Sơ đồ chân: được miêu tả ở hình 3.16
Chức năng các chân:
Bảng 3.21
Tên Số chân Chức năng
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
1,2,3,4,5,6,9,10 Ngõ vào địa chỉ thơng điệp, khi sử dụng ở chế độ điều khiển thì các chân này cĩ chức năng đặc biệt.
NC 7,8,11,22 Khơng sử dụng
VSSD VSSA 12,13 Chân nối mass VCCD VCCA 28,16 Chân nối nguồn
SP+,SP- 14,15 Ngõ ra loa
Mic 17 Ngõ vào microphone
Mic Ref 18 Ngõ vào đảo của microphone
AGC 19 Automatic Gain Control
ANA IN 20 Ngõ nạp tương tự (Analog input)
ANA OUT 21 Ngõ xuất tương tự (Analog output)
PLAYL PLAYE
23,24 Chân điều khiển phát thoại tác động mức thấp, Khi PLAYL=0 phát thoại cho đến khi
PLAYL lên cao hoặc hết khơng gian nhớ, ỉ cần tác động cạnh từ cao xuống
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu nối mass.
- Sơ đồ đồ thu phát thơng báo được cho ở hình 3.17
Chỉ cần mắc các linh kiện giống như sơ đồ ở Hình 3.17 là cĩ thể thu phát một thơng báo các chỉ số linh kiện do nhà sản xuất đưa ra.
Ø Để thu một thơng báo
Đầu tiên đặt địa chỉ của thơng báo cần thu sau đĩ ấn cơng tắc SW3 để thu. Ta cĩ thể thu bằng Mic hoặc thu bằng Tape recoder. Muốn chấm dứt thu thì nhả cơng tắc SW3 ra, muốn thu một đoạn khác thì làm tương tự nhưng phải thay đổi địa chỉ. Khi thu chân RECLEDtích cực nên Led sẽ sáng
+ Giản đồ thời gian thu: được miêu tả ở hình 3.18
Hình 3.18 Giản đồ thời gian thu
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 3.19 Giản đồ thời gian phát
Ø Để phát một thơng báo
Đầu tiên đặt địa chỉ của thơng báo cần phát sau đĩ ấn SW1 hoặc SW2. Nếu ấn SW1 thì phải giữ cịn ấn SW2 thì khơng cần giữ. Đây chính là sự khác nhau giữa chân PLAY và PLAYE khi phát hết một thơng báo thì chân RECLED
sẽ phát ra một xung kích cạnh xuống làm cho LED sáng lên rồi tắt. + Giản đồ thời gian phát thoại: được miêu tả ở hình 3.19
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: (HÌNH 1.1)
4.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH CHI TIẾT
4.2.1 Mạch cảm biến tín hiệu chuơng
4.2.1.1 Chức năng
Tín hiệu chuơng do tổng đài cấp cho thuê bao là tín hiệu xoay chiều cĩ các thơng số sau:
- Tần số f=25Hz.
- Điện áp từ 75-90Vrms trên nền DC 48V. - Phát ngắt quãng 2s cĩ 4s khơng.
- Khối cảm biến tín hiệu chuơng sẽ được mắc song song với thuê bao. - Như vậy khi tổng đài cấp tín hiệu chuơng cho thuê bao thì khối cảm biến tín hiệu chuơng cũng nhận được tín hiệu chuơng. Khi nhận được tín hiệu chuơng từ tổng đài, khối cảm biến tín hiệu chuơng sẽ gởi tín hiệu cĩ chuơng về cho khối xử lý trung tâm để khối này thiết lập trạng thái đợi.
4.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý
4.2.1.3 Nguyên lý hoạt động
- Tín hiệu chuơng được cho qua tụ C1 và ngăn dịng DC. Sau đĩ tín hiệu chuơng qua cầu diode để chỉnh lưu tồn kỳ, ngã ra của cầu diode D9 cĩ cực tính nhất định.
- Tụ C2 và C3 lọc độ gợn sĩng ở ngã ra cầu diode. Diode D2 và diode phát quang của ISO3 được phân cực sao cho khi cĩ tín hiệu chuơng thì cả hai cùng dẫn (D2 phân cực nghịch, diode phát quang phân cực thuận ). Diode D2 cịn cĩ tác dụng chống nhiễu, nếu nhiễu cĩ điện áp nhỏ hơn điện áp ngưỡng VZ
thì DZ khơng dẫn khơng cấp dịng cho diode phát quang của opto.
- Nếu điện áp tín hiệu chuơng sau khi được chỉnh lưu lớn hơn điện áp ngưỡng Vz của diode zener D2 thì D2 dẫn điện qua R6 cấp dịng cho diode phát quang. Diode phát quang kích quang transistor dẫn bảo hịa nên cĩ sự chuyển mức logic từ mức logic cao xuống mức logic thấp ở chân C của transistor. Sự chuyển mức này sẽ tác động vào chân P3.3 của vi điều khiển.
- Tĩm lại, khi cĩ tín hiệu chuơng mạch này cho ra mức logic 0, khi khơng cĩ tín hiệu chuơng thì cho ra mức logic 1. Ngoài ra, khi thơng thoại các tín hiệu
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu thoại khác cĩ biên độ nhỏ nên khơng đủ tác động đến mạch, như vậy mạch sẽ khơng bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu khác ngoại trừ tín hiệu chuơng.
Chú ý: Opto dùng để cách ly điện áp của tín hiệu chuơng, chuyển đổi chúng
thành mức logic phù hợp cho các IC số.
4.2.1.4 Thiết kế và tính tốn
Tín hiệu chuơng của tổng đài cấp cho thuê bao cĩ điện áp hiệu dụng khoảng 75 – 90Vrms , tần số f = 25Hz.
Chọn dịng qua led opto Iopto = 4mA, sụt áp trên led khoảng 1,1V. => Dịng điện hiệu dụng qua tụ C1: IRMS = 4mA.
Chọn C13 là tụ khơng cực tính C1=0,47mF/250V. Ở tần số tín hiệu chuơng, C1 cĩ trở kháng: W = = k C f ZC 13,6 1 . . . 2 1 1 p
Điện áp hiệu dụng ở 2 đầu tụ C1 :
VC1 = ZC1. IRMS = 13,6KW .4mA = 54,4V. Chọn điện áp tín hiệu chuơng là V = 75Vrms
Điện áp qua cầu diode là : Vdiode cầu = 75 – VC1 –VD =
= 75 - 54,4 – 1,1 = 19,5V Chọn diode Zener cĩ : VZ = 15V
tính điện trở R6 :
chọn R6 = 1K
Tụ C2 , C3 là tụ lọc cầu diode, chọn C2 = C3 =10mF/50V
Chú ý: điện áp chịu đựng của C1 phải chọn sao cho lớn hơn 2 lần điện áp của tín
hiệu chuơng, tức là VC >2.90. 2 »250V
Chọn cầu diode 1A Tính R7:
Chọn dịng qua quang transistor ISO3 khi dẫn bảo hoà IC=2mA, VCE=0.3V W = - = - = K mA V V I V V R C CE CC 35 , 2 2 3 , 0 5 7 . Chọn R7 = 2,2 KW.
4.2.2 Mạch cảm biến tín hiệu đảo cực và tải giả
4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý W = - - = - = 850 4 1 , 1 15 5 , 19 6 mA I V V R opto Ledopto câu Điode - V2
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Mạch tạo tải giả đơn giản chỉ là một điện trở tạo trở kháng thấp gần bằng tổng trở của máy điện thoại khi nhấc máy. Vì vậy ta tích hợp mạch tạo tải giả và cảm biến tín hiệu đảo cực chung một khối.
4.2.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Khối tạo trở kháng giống như một thuê bao nhấc máy gồm R1, Q1, LS1, R3 mắc như hình vẽ tạo thành một nguồn dịng để lấy dịng đổ vào mạch giống như một thuê bao của thuê bao bưu điện. Điện trở R3 cĩ nhiệm vụ thay thế một thuê bao trên lĩnh vực trở kháng (khi nhấc máy).
- Khi chân P3.5 ở mức thấp BJT Q1 ngưng dẫn Relay hở, mạch tạo ra trở kháng vơ cùng, làm cho tổng đài nhận biết thuê bao đã gác máy. Lúc này dây Ring mang điện thế âm dây Tip mang điện thế dương nên diode phát quang (cấu tạo bên trong opto) khơng dẫn, dẫn đến ngõ ra tại cực C của BJT (được kết nối với chân P3.6 của vi điều khiển) ở mức cao.
- Khi chân P3.5 lên mức cao làm BJT Q1 dẫn bảo hịa Relay đĩng mạch tạo ra một trở kháng giả làm cho tổng đài nhận biết là thuê bao đã nhấc máy. Lúc này dây Ring mang điện thế dương dây Tip mang điện thế âm, diode phát quang dẫn làm BJT (cấu tạo bên trong opto) dẫn bão hịa, cực C của BJT xuống mức thấp tác động vào chân P3.6 của vi điều khiển báo cho vi điều khiển biết đầu bên kia đã nhấc máy sẵn sàng chờ nhận lệnh điều khiển của người điểu khiển.
4.2.2.3 Thiết kế và tính tốn:
a. Thiết kế mạch đĩng ngắt Relay
- Cĩ nhiều loại relay ở đây ta chọn relay cĩ điện thế tác động 6V, nội trở 100W (dùng nguồn 5V vẫn điều khiển được).
Chọn BJT C1815 cĩ các thơng số sau: PCmax= 400mW
ICmax=150mA VCBO=60V
b=125
- Dịng qua relay khi đĩng mạch
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu mA V R V I RELAY CC RELAY 50 100 5 = W = = mA mA I I C B 0.4 125 50 = = = b Ta chọn R1=8.2KW
Vi là điện thế ngõ ra chân P3.5 của vi điều khiển
b. Thiết kế mạch tạo tải giả
Ta chọn opto 4N35 để cảm biến tín hiệu đảo cực. Opto cĩ các thơng số sau:
Điện áp rơi trên Diode
· IFmax=10mA, VFmax=2V
· b=100
· Chọn dịng DC của tổng đài cấp 20mA
· Chọn nguồn DC 5V
· Điện áp bên trong của opto 1.5V
· Chọn VCE=0.3V khi dịng ngõ ra là IC=5mA Tính R5 Chọn IC=2mA Ω 2,35K 2mA 0,3V 5V R5 = - = Chọn R5=2.2KW
R4 là điện trở hạn dịng qua diode ta chọn R4=1 KW
- Do tổng trở khi nhấc máy của máy điện thoại khoảng 600W nên ta chọn điện trở mắc giữa dây Tip và Ring khoảng 680W
Chọn R3=680W
4.2.3 Mạch nhận và giải mã DTMF
4.2.3.1 Chức năng
Cĩ 2 chức năng chính:
- Nhận tín hiệu DTMF từ bàn phím điện thoại khi mạch điều khiển đã được thơng thoại.
- Phát tín hiệu DTMF khi thiết bị tự động quay số đến thuê bao khác. Việc giải mã thu và phát tín hiệu DTMF sẽ do IC MT8880 thực hiện.
4.2.3.2 Sơ đồ nguyên lý W » - = Þ - = K I V V R R V V I B BE i BE i B 1 10 1
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 4.3 Mạch thu phát DTMF
4.2.3.3 Nguyên lý hoạt động
VĐK AT89C51 sử dụng Port 0 để giao tiếp với MT8880.
Ø Bộ nhận DTMF:
- Điện thế tại ngõ vào St/Gt của MT8880 gọi là điện thế VC. Ban đầu Vc sẽ là mức logic thấp.
- Các tín hiệu trên đường dây điện thoại sẽ qua tụ liên lạc C5 đến mạch khuếch đại. Tín hiệu sẽ được khuếch đại mạnh lên trước khi đưa vào IC giải mã MT8880.
- Khi người dùng nhấc máy và ấn một phím bất kỳ trên bàn phím máy điện thoại, mạch phát tín hiệu của máy điện thoại sẽ sinh ra một cặp tone trên đường dây điện thoại và truyền đến hệ thống.
- Ban đầu, cặp tone được cho qua bộ lọc tần số (dial tone filter). Bộ này sẽ tách tín hiệu thành 2 nhĩm: một nhĩm tần số thấp và một nhĩm tần số cao. Việc này thực hiện được nhờ bộ lọc thơng dãi bậc 6. Nhĩm thứ nhất sẽ lọc thơng dãy tần số từ 697Hz đến 941Hz và nhĩm thứ hai sẽ lọc thơng dãy tần số từ 1209Hz đến 1663Hz.
- Hai nhĩm tín hiệu này sẽ được biến đổi thành xung vuơng bởi bộ dị zero crossing. Xung này được xác định tần số và kiểm tra chúng cĩ tương ứng với cặp tần số chuẩn DTMF hay khơng nhờ thuật tốn trung bình phức hợp (complex averaging). Nhờ kỹ thuật này mà mạch sẽ nhận được các tone từ tín hiệu bên ngồi cĩ thể sai lệch tần số nhỏ. Khi bộ dị nhận đủ hai tone thích hợp thì ngõ ra Est của MT8880 lên mức logic cao. Est lên mức cao sẽ làm cho tụ C9 xả, VC tăng đến ngưỡng mà lớn hơn VTST thì sẽ tác động vào ngõ St/Gt làm cho cặp tone được ghi nhận. Lúc này điện thế VC tiếp tục tăng lên.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu - Sau một khoảng thời gian trễ nhất định thì ngõ ra IRQ sẽ chuyển xuống mức thấp và bít B2 của thanh ghi trạng thái lên mức cao. Như vậy cặp tone đã được ghi nhận và nếu ngõ E ở mức tích cực cao thì 4 bít mã HEX đã giải mã được sẽ truy xuất ra bên ngồi.
- Sau một thời gian thì ngã ra Est sẽ chuyển trạng thái xuống mức thấp và ngõ IRQ sẽ chuyển lên mức cao. VC giảm xuống do tụ C9 bắt đầu nạp điện. Khi VC < VTST thì sẽ điều khiển thanh ghi tiếp tục dị cặp tone mới.
- Nếu việc giải mã thành cơng thì 4 bít mã HEX tương ứng sẽ được lưu trong thanh ghi dữ liệu thu (Receive data register). Cờ của mạch steering lên mức cao báo hiệu rằng cặp tone đã được thu nhận. Ta cĩ thể kiểm tra bit cờ tương ứng trong thanh ghi trạng thái để xem cĩ phím nào được ấn khơng, nếu cĩ thì VĐK AT89C51 đọc mã HEX tương ứng về để xử lý.
- Như vậy, cĩ hai cách để nhận biết một cặp tone đã được thu nhận và đã được giải mã thành cơng:
+ Lập trình cho MT8880 phát ra ngắt.
+ Kiểm tra bít cờ của mạch steering tương ứng trong thanh ghi trạng thái.
Chú ý: Trong ứng dụng này để tiết kiệm các đường gọi ngắt của VĐK dành cho
các mục đích khác nên việc nhận mã HEX của các cặp tone sẽ thực hiện theo phương pháp thăm dị.
Ø Bộ phát DTMF:
Bộ phận này được sử dụng cho mục đích mở rộng đề tài.
- Bộ phát DTMF trong MT8880 cĩ khả năng tạo ra 16 cặp tone DTMF chuẩn với độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều lấy từ dao động thạch anh 3,579545MHz.
- Để phát một tín hiệu DTMF thì dữ liệu tương ứng dưới dạng mã nhị phân 4 bít được đưa đến MT8880 (D0 ->D3) từ AT89C51. Dữ liệu này được ghi vào thanh ghi dữ liệu phát. Sau đĩ dữ liệu sẽ được đưa đến bộ phận chia hàng và cột lập trình được và đưa đến bộ biến đổi A/D biến dung.
- Sau khi qua bộ biến đổi A/D biến dung thì các tone hàng và cột được trộn lại và lọc để cho ra tín hiệu DTMF với ít hài và độ chính xác cao. Tín hiệu này được đưa ra ở chân 8 của IC MT8880 qua tụ liên lạc C7 đến mạch khuếch đại. Tín hiệu DTMF sẽ được khuếch đại mạnh lên để gửi đến tổng đài. Sử dụng bộ phát DTMF của MT8880 ở chức năng quay số tự động.
- Trong cách thiết kế này, thiết bị khơng giao tiếp trực tiếp với đường dây điện thoại mà chỉ giao tiếp thơng qua các tụ liên lạc tín hiệu C5, C7. Vì vậy sẽ khơng gây bất cứ ảnh hưởng xấu nào đến mạch điện ở tổng đài cũng như cho thiết bị.
4.2.3.4 Thiết kế và tính tốn
- Do chân IRQ/CP được cấu tạo ngõ ra cực máng hở do đĩ ta dùng điện trở R15=33k kéo lên nguồn.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Chon R10 = 2,2kW, R9 = 4,7kW.
- Các thơng số của MT8880 do nhà sản xuất hướng dẫn. Các giá trị điện trở, tụ điện, thời gian an toàn và bảo vệ được nhà sản xuất đưa ra như sau:
R12 = R13 = 100KW± 1% R14 = 390KW± 10% R11 = 10KW C9 = 100nF ± 10% C6 = 100nF ± 5% C7 = 100nF ± 5% C8 = 10nF ± 10%.
4.2.4 Mạch đĩng mở và giám sát trạng thái của thiết bị.
4.2.4.1 Chức năng
Mạch cĩ 2 chức năng chính:
- Nhận tín hiệu điều khiển từ người điều khiển để đĩng hoặc mở thiết bị. - Báo trạng thái hiện tại của thiết bị về cho người điều khiển tạo cảm giác an tâm cho người điều khiển.
4.2.4.2 Sơ đồ nguyên lý
4.2.4.3 Nguyên tắc hoạt động
Thiết bị cần điều khiển được nối lên nguồn điện lưới 220V. Thiết bị cĩ thể được điều khiển bằng cơng tắc bên ngồi (SW1) hoặc bằng phần mềm bên trong vi điều khiển. Trạng thái của thiết bị được nhận biết bằng Opto và ngõ ra của Opto được đưa đến port của vi điều khiển tùy theo trạng thái dẫn khơng dẫn của