều 48VDC.

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

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

Dòng điện cấp chuông: Tổng đài cấp dòng chuông cho thuê bao bị gọi, dòngchuông tổng đài cấp là dòng điện xoay chiều hình sin hoặc xung có tần số f = 25Hz, có áp

từ 75VRMS đến 110VRMS

3.2.4 Nguyên lý thông tín điện thoại:

Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến nơi khác,bằng dòng điện qua máy điện thoại Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng thôngtin điện thoại

Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽtác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện biếnđổi tương ứng trong mạch Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây tới ốngnghe của máy đối phương, làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp không khítrước màng rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quátrình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự

3.2.5 Quay số:

Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gởi số máyđiện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài Có hai cách gởi số đến tổng đài:

Quay số bằng xung (Pulse – Dialing): Được thực hiện bằng cách thay đổi tổng

trở DC của mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương với số muốnquay

 Các số quay của thuê bao được truyền đến tổng đài bằng cách ngắt dòng đườngdây theo tỉ số thời gian qui định tạo thành chuỗi xung quay số Số quay số là là xung trênđường dây nên phương pháp này được gọi là phương pháp quay số bằng xung thập phân

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 : Dual ToneMulti Frequence) Khi sử dụng DTMF để quay số, các cặp tần số DTMF như sau:

Bảng 3 - 2 : Phân loại tần số tín hiệu Tone Phím Tần số thấp (Hz) Tần số cao (Hz)

3.2.6 Kết nối thuê bao:

 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 báo bận

Nếu đường dây nối thông thoại không bị bận thì tổng đài sẽ cấp cho người bị gọitín hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông Khi người được gọi nhấc máy, tổng đàinhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông để không làm hư mạchthoại và thực hiện việc thông thoại Tín hiệu trên đường dây đến máy điện thoại tươngứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mV đỉnh – đỉnh Tín hiệu ra khỏi máyđiện thoại chịu sự suy hao trên đường dây với mất mát công suất trong khoảng 10 dB ÷

25 dB Chẳng hạn suy hao là 20dB, suy ra tín hiệu ra khỏi máy điện thoại có giá trịkhoảng 3 V đỉnh – đỉnh

Ngưng thoại:

 Khi một trong 2 thuê bao gác máy, thì tổng đài nhận biết trạng thái này, cắt thông thoạicho cả 2 máy đồng thời cấp tín hiệu báo bận cho máy còn lại

Tín hiệu thoại:

Tín hiệu thoại trên đường dây là tín hiệu điện mang các thông tin có nguồn gốc từ

âm thanh trong quá trình trao đổi giữa 2 thuê bao Trong đó, âm thanh được tạo ra bởi cácdao động cơ học, nó truyền trong môi trường dẫn âm

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 sốkhác nhau Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ và trung thực, ngày nay trên mạngđiện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz ÷ 3400 Hz

3.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại:

3.3.1 Nguyên tắc hoạt động:

Khi thuê bao nhấc máy làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên một dòng điệnkhoảng 20-80mA chạy trong vòng thuê bao Ở chế độ nhấc máy, điện thế DC rơi trênđường dây giữa Tip và Ring khoảng 6VDC ở thiết bị đầu cuối thuê bao

Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trở mạchvòng của đường dây thuê bao Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy điện trở mạchvòng là rất lớn Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảm xuống cònkhoảng từ 150Ω đến 1500Ω Tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi tổng trở mạch vòngnày (tức là thay đổi trạng thái của thuê bao) thông qua các bộ cảm biến trạng thái

Tổng đài có chức năng kiểm tra xem còn có link nào rãnh hay không Nếu link cònrỗi thì 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 baonhận biết được tín hiệu Dial Tone, người gọi sẽ hiểu là được phép quay số Người gọi bắtđầu tiến hành gửi các xung quay số thông qua việc quay số hoặc nhấn nút chọn số Tổngđài nhận biết được các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số phát ra từ thuê baogọi Thực chất các xung quay số là các trạng thái nhấc máy hoặc gác máy của thuê bao

Nếu các đường kết nối thông thoại bị bận hoặc thuê bao được gọi bị bận thì tổngđài sẽ phát tín hiệu báo bận cho thuê bao Tín hiệu này có tần số f = 425 ± 25Hz ngắtnhịp 0,5s có 0,5 s không Tổng đài nhận biết các số thuê bao gọi đến và kiểm tra, xem xét

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

Nếu số đầu là mã gọi các chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chức năng

đó theo yêu cầu của thuê bao Thông thường, đối với loại tổng đài nội bộ có dung lượngnhỏ từ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làm cho chương trìnhphục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu quả cho người sử dụng làm tăngkhả 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 với điện

áp 90VRMS (AC), f = 25Hz, với chu kỳ 3s có 4s không Đồng thời cấp âm hiệu hồichuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tín hiệu sin, tần số f = 425 ±25Hz cùng chu kỳ nhịp với tín hiệu chuông gởi cho thuê bao được gọi

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

Tổng đài giải toả một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho các cuộcđàm thoại khác

Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà 1 thuê bao gác máy, tổng đài nhận biết trạngthái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tín hiệu bận (Busy Tone) cho thuêbao còn lại, giải tỏa link để phục vụ cho các đàm thoại khác Khi thuê bao còn lại gácmáy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt âm hiệu báo bận, kết thúc chương trìnhphục vụ thuê bao

Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một cách hoàntoàn tự động Nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại viên có thể theo dõitrực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ vào các bộ hiển thị, cảnhbáo

Điện thoại viên có thể trực tiếp điều khiển các hoạt động của tổng đài qua các thaotác trên bàn phím, hệ thống công tắc….các hoạt động đó có thể bao gồm : nghe xen vàocác cuộc đàm thoại, cắt cưỡng bức các cuộc đàm thoại có ý đồ xấu, tổ chức điện thoại hộinghị… Tổng đài điện tử cũng có thể được liên kết với máy điện toán để điều khiển hoạtđộng hệ thống Điều này làm tăng khả năng khai thác, làm tăng dung lượng, cũng nhưkhả năng hoạt động của tổng đài lên rất nhiều

3.3.2 Qui trình vận hành của hệ mạch điện thoại để bàn:

Hệ thống vận hành của điện thoại bàn như sau:

Hình 3 – 9: Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn

Khi tất cả các máy điện thoại để bàn đều gác tay thoại Lúc này mức áp trên đườngdây sẽ là trên dưới 48VDC và không có dòng điện chạy trên đường dây

Khi máy điện thoại A nhấc tay thoại: Nội trở nhỏ của máy sẽ tạo ra dòng điệnchạy trên đường dây, dấu hiệu này sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết máy A đãnhấc tay thoại Tổng đài điện thoại sẽ gửi tín hiệu mời tín hiệu mời quay số đến máy A

Tín hiệu mời quay số có dạng Sin, tần số trong khoảng 350 ÷ 440 Hz, phát liêntục Lúc này người ở máy A sẽ nhấn các phím số trên bàn phím để xin liên thông với máycần gọi.( Ví dụ xin liên thông với máy B)

Nếu máy điện thoại bên A đang đặt ở mode Tone, thì mỗi phím số sẽ tương ứngvới một tín hiệu âm thanh song tần, tín hiệu nhận dạng số này sẽ theo dây nối gửi về tổngđài điện thoại

Nếu máy điện thoại đặt ở mode Pulse, thì mỗi phím số, mạch điều khiển bàn phím

sẽ cho ngắt dây nối bằng số lần của phím số Tổng đài sẽ ghi nhận số điện thoại mà máy

A gửi về Tổng đài sẽ tiến hành tìm số điện thoại mà máy A xin liên thông

Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B đang bận ( như đang nhấc taythoại), thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận đến máy A Tín hiệu báo bận này có dạng Sin,tần số khoảng 480Hz ÷620Hz, phát theo nhịp 0.5s ngưng 0.5s (nhịp nhanh)

Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B không bận ( chưa nhấc tay thoại),thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu báo chuông đến máy B Lúc này bên máy B sẽ đổ chuông.Cùng lúc tổng đài cũng gửi tín hiệu hồi chuông đến máy A Tín hiệu hồi chuông có tần số

khoảng từ 440Hz ÷ 480Hz, phát theo nhịp 2s ngưng 4s Tín hiệu này cho biết máy Bđang trong trạng thái đổ chuông và chờ người đến nhấc tay thoại.

Khi ở máy B đã có người nhấc tay thoại: Lúc này dòng điện chạy trên dây sẽ báocho tổng đài điện thoại điện tử biết là máy B đã có người đến tiếp nhận Tổng đài điệnthoại sẽ cho ngắt ngay tín hiệu báo chuông và cho nối dây, tạo sự liên thông giữa máy A

Tín hiệu hồi chuông 440 Hz ÷ 480 Hz Phát theo nhịp 1 s ngưng 3 s

Tín hiệu báo chuông 25 Hz Phát theo nhịp 2 s ngưng 4 s

3.4 Lý thuyết về mạch khuếch đại:

Bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có

sự khác nhau Cả hai loại này đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc công suất.Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong củamạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi được và chỉ phụ thuộc vàocác linh kiện mắc ở mạch ngoài Để thực hiện được điều đó, bộ khuếch đại thuật toánphải có độ khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ

Hình 3 – 10: Bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT)

Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn như hình vẽ trên Trong đó:

V+ , I+:điện áp và dòng điện ngõ vào không đảo

V- , I- :điện áp và dòng điện ngõ vào đảo

Vd :điện áp vào hiệu

Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp:

Vd=V+ - V- ,với hệ số khuếch đại Ao > 0

Do đó, điện áp sẽ là :

V o =A o V d =A o (V + - V - )

Nếu V- = 0 thì Vo=AoV+, lúc này điện áp ra đồng pha với điện áp vào V+ Vì vậyngười ta gọi ngõ (+) là ngõ vào không đảo hoặc ngõ vào thuận của bộ khuếch đại thuậttoán

Nếu V+=0 thì Vo= -AoV- , dấu trừ thể hiện điện áp ra ngược pha với điện áp vàonên người ta gọi cửa (-) là cửa vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán

Ngoài ra, một bộ khuếch đại thuật toán thường có 3 tính chất để trở thành một AMP lý tưởng:

tế, chúng ta ít khi được như vậy mà thường dùng thêm những điện trở bên ngoài nối vớiOp-Amp để tạo ra những độ lợi mà chúng ta mong muốn Những độ khuếch đại nhưmong muốn, những điện trở tạo ra độ lợi giảm thông qua tín hiệu hồi tiếp

Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán, người ta dùng hồi tiếp âm mà không dùng hồitiếp dương, vì hồi tiếp dương làm cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc ở trạng thái bảohoà Hồi tiếp âm làm giảm độ khuếch đại nhưng làm cho bộ khuếch đại thuật toán làmviệc ổn định Trong một số trường hợp, người ta dùng cả hồi tiếp âm lẫn hồi tiếp dươngnhưng lượng hồi tiếp âm phải lớn hơn lượng hồi tiếp dương

3.4.1 Mạch khuếch đại không đảo:

Hình 3 - 11 : Mạch khuếch đại không đảo

Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V+:

VI = V+

Phương trình Kiffchoff I ở ngõ vào V-:

V R

V

F

O I

=

−+ −

V R V

V V V

I I

I F O

F O I

3.4.2 Mạch khuếch đại đảo:

Hình 3 - 12 : Mạch khuếch đại đảo

Phương trình Kirchoff I cho ngõ vào V+:

V+ = 0Phương trình Kirchoff II cho ngõ vào V-:

I− − + − − =

Theo tính chất của OP – AMP:

V R

R V

R

V R

V

V V

I I

F O

F O I

CHƯƠNG 4:

GIỚI THIỆU CÁC IC CÓ LIÊN QUAN4.1.VI ĐIỀU KHIỂN 89C51:

4.1.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng IC 89C51:

MCS-51 là một họ IC điều khiển (micro controller), được chế tạo và bán trên thịtrường bởi hãng Intel của Mỹ Họ IC này được cung cấp các thiết bị bởi nhiều hãng sản xuất

IC khác trên thế giới chẳng hạn: nhà sản xuất IC SIEMENScủa Đức, FUJITSU của Nhật vàPHILIPS của Hà Lan Mỗi IC trong họ đều có sự hoàn thiện riêng và có sự hãnh diện riêngcủa nó, phù hợp với nhu cầu của người sử dụng và yêu cầu đặt ra của nhà sản xuất

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

4k byte Flash

128kbyte RAM

4port xuất nhập 8 bit

2 bộ định thời 16 bit

Giao tiếp nối tiếp

64k bộ nhớ không gian chương trình mở rộng

64k bộ nhớ không gian dữ liệu mở rộng

Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bít đơn)

210 bit được địa chỉ hoá

Nhân/chia trong 4 bit

4.1.1.1 Sơ lược về các chân của 89C51:

89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có 24

chân có tác dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như các đường xuất nhập hoặc nhưcác đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ

Port 1 có công dụng xuất nhập ở các chân từ 1-8 trên 89c51 Các chân được kýhiệu là P1.0, P1.1, P1.2,…P1.7, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài nếucần Port 1 không có chức năng khác vì vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các thiết bị bênngoài (chẳng hạn ROM, RAM…).

4.1.2.5 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 với chân OE\ (output enable) của EPROM cho phép đọc cácbyte mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trìnhđược đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bên trong 89c51 để giải

mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội thì PSEN\ sẽ ở mức 1

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

89c51 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để giải đa hợpbus dữ liệu và bus địa chỉ Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/bus dữ liệu đa hợp,chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ

Chân ALE còn được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong 89C51

4.1.2.7 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 ở mức 1thì 89c51 thi hành chương trình trong ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4k Nếu ở mức

0 (và chân PSEN\ cũng ở mức 0) thì 89c51 thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoài

Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21v lập trình cho EPROM trong 89c51

RAM bên trong 89c51 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

Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 80H ÷ FFH

Bảng 4 – 2: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ

4.1.4 Các Thanh Ghi

4.1.4.1 Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW

Từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắtsau:

Bảng 4 – 3: Các bit trạng thái của thanh ghi PSW Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa

4.1.4.3 Thanh ghi con trỏ SP:

Là 1 thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81h chỉ địa chỉ của dữ liệu đang ở đỉnh SP

4.1.4.4 Thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR:

Được dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82h(DPL,byte thấp) và 83h (DPH,byte cao)

4.1.4.5 Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 89c51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ởđịa chỉ A0H và port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các port đều được địa chỉ hoá từng bit Điều

đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi

4.1.4.6 Thanh ghi TMOD:

M1 M0

0 0 Mode 0 timer/counter 13 bit

0 1 Mode 1 timer/counter 16 bit

1 0 Mode 2 bộ định thời tự độ nạp lại

1 1 Mode 3 bộ định thời tách raGate :cổng

Gate=0 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1)

Gate=1 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1) và chân INTRx\ =1

4.1.4.7 Thanh ghi TCON:

Thanh ghi điều khiển timer có định địa chỉ bit ở địa chỉ 88h trên 89C51

Bảng 4 – 6: Vị trí các bit trong thanh ghi TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

TR0,TR1: điều khiển bộ định thời Nếu=1 thì bộ định thời chạy, ngược lại bộ địnhthời ngưng chạy

TF0,TF1: cờ tràn của bộ định thời Nếu = 1 thì bộ đếm tràn, ngược lại bộ đếmchưa tràn

IE0, IE1: cho phép ngắt ngoài tác động

IT0,IT1=0 tác động bằng mức, ngược lại tác động bằng cạnh

4.1.4.8 Thanh ghi THx,TLx:

Chứa kết quả của bộ định thời timer/counter

4.1.4.9 Thanh ghi ngắt IE:

Không định địa chỉ bit có địa chỉ là A8h trên 89c51

Bảng 4 – 7: Vị trí các bit trong thanh ghi IE

EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0

EA: cho phép hoặc không cho phép ngắt tất cả

ET2 cho phép timer T2 ngắt khi tràn

ES: cho phép ngắt của port nối tiếp

ET1: cho phép ngắt của timer T1

ET0: cho phép ngắt của timer T0

EX1: cho phép ngắt ngoài thứ 1

EX0: cho phép ngắt ngoài thứ 0

Cho phép =1, không cho phép =0

4.1.5 Liên hệ các họ vi điều khiển:

Chip SAB80515 của hãng Siemen của Đức là một cải tiến của 8051 chứa trongmột vỏ 68 chân, có 6 port xuất nhập 8 bit, 13 nguồn tạo ra ngắt và một bộ biến A/D 8 bitvới 8 kênh ngõ vào.

AT89C51 của hãng ATMEL của ĐÀI LOAN tương thích với tập lệnh và các chân

ra của chuẩn công nghiệp MCS_51 có 4 k byte Flash, 128 byte RAM, 32 đường xuấtnhập, hai bộ định thời /đếm 16 bit…

AT89C52 có 8 k byte

AT89C53 có 13 k byte

AT89C55 co 20 k byte

4.2 KHẢO SÁT IC THU PHÁT TONE MT8888:

MT8888 là một IC thu phát DTMF trọn bộ kèm theo một bộ lọc thoại (CallProgress Filter) MT8888 là IC CMOS tiêu thụ nguồn thấp Bộ thu DTMF dựa trên kỹthuật chuẩn của IC MT8870, còn gọi là bộ phát DTMF sử dụng phương pháp biến đổiD/A biến dung (Switched Capacitor) cho ra tín hệu DTMF chính xác, ít nhiễu Các bộđếm bên trong giúp hình thành chế độ Burst Mode nhờ vậy các cặp tone xuất ra với thờihằng chính xác Bộ lọc Call Progress cho phép bộ vi xử lý phân tích các tone trạng tháiđường dây Bus chuẩn của nó kết hợp MPU và đặc biệt thích hợp họ 6800 của Motorola.MT8888 có 5 thanh ghi bên trong để giao tiếp với vi xử lý, có thể chia làm 3 loại:

Nhận phát dữ liệu: 2 thanh ghi

Thanh ghi trạng thái

Nhận từ điều khiển: 2 thanh ghi

Sơ đồ khối bên trong IC MT8888

Hình 4 – 2: Sơ đồ khối bên trong IC MT8888

4.2.1 Sơ đồ chân:

Hình 4 – 3: Sơ đồ các chân của IC MT8888 Bảng 4 – 8: Chức năng các chân của IC MT8888

1 IN+ Chân vào không đảo của OP-AMP

3 GS Chọn độ lợi cho bộ khuếch đại OP – AMP

4 VREF Đầu ra điện áp tĩnh V /2 được dùng để cân bằng tĩnh ở đầu

9 WR\ Chân ra để CPU điều khiển trực tiếp viết dữ liệu.

10 CS\ Ngõ vào chip Select, tác động mức thấp

11 RSO Chân chọn Register

12 RD\ Chân để CPU điều khiển trực tiếp đọc dữ liệu

20 VDD Nguồn cung cấp dương (cỡ 5V)

4.2.2 Mô tả chức năng:

MT8888 bao gồm bộ thu DTMF chất lượng cao (kèm bộ khuếch đại) và một bộtạo DTMF sử dụng Burst Counter giúp cho việc tổng hợp đóng ngắt Tone được chính

xác Ngoài ra ta có thể chọn chế độ Call Progress để giúp phát hiện các tần số nằm tronggiải thông thoại Đó là các tín hiệu trạng thái đường dây.

4.2.3 Cấu hình ngõ vào:

Thiết kế đầu vào của MT8888 cung cấp một bộ khuếch đại OPAMP ngõ vào vi saicũng như một ngõ vào VREF để điều chỉnh thiên áp cho đầu vào tại VDD/2 Chân GSgiúp nối ngõ ra bộ khuếch đại với ngõ vào qua một điện trở ngoài để điều chỉnh độ lợi

Hình 4 – 4: Cấu hình ngõ vào của MT8888

4.2.4 Bộ thu:

Hai bộ lọc băng thông bậc 6 giúp tách các tone trong các nhóm tone LOW vàHIGH Đầu ra mỗi bộ lọc điện dung giúp nắn dạng tín hiệu trước khi qua bộ hạn biên.Việc hạn biên được đảm nhiệm bởi bộ so sánh (Comparator) có kèm theo bộ trễ để tránhchọn lầm tín hiệu mức thấp không mong muốn Đầu ra của bộ so sánh cho ta các daođộng có mức logic tại tần số DTMF thu được

Tiếp theo phần lọc là bộ giải mã sử dụng kỹ thuật đếm số để kiểm tra tần số củacác tone thu được và bảo đảm chúng tương ứng với các tần số DTMF chuẩn Một kỹthuật lấy trung bình phức giúp loại trừ các tone giả tạo thành do tiếng nói trong khi vẫnđảm bảo một khoảng biến động cho tone thu do bị lệch Khi bộ kiểm tra nhận dạng đượchai tone đúng thì đầu ra “early steering” (EST) sẽ lên mức kích hoạt( Active) Lúc khôngnhận được tín hiệu tone thì EST sẽ ở mức Inactive

Bảng 4 – 9: Bảng mã hóa các tín hiệu quay số DTMF

ngoài cho phép người thiết kế điều chỉnh hoạt động cho phù hợp với các đòi hỏi khácnhau của từng ứng dụng.

Hình 4 – 5: Mạch Steering 4.2.6 Bộ lọc thoại:

Mode Call Progress khi được chọn thì cho phép kiểm tra các tone khác nhau thểhiện trạng thái đường dây Đầu vào của Call Progress và mode tone DTMF là chungnhưng tone Call Progress chỉ có thể kiểm tra nếu ta chọn mode CP DTMF tone lại khôngthể nhận dạng được nếu ta chọn mode CP

Các tần số đưa đến đầu vào +IN và –IN nằm trong giới hạn băng thông chấp nhậncủa bộ lọc (280-550 Hz) sẽ đưa qua bộ so sánh có độ lợi cao và đến chân IRQ/CP Dạngsóng ở đầu ra tạo bởi mạch trigger có thể phân tích bởi vi xử lý để xác định tính chất củacác tone trạng thái đường dây Các tần số trong vùng loại bỏ sẽ không được kiểm tra vànhư vậy sẽ không có tín hiệu nào ở chân IRQ/CP khi gặp các tần số này

4.2.7 Bộ phát DTMF:

Bộ phát DTMF trong MT8888 có khả năng tạo tất cả 16 cặp tone DTMF chuẩnvới nhiễu tối thiểu và độ chính xác cao Tất cả tần số này đều lấy từ dao động thạch anh3.579545 MHz mắc ngoài Dạng sóng sin của từng tone được tổng hợp số bằng cách sửdụng bộ phận chia hàng và cột tổng hợp được, và bộ biến đổi D/A biến dung Các tonehàng và cột được trộn lại và lọc để cho ra tín hiệu DTMF với ít hài và độ chính xác cao

Để phát một tín hiệu DTMF thì dữ liệu tương ứng với dạng mã ở bảng 1 sẽ phải đượcviết vào thanh ghi Transmit Data Chú ý rằng mã phát này phải tương ứng với mã nhận.Các tone riêng lẻ được phân thành hai nhóm là: nhóm thấp và nhóm cao (low và high)