4.2.1 Khảo sát IC thu phát DTMF MT8880:
IC MT8880 là một mạch tích hợp thu phát kèm với bộ lọc thoại (Call Progress). Nĩ được sản xuất theo cơng nghệ CMOS với mức tiêu thụ cơng suất thấp và độ chính xác cao. Phần thu của thiết bị dựa trên tiêu chuẩn cơng nghệ của MT8870 trong khi phần phát dùng một bộ biến đổi D/A cho ra tín hiệu DTMF với độ nhiễu thấp và độ chính xác cao. Bộ đếm bên trong hình thành chế độ Burst Mode nhờ đĩ mà các tone phát ra với thời hằng chính xác.Bộ lọc Call Progress cho phép bộ vi xử lý các tone trạng thái đường dây.
MT8880 dùng một vi mạch bên ngồi của Intel, điều này cho phép thiết bị cĩ thể kết nối tới một số vi mạch điều khiển với cổng logic rất nhỏ bên ngồi.
Chức năng các chân.
Chân 1 (IN+): ngõ vào khơng đảo Chân 2 (IN-): ngõ vào đảo
Chân 3 (GS): chọn độ lợi cho bộ khuếch đại Op-amp.
Chân 4 (Vref): đầu ra điện áp tĩnh VDD/2 dùng cân bằng tĩnh ở đầu vào.
Chân 5 (VSS): điện áp âm cung cấp.
Chân 6 (OSC1): đầu vào bộ dao động thạch anh. Nối 1 điện trở 4.7M xuống mass nếu dùng bộ dao động thạch anh.
Chân 7 (OSC2): ngõ vào bộ dao động. thạch anh 3.579545 MHz được nối giữa OSC1 và OSC2 tạo thành mạch dao động bên trong.
Chân 8 (TONE): ngõ ra của bộ phát DTMF.
Chân 9 (WR): chân để CPU điều khiển việc viết data.
Chân 10 (CS): ngõ vào chân chọn chip. Hoạt động ở mức thấp.
Chân 11 (RS0): ngõ vào chân chọn thanh ghi.
Chân 12 (RD): chân để CPU điều khiển việc đọc data.
Chân 13 (IRQ/CP): ngõ ra CP/đề nghị ngắt. Trong chế độ ngắt, ngõ ra chân này sẽ ở
mức thấp khi một tone burst hợp lệ được phát hay nhận. Trong chế độ CP, ngõ ra chân này sẽ là một tín hiệu xung vuơng thể hiện tín hiệu ngõ vào. Ngõ vào tín hiệu phải nằm trong giới hạn băng thơng của bộ lọc CP.
Chân 14 đến 17 (D0-D3): bus dữ liệu, được nối với vi điều khiển.
Chân 18 (ESt): ngõ ra mạch steering. Cho mức logic cao khi phát hiện một cặp tone hợp lệ. bất kì tín hiệu nào khơng hợp lệ cũng cho ra logic thấp.
Chân 19 (St/GT): Steering input/guard time output (2 chiều). Một mức điện áp lớn hơn
VTSt xuất hiện tại chân St làm cho thiết bị ghi nhận cặp tone và ngõ ra được chốt. mức
điện áp thấp hơn VTSt giải phĩng để thiết bị thu nhận một cặp tone mới. Ngõ ra GT làm
nhiệm vụ reset mạch định thì bên ngồi; trạng thái của nĩ là hàm của Est và điện áp trên chân St.
Chân 20 (VDD): nguồn dương.
4.2.2. Mơ tả chức năng:
IC thu phát DTMF MT8880 bao gồm bộ thu DTMF chất lượng cao kèm với bộ khuếch đại và bộ tạo DTMF sử dụng Burst Counter giúp cho việc tổng hợp đĩng ngắt tone chính xác.Chế độ Call Progress cĩ thể phát hiện các tần số nằm trong giải thơng
thoại. Các IC vi điều khiển như 8080, 80C31/51 và 8085 được truy cập tới thanh ghi bên trong của IC MT8880.
4.2.3. Hình dạng ngõ vào:
Ngõ vào của IC MT8880 cung cấp một bộ khuếch đại vi sai như một ngõ vào
VRef để điều chỉnh điện áp đầu vào tại chân VDD/2. Chân GS nối ngõ ra của bộ khuếch
đại với một điện trở hồi tiếp để điều chỉnh độ lợi.
4.2.4. Phần thu:
Hai bộ lọc băng thơng bậc 6 giúp tách các tone trong nhĩm tone low và high của tín hiệu DTMF. Đầu ra của mỗi bộ lọc thu điện dung giúp nén tín hiệu trước khi qua điện trở hạn biên. Việc hạn biên được thực hiện bởi bộ so sánh cĩ kèm theo bộ trễ để tránh chọn nhầm tín hiệu ở mức thấp khơng mong muốn. Ngõ ra của bộ so sánh cho ta các dao động cĩ mức logic tại tần số DTMF thu được.
Tiếp theo phần lọc là bộ giải mã sử dụng kĩ thuật đếm số để kiểm tra tần số các tone thu được và đảm bảo chúng tương ứng với các tần số DTMF. Một kỉ thuật lấy trung bình phức giúp loại trừ các tone giả tạo thành do tiếng nĩi trong khi vẫn đảm bảo một khoảng biến đổi cho tần số bị lệch hay thay đổi nhỏ. Kĩ thuật này phát triển để đảm bảo chắc chắn một điều kiện tốt nhất để kết hợp tín hiệu mà khơng chịu ảnh hưởng của những tần số khơng mong muốn và nhiễu. Khi bộ phận kiểm tra nhận được hai tone đúng thì đầu ra “Early Steering” sẽ lên mức Active. Khi khơng nhận được tín hiệu tone thì Est sẽ ở mức Inative.
4.2.5. Mạch steering:
Trước khi thu nhận một cặp tone đã giải mã, bộ thu phải kiểm tra xem thời hằng của tín hiệu đĩ cĩ đúng khơng. Việc kiểm tra này được thực hiện bởi một bộ RC mắc ở bên ngồi điều khiển bởi chân Est. Est lên mức cao thì làm cho Vc tăng lên khi xả tụ. Khi Est vẫn cịn trong một thời đoạn hợp lệ, Vc tiến tới điện áp ngưỡng của logic Steering để nhận một cặp tone và chốt 4 mã tương ứng với nĩ vào thanh ghi Receive
Data Register. Lúc này đầu ra của GT được kích hoạt và đẩy Vc lên VDD. GT tiếp tục
được đẩy lên mức cao trong khi Est vẫn giữ ở mức cao. Cuối cùng, sau một khoảng thời gian ngắn cho phép chốt Data xong thì cờ của mạch Steering lên mức high báo hiệu cặp tone thu đã được lưu vào thanh ghi. trạng thái cờ Steering cĩ thể được giám sốt bằng cách kiểm tra các bit tương ứng trong thanh ghi trạng thái. Nếu như khối ngắt được chọn, thì chân IRQ/CP sẽ ở mức thấp khi cờ Steering được kích hoạt.
Nội dung của ngõ ra được cập nhật khi mạch Steering chuyển trạng thái hoạt động. Dữ liệu này được đưa ra 4 bit trên Data bus 2 chiều khi thanh ghi Receive Data được đọc. mạch Steering hoạt động theo chiều ngược lại để kiêm tra khoảng dừng giữa hai tín hiệu.Vì vậy, bộ thu vừa bỏ qua tín hiệu quá ngắn khơng hợp lệ vừa khơng chấp nhận các khoảng quá nhỏ. Chức năng này cũng như khả năng chọn thời hằng Steering bằng mạch ngồi cho phép người thiết kế điều chỉnh hoạt động cho phù hợp với các địi hỏi khác nhau của từng ứng dụng.
DIFFERENTIAL INPUT AMPLIFIER C1 = C2 = 10 nF R1 = R4 = R5 = 100 kΩ R2 = 60 kΩ, R3 = 37.5 kΩ R3 = (R2R5)/(R2 + R5) VOLTAGE GAIN (AV diff) – R5/R1 INPUT IMPEDANCE (ZIN diff) = 2 [R12 + 1/wC)2]1/2
Trên là một mạch steering cơ bản, giá trị các linh kiện được chọn như trên
4.2.6. Điều chỉnh thời gian bảo vệ:
Mạch Steering cơ bản như hình dưới thì phù hợp với hầu hết mọi ứng dụng. Giá trị linh kiện được chọn theo các bất đẳng thức bên dưới.
tREC ≥ tDPmax + tGTPmax tDAmin tREC ≤ tDPmin + tGTPmin tDAmax t ID ≥ tDAmax + tGTAmax tDPmin tDO ≤ tDAmin + tGTPmin tDPmax
Giá trị của tDP là một thơng số của thiết bị và tREC là thời gian tín hiệu nhỏ nhất được nhận ra bởi thiết bị nhận. Giá trị của C1 là 0.1uF được dùng cho hầu hết các ứng dụng, giá trị của R1 được chọn bởi người thiết kế. Sự lắp đặt steering khác nhau cĩ thể được chọn khơng phụ thuộc thời gian bảo vệ cĩ tone hay ko cĩ tone. Điều này cĩ lẽ cần thiết để chỉ rõ hệ thống nơi nào cần chấp nhận và khơng chấp nhận giới hạn trong thời gian cĩ tone và khoảng dừng số. điều chỉnh thời gian bảo vệ cũng cho phép người thiết kế biến đổi các thơng số của hệ thống như tắt tiếng nĩi và giảm nhiễu.
Việc tăng tREC cải thiện đặc tính talk- off khi nĩ giảm đến mức cĩ thể các tone tương
tự bởi khả năng duy trì tín hiệu hợp lý đủ dài để được ghi lại. liên quan giữa thời gian
ngắn tREC với thời gian dài tDO cĩ thể dành riêng cho mơi trường tín hiệu quá nhiễu.
4.2.7 Bộ lọc thoại (CALL PROGRESS ):
Mode call progress khi được chọn thì cho phép kiểm tra các tone khác nhau thể hiện trạng thái đường dây. đầu vào của Call Progress và DTMF là chung, tuy nhiên tone Call Progress chỉ cĩ thể được nhận ra khi ta chọn chế độ CP. Tín hiệu DTMF khơng thể được nhận ra nếu như dùng chế độ CP.
Các tần số đưa đến đầu vào nằm trong giới hạn băng thơng chấp nhận của bộ lọc, sẽ đưa qua bộ so sánh cĩ độ lợi cao và đến chân IRQ/CP. Dạng sĩng ở đầu ra tạo bởi
mạch trigger cĩ thể được phân tích bởi vi xử lý hoặc bộ đếm để xác định tính chất các tone trạng thái đường dây. Các tần số nào trong vùng loại bỏ sẽ khơng được kiểm tra và tín hiệu ở chân IRQ/CP sẽ ở mức thấp.
4.2.8. Bộ phát DTMF:
Bộ phát DTMF dùng MT8888 cĩ khả năng tạo ra 16 cặp DTMF chuẩn với độ sai lệch thấp và độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều được lấy từ 1 dao động thạch anh 3,579Mhz bên ngồi. Dạng sĩng sin của từng tone được tổng hợp tần số bằng cách sử dụng bộ chia hàng cột tổng hợp được và bộ biến đổi D/A. Các tone hàng cột được trộn vào và lọc cho ra 1 tín hiệu DTMF tương ứng với độ hài thấp và độ chính xác cao. Để phát 1 tín hiệu DTMF, dữ liệu tương ứng với bảng mã 1 phải được ghi vào thanh ghi Data Register. Chú ý mã phát giống như mã nhận. Các tone riêng lẻ bao gồm 2 nhĩm là tone thấp và tone cao. Nhĩm tần số thấp gồm các tần số 697, 770, 852, và 941 Hz. Nhĩm tần số cao là 1209, 1336, 1477, 1633. theo tiêu chuẩn, tỉ lệ biên độ nhĩm cao so với nhĩm thấp là 2dB.
Thời hằng của mỗi tone bao gồm 32 thời đoạn. Thời hằng của một tone được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài của thời đoạn. Trong suốt quá trình hoạt động ghi vào Transmit Data Register thì 4 bit dữ liệu trên bus được chốt và được biến đổi thành 2 của 8 mã để sử dụng cho mạch chia hàng cột. Đoạn mã này chỉ rõ 1 thời đoạn mà chủ yếu quyết định tone tần số. Khi bộ chia đạt đến giá trị đếm thích hợp được quyết định bởi mã ở ngõ vào, thì 1 xung reset được phát ra và bộ đếm bắt đầu hoạt động. Thời đoạn xác định là 32, tuy nhiên bằng cách thay đổi giá trị độ dài đoạn như trên thì tần số cĩ thể được thay đổi. Ngõ ra của bộ chia khĩa các bộ đếm khác mà địa chỉ của sĩng sin tìm kiếm trong ROM.
4.2.9. Burst mode:
Một ứng dụng điện thoại bất kì đều địi hỏi tín hiệu DTMF được tạo ra với một thời hằng hoặc qui định bởi ứng dụng đĩ hoặc bởi hệ thống hiện cĩ. Thời hằng DTMF chuẩn cĩ thể được tạo ra bằng cách sử dụng Burst mode. Bộ phát cĩ khả năng tổng hợp các tone cĩ khoảng tắc mở trong khoảng thời gian định trước. Thời gian này là 51ms ± 1ms và là chuẩn cho bộ quay số tổng đài. Sau khoảng thời gian tắc mở tone đã được phát đi, một bit tương ứng sẽ được set lên trong thanh ghi trạng thái. Thời hằng 51ms ± 1ms đĩng mở tone cĩ được khi ta chọn mode DTMF. Tuy nhiên, khi chọn mode CP thì thời hằng đĩng ngắt thứ hai là 102 ± 2ms sẽ được chọn. chú ý là khi Mode CP và Mode Burst cùng được chọn thì MT8888 chỉ hoạt động ở chế độ phát thơi. Trong một ứng dụng nào đĩ ta cần sử dụng khoảng thời gian đĩng ngắt mà khơng theo chuẩn thì cần dùng vịng lặp phần mềm hoặc bộ định thời bên ngồi và tắt chế độ Burst mode đi.
4.2.10. Tạo tone đơn:
Chế độ tạo tone đơn chỉ được dùng khi ta muốn tạo một tone nào đĩ trong nhĩm thấp hoặc cao.chế độ này dùng để kiểm tra thiết bị DTMF, tính tốn nhiễu và nĩ được chọn thanh ghi Control Progress B.
4.2.11. Mạch clock DTMF:
Mạch clock bên trong được sử dụng kết hợp với tần số chuẩn màu ti vi cĩ tần số cộng hưởng là 3,579MHz. Một nhĩm IC cĩ thể kết nối với nhau dùng chung một dao động thạch anh.
4.2.12. Bộ giao tiếp với vi xử lý:
IC MT8880 kết hợp với một mạch giao tiếp vi xử lý Intel. Cĩ tổng cộng 5 thanh ghi. Thanh ghi Receive Data bao gồm mã ngõ ra của những số DTMF cuối cùng được
nhận. Data đi vào chỉ được viết lên thanh ghi Transmit Data, nĩ sẽ quyết định cặp tone được phát đi. Thanh ghi điều khiển thu phát bao gồm 2 thanh ghi điều khiển CRA và CRB với cùng một địa chỉ. Muốn ghi vào thanh ghi CRB thì trước hết phải set một bit tương ứng trong thanh ghi CRA. Chu kỳ ghi kế tiếp vào cùng địa chỉ với CRA sẽ cho phép truy cập tới CRB. Và chu kỳ kế tiếp nữa sẽ trở lại với CRA. Thanh ghi trạng thái chỉ đọc địi hỏi dịng của thu phát.
Phần mềm reset phải bao gồm sự hoạt động của tất cả các chương trình để đặt giá trị ban đầu cho thanh ghi điều khiển, theo nguồn mở hoặc nguồn reset.
Chân IRQ/CP cĩ thể được lập trình để nĩ cĩ thể cung cấp tín hiệu yêu cầu ngắt sau khi đã nhận xung DTMF hợp lệ hay khi bộ phát đã sẵn sàng cho dữ liệu kế tiếp.chân IRQ/CP là ngõ ra của một cực máng hở nên cần phải cĩ một điện trở kéo bên ngồi.
RS0 WR RD CHỨC NĂNG
0 0 1 GHI VÀO THANH GHI PHÁT
0 1 0 ĐỌC TỪ THANH GHI NHẬN DỮ LIỆU
1 0 1 GHI VÀO THANH GHI ĐIỀU KHIỂN
1 1 0 ĐỌC TỪ THANH GHI TRẠNG THÁI
CRA (Control Register A):
BIT TÊN CÁCH SỬ DỤNG
B0 TONE
OUTPUT
Điều khiển tone ngõ ra. Tone ngõ ra ở mức cao. Bit này điều khiển tất cả các chức năng chuyển phát tone. B1
CP/ DTMF
Chọn chế độ Call Progress hoặc DTMF. Mức cao thì chọn chế độ CP, mức thấp thì chọn chế độ DTMF. Trong chế độ DTMF thiết bị cĩ khả năng nhận và phát tín hiệu DTMF. Trong chế độ CP, một tín hiệu sĩng
vuơng sẽ xuất hiện ở ngõ ra chân IRQ/CP nếu chân
này được cho phép.
B2 IRQ Cho phép ngắt. mức logic cao thì cho phép thực hiện
chức năng ngắt. khi chân IRQ được cho phép và chế độ DTMF được chọn, ngõ ra chân này sẽ đi đến mức thấp khi 1 tín hiệu DTMF hợp lệ được nhận trong 1 khoảng thời gian bảo vệ hợp lệ, hoặc phần phát sẵn sàng cho dữ liệu kế tiếp.
B3 REGISTER
E SELECT Chọn thanh ghi. Mức logic cao được chọn điều khiểnthanh ghi B cho chu kì ghi kế tiếp để điều khiển thanh ghi. Sau khi ghi vào thanh ghi B, chu kì ghi kế tiếp sẽ ghi trực tiếp vào thanh ghi A.
CRB (control register B):
BIT TÊN CÁCH SỬ DỤNG
B0 BURST Chọn Burst Mode. Burst mode hoạt động ở mức
thấp. Khi hoạt động, các mã số thay thế cho tín hiệu DTMF cĩ thể được ghi vào thanh ghi phát, đĩ là kết quả của tín hiệu DTMF gồm tone burst và pause. Sau khoảng dừng, thanh ghi trạng thái sẽ được cập
nhật, và một quá trình ngắt sẽ diễn ra nếu chế độ ngắt được cho phép.
Khi chế độ CP được cho phép, tổng thời gian tone burst và pause bình thường từ 51ms đến 102ms. Khi bit này ở mức cao, thời gian phát tone burst được quyết định bởi bit TOUT.
B1 TEST Điều khiển Test mode. Chế độ này được cho phép
ở mức cao. Khi bit này được cho phép và chế độ DTMF được chọn, tín hiệu xuất hiện trên chân 13 sẽ tương tự như trạng thái của bit DELAYED STEERING của thanh ghi trạng thái.
B2 S/D Mức logic cao cho ngõ ra tone đơn; mức logic thấp
cho ngõ ra là cặp tone.
B3 C/R Chọn tone hàng hay cột. chức năng này được dùng
kết hợp với bit S/D
Thanh ghi trạng thái:
BIT TÊN CỜ TRẠNG THÁI LẬP CỜ TRẠNG THÁIXỐ
B0 IQR Ngắt xuất hiện. B1 hoặc
B2 đã được lập. Ngắt chưa kích hoạt. Bịxĩa sau khi thanh ghi trạng thái đã được đọc. B1 THANH GHI DỮ LIỆU PHÁT RỖNG (CHỈ TRONG BURST MODE) Thời hằng ngắt tone đã kết thúc và bộ phát đang chờ dữ liệu kế tiếp.
Bị xĩa sau khi thanh ghi trạng thái được đọc hay khi chọn