Thiết kế đầu vào của MT8870 cung cấp một bộ khuếch đại OPAMP ngừ vào vi sai cũng như một ngừ vào VREF để điều chỉnh thiờn ỏp cho đầu vào tại VDD/2. Chõn GS giỳp nối ngừ ra bộ khuếch đại với ngừ vào qua một điện trở ngoài để điều chỉnh độ lợi.
b/ Dial tone filter:
Khối này sẽ tỏch tớn hiệu tone thành nhúm tần số thấp và nhúm tần số cao. Thực hiện việc này nhờ 2 bộ lọc thụng qua bậc 6. Một từ 697Hz đến 941Hz và một từ 1209 Hz đến 1633Hz. Cả hai nhúm tớn hiệu này được biến đổi thành xung vuụng bởi bộ dũ Zero Crossing .
Hỡnh 3.9: Mạch Steering
c/ High group filter và Low group filter :
- High group filter là bộ lọc 6 để lọc nhúm tần số cao cú băng thụng từ 697Hz đến 941Hz.
- Low group filter là bộ lọc 6 để lọc nhúm tần số thấp cú băng thụng từ 1209Hz đến 1633Hz.
- Ngoài ra, cú bộ Zero crossing detectors cú nhiệm vụ dũ mức khụng để biến đổi tớn hiệu thành xung vuụng.
d/ Digital detection argorethm:
Khối này là bộ thuật toỏn dựng kỹ thuật số để xỏc định tần số cỏc tone đến và kiểm tra chỳng tương ứng với tần số chuẩn DTMF. Nhờ giải thuật lấy trung bỡnh phức tạp (complex averaging) giỳp loại trừ cỏc tone giả tạo thành do tiếng núi trong khi vẫn bảo đảm một khoảng biến động cho tone thực do bị lệch. Khi bộ kiểm tra nhận dạng được hai tone đỳng thỡ đầu ra EST (Early Steering) sẽ lờn mức active (tỏc động). Lỳc khụng nhận được tớn hiệu tone thỡ ngừ ra EST sẽ ở mức Inactive (khụng tỏc động ).
e/ Mạch Steering:
Trước khi thu nhận một cặp tone đó giải mó, bộ thu phải kiểm tra xem thời hằng của tớn hiệu cú đỳng khụng. Việc kiểm tra này được thực hiện bởi một bộ RC mắc ngoài.
Khi chõn EST lờn high (mức logic cao) làm cho Vc tăng lờn khi tụ xả. Khi mà chõn EST vẫn cũn high trong một thời đoạn hợp lệ thỡ Vc tiến mức ngưỡng VTST của logic Steering để nhận một cặp tone. Điện thế VC chớnh là điện thế ngừ vào ST/GT, do đú ngừ vào ST/GT cú điện thế lớn hơn mức ngưỡng VTST, điều này làm cho cặp tone được ghi nhận và 4 bit dữ liệu tương ứng được đưa vào ngừ
ra của bộ chốt. Lỳc đú chõn EST cựng với chõn ST/GT vẫn tiếp tục ở mức cao. Cuối cựng sau một thời gian trễ ngắn cho phộp việc chốt dữ liệu thực hiện xong thỡ chõn STD của mạch Steering lờn mức logic cao bỏo hiệu rằng cặp tone đó được ghi nhận.
Dữ liệu thu được sẽ đi ra 2 chiều (data bus) khi mạch Steering được đọc. Mạch Steering lại hoạt động nhưng theo chiều ngược lại để kiểm tra khoảng dừng giữa hai số quay. Vỡ vậy bộ thu vừa bỏ qua cỏc tớn hiệu quỏ ngắn khụng hợp lệ lại vừa chấp nhận cỏc khoảng ngắt quỏ nhỏ khụng thể coi dừng giữa cỏc số. Chức năng này, cũng như khả năng chọn thời hằng steering bằng mạch ngoài cho phộp người thiết kế điều chỉnh hoạt động cho phự hợp với cỏc đũi hỏi khỏc nhau của ứng dụng .
f / Điều chỉnh thời gian bảo vệ:
Thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện để đảm bảo cho việc nhận chớnh xỏc là : Tpec= tDD+ tGTP
• tDD : thời gian từ khi cú cặp tone ổn định cho đến khi chõn EST lờn mức logic cao, thời gian này là thời gian dũ được cặp tone cố định.
• tGTP : thời gian bảo vệ bảo đảm sự cú mặt của cặp tone. • tpec : thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện.
• Thời gian tối thiểu của sự xuất hiện giữa 2 cặp tone là : tID = tDA +tGTA
• tDA : thời gian dũ được sự mất cặp tone.
• tGTA : thời gian bảo vệ cho việc xỏc định cặp tone bị mất. • tID : thời gian xuất hiện tối thiểu giữa 2 cặp tone.
g / Mạch clock DTMF :
Mạch clock bờn trong được sử dụng cú tần số cộng hưởng là 3,579545 MHZ. Một nhúm IC MT8870 cú thể được nối với nhau dựng chung một dao động thạch anh.
Bảng 3.8: Bảng mó chức năng
3.3. GIỚI THIỆU IC OPTO 4N35:
3.3.1 Mụ tả chung:
Opto 4N35 là bộ ghộp quang được cấu tạo bởi photodiode và phototransistor. Bộ ghộp quang dựng để cỏch điện giữa những mạch điện cú sự khỏc biệt khỏ lớn về điện thế. Ngoài ra cũn được dựng để trỏnh cỏc vũng đất gõy nhiễu trong mạch điện.
Thụng thường bộ ghộp quang gồm 1 diode loại GaAs phỏt ra tia hồng ngoại và một phototransistor với vật liệu silic. Với dũng điện thuận diode phỏt ra bức xạ hồng ngoại với bước súng khoảng 900 nm. Năng lượng bức xạ này được chiếu lờn bề mặt của phototransistor hay chiếu giỏn tiếp qua một mụi trường dẫn quang.
Đầu tiờn tớn hiệu phần phỏt (led hồng ngoại) trong bộ ghộp quang biến thành tớn hiệu ỏnh sỏng, sau đú tớn hiệu ỏnh sỏng được phần tiếp nhận (Phototransistor) biến lại thành tớn hiệu điện.
Tớnh chất cỏch điện: bộ ghộp quang thường được dựng để cỏch điện giữa 2 mạch điện cú điện thế cỏch điện khỏ lớn. Bộ ghộp quang cú thể làm việc với dũng điện một chiều hay tớn hiệu điện cú tần số khỏ cao.
Điện trở cỏch điện: đú là điện trở với dũng điện một chiều giữa ngừ vào và ngừ ra của bộ ghộp quang cú trị số bộ nhất. Nhưng chỳng ta cần chỳ ý dũng điện rũ khoảng vài nA cú thể ảnh hưởng đến hoạt động của mạch điện. Gặp trường hợp này ta cú thể tạo những khe trống giữa ngừ vào và ngừ ra. Núi chung với bộ ghộp quang ta cần phải cú mạch in tốt. 3.3.2. Hỡnh dạng và mụ tả chõn: Hỡnh 3.10: Sơ đồ chõn IC4N35 3.3.3. Tớnh chất: - Nguồn cung cấp Vcc = + 5V ở chõn số 5. - Tớn hiệu được đưa vào chõn số 1 và 2.
- Tớn hiệu lấy ra ở chõn 4.
- Hiệu điện thế cỏch điện là 3350 V. - Hệ số truyền đạt 100%.
Được ứng dụng trong một số mạch cỏch ly và mạch điều khiển.
3.4. GIỚI THIỆU VI MẠCH MAX232:
Hỡnh 3.11: Sơ đồ chõn MAX232
3.4.2. Chức năng:
Chuyển đổi mức tớn hiệu RS232 về TTL hay CMOS vỡ chuẩn RS232 cú mức logic khỏc hẳn (-10V/10V hay -12V/12V) so với cỏc thiết bị điện tử số mức 0V/ 5V.
Vi mạch Max232 chuyển đổi mức TTL ở ngừ vào thành +10V hoặc -10V ở phớa truyền và cỏc mức +3V, ..., +15V hoặc -3V, ..., -15V thành mức TTL ở phớa nhận. Việc sắp xếp cỏc chõn ở ụ cắm nối tiếp được lựa chọn sao cho cú thể dựng một cặp nối trực tiếp cổng nối tiếp của hệ phỏt triển, với cổng nối tiếp của mỏy tớnh thường là COM2.
3.5. GIỚI THIỆU IC THU, PHÁT TIẾNG NểI ISD 1420:
3.5.1. Mụ tả chung:
Hỡnh 3.12: Sơ đồ chõn ISD 1420
ISD14xx là IC thu phỏt ngữ õm thời gian thu và phỏt ngữ õm phụ thuộc vào 2 số cuối nếu là ISD1416 thỡ thời gian thu là 16s, cũn ISD1420 thỡ thời gian thu phỏt là 20s. Đặc điểm nổi bật của IC này là dựng kỹ thuật lưu trữ trực tiếp tớn hiệu tương tự tất cả cỏc mạch cần thiết cho tớn hiệu tương tự như mạch khuếch đại, cỏc mạch điều khiển số.... đều được chứa trong IC ISD1420 khụng dựng cỏc bộ ADC và DAC mà thay vào đú là kỹ thuật CMOS EPROM cụng suất thấp và chứa dữ liệu lấy mẫu như một mức tương tự trong mỗi ụ nhớ. Như vậy mỗi mẫu dữ liệu chỉ cần duy nhất một ụ nhớ trong EPROM. Do sử dụng EPROM nờn cú thể đọc ghi dữ liệu dễ dàng và chất lượng tớn hiệu đạt được rất cao. Mặt khỏc dữ liệu ghi vào trong ROM thỡ khụng mất đi khi mất nguồn điện.
Chõn 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10 (A0 – A7): là địa chỉ ngừ vào.
Chõn 27: là đầu ghi õm REC ở mức cao thỡ ghi õm, REC xuống mức thấp ngừng ghi õm.
Chõn 23 (PLAYE): là đầu kớch phỏt õm ở sườn lờn.
Chõn 24 (PLAYL): kớch mức điện phỏt õm, từ mức điện thấp biến thành mức điện cao thỡ IC bắt đầu phỏt õm.
Chõn 17: là đầu vào MICRO, bờn trong được nối với bộ tiền khuếch đại, micro nối ngoài nờn thụng qua cỏc tụ điện nối tiếp ghộp với nú.
Chõn 18: là đầu vào gốc chuẩn MICRO REF, đõy là đầu vào chiều ngược của bộ tiền khuếch đại.
Chõn 19: là chõn điều khiển độ lợi AGC.
Chõn 14 và 15: là 2 đầu ra loa SP+, SP_. Đầu ra này cú thể kớch cỏc loa trờn 8Ω.
Chõn 25: là chõn TEST, chõn này nờn nối đất. Chõn 26: là xung nhịp đồng hố XCLK.
3.6. GIỚI THIỆU IC LM324:
Hỡnh 3.13: Sơ đồ chõn IC LM324
Dải điện ỏp nguồn: 3 ữ 32V.
3.6.2. Chức năng :
Đõy là IC dựng để khuếch đại tớn hiệu hoặc để tạo điện ỏp xung vuụng. Ở trong thiết kế mạch này là để tạo xung vuụng, hoạt động ở chế độ so sỏnh điện ỏp.
3.7. GIỚI THIỆU IC LM386:
3.7.1. Mụ tả chung:
Hỡnh 3.13: Sơ đồ chõn IC LM386.
- Điện ỏp nguồn: 4 ữ 12V hoặc 5 ữ 18V.
3.7.2. Chức năng:
- Khuếch đại tớn hiệu hệ thống õm thanh.
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN PHẦN MẠCH
4.1. KHỐI CẢM BIẾN CHUễNG:
4.1.1. Sơ đồ nguyờn lý: R I N G V C C D 4 8 L E D 1 2 - + D 3 2 B R I D G E 2 1 3 4 R 3 3 1 2 k 2 J 3 0 T I P _ R I N G 1 2 R 3 3 2 2 k 2 R 3 3 3 3 k 3 G N D G N D C 3 3 0 0 . 4 7 u F / 2 5 0 V T I P R 3 3 0 2 k 2 I S O 1 O P T O I S O L A T O R - A 1 2 5 4 C B _ C H U O N G C 3 3 1 1 0 u F / 5 0 V - + U 3 9 A L M 3 2 4 3 2 1 4 1 1 V C C G N D D 3 3 D I O D E Z E N E R 1 2 4.1.2. Nguyờn lý hoạt động:
Khi tổng đài cấp tớn hiệu chuụng cho thuờ bao. Tớn hiệu chuụng cú cỏc thụng số 75Vrmsữ 90 Vrms, f = 25 Hz, 2 giõy cú 4 giõy khụng. Tớn hiệu này qua tụ C330, tụ C330 cú nhiệm vụ ngăn dũng DC chỉ cho tớn hiệu chuụng đi qua. Đồng thời, C330 tạo ra sụt ỏp AC làm giảm biờn độ tớn hiệu chuụng. Sau đú tớn hiệu chuụng qua cầu diode để chỉnh lưu toàn kỳ. Mục đớch của cầu diode khụng những là tạo ngừ ra của cầu diode tớn hiệu điện ỏp cú cực tớnh nhất định mà cũn tăng đụi tần số gợn súng, nhấp nhụ của tớn hiệu, như vậy tần số gợn súng sau khi qua cầu diode là 50Hz. Khi tần số lớn hơn thỡ việc triệt tiờu độ nhấp nhụ của tớn hiệu dễ hơn. Tụ C331 dựng lọc bớt độ nhấp nhụ này. Diode zener D33 cú tỏc dụng ghim ỏp để tạo ỏp phõn cực chuẩn cho opto. Điện trở R330 dựng để phõn giảm dũng và phõn cực cho opto. Khi opto phõn cực thuận, diode này sẽ phỏt quang kớch vào cực B của transistor, làm transistor dẫn bóo hũa tạo ngừ ra của cực C ở mức logic thấp và tớn hiệu này được đưa vào chõn của vi điều khiển. Khi khụng cú tớn hiệu chuụng transistor ngưng dẫn tạo mức logic cao ở cực C.
cú tớn hiệu chuụng thỡ mạch này cho ra là mức logic 1. Ngoài ra khi thụng thoại, cỏc tớn hiệu thoại khỏc cú biờn độ nhỏ nờn khụng đủ tỏc động đến mạch, như vậy mạch sẽ khụng ảnh hưởng đến cỏc tớn hiệu khỏc ngoại trừ tớn hiệu chuụng.
4.1.3. Tớnh toỏn:
Tớn hiệu chuụng của tổng đài cấp cho thuờ bao cú điện ỏp hiệu dụng khoảng 75Vrms đến 90Vrms, mỗi khi đi xa tớn hiệu lại bị suy giảm do điện trở của đường dõy truyền tải. Vỡ vậy, ta chọn điện ỏp của tớn hiệu chuụng là 75Vrms, cú tần số theo đỳng tiờu chuẩn là 25Hz.
Chọn: - Opto là 4N35 với VCEO= 30V.
- Dũng qua Opto là IOpto = 4mA, sụt ỏp trờn led Opto khoảng 1.1V. - Diode Zener loại 15V.
- Dũng qua Diode Zener là 30mA
- Điện ỏp trờn cầu diode là 1.1V, dũng chịu đựng là 1A. Tụ C330, C331 là tụ lọc cầu diode, chọn C331= 10àF/50V.
Do vậy:
R330 =
Dũng điện qua tụ C330 là: IZener + IOpto = 30 + 4 = 34 mA. Ta cú Vc330= Zc330 * Ic330
Suy ra :
Zc330 = = = 1.47KΩ
C330 = = = 1.08*10 F
Vậy ta chọn tụ C330 là tụ 0,47 F/250V. Do điện ỏp chịu đựng của C330
phải chọn sao cho lớn hơn 2 lần điện ỏp của tớn hiệu chuụng.
Vc330 ≥ 2*90* = 250V
R331 = = 925Ω
Chọn R331 là 2.2KΩ, R332 là 2.2KΩ, R333 là 3.3KΩ.
* Cỏc thụng số được lựa chọn:
- C330= 0,47 F/250V, C331= 10àF/50V - Diode Zener D33 loại 15V.
- R330 = 3.4KΩ, R331 = 2.2KΩ, R332 = 2.2KΩ, R333 = 3.3KΩ
4.2. KHỐI KẾT NỐI THUấ BAO:
4.2.1. Sơ đồ nguyờn lý: T I P K E T _ N O I _ T B A O Q 1 0 2 S A 1 0 1 5 R 7 7 3 1 0 0 D T M F 2 K 1 R E L A Y D P D T 3 4 5 6 8 7 1 2 V C C C 7 7 0 1 0 u F / 5 0 V R 7 7 4 1 8 k G N D R 7 7 2 R D 3 1 N 1 1 8 3 A 1 2 R I N G D T M F 1 R 7 7 0 R Q 2 C 1 8 1 5 J 4 6 T I P 4 1 J 4 7 R I N G 4 1 - + D 3 1 B R I D G E 2 1 3 4 D 1 8 L E D 4.2.2. Nguyờn lý hoạt động:
Diode cầu được mắc song song vào 2 đường dõy điện thoại. Trờn đường dõy này khụng những cú tớn hiệu õm thoại AC mà cũn cú hiệu điện thế DC, do đú
diode cầu này khụng cú chức năng chỉnh lưu mà cú tỏc dụng chống đảo cực. Khối tạo tải giả giống như 1 thuờ bao nhấc mỏy gồm Q2, R773, R774 và C770 được mắc như hỡnh vẽ tạo thành 1 nguồn dũng để lấy dũng đổ vào mạch giống như của một thuờ bao của bưu điện. Q2 cú nhiệm vụ thay thế một thuờ bao trờn lĩnh vực trở khỏng. Điện trở DC của một mỏy điện thoại là ≤ 300Ω, điện trở xoay chiều tại tần số f = 1KHz là 700Ω ± 30%. Tổng trở vào của mạch này phải phự hợp cỏc thụng số trờn, tụ C770 nhằm lọc xoay chiều nờn về mặt xoay chiều Q2 xem như hở mạch. Tớn hiệu AC khụng ảnh hưởng đến trở khỏng DC của mạch.
4.2.3. Tớnh toỏn:
Dũng thụng thoại của tổng đài cấp cho thuờ bao khoảng 20mA ữ 100 mA Điện trở vũng qua mạch tải giả khoảng 150Ω ữ 1500Ω
Ta chọn dũng DC của tổng đài là I = 20mA Sụt ỏp trờn diode cầu là 1.2V
Chọn sụt ỏp trờn tổng trở DC của tải là 9V Cụng suất tiờu tỏn trờn Q2 là:
Vậy ta chọn Q2 là BJT loại C1815 cú cỏc thụng số như sau:
V (V) V (V) V (V) I (mA) I (mA) P(mW) 60 50 5 150 50 400 60 VCEQ2= 6V Suy ra : R773 = = 90Ω Chọn R773 = 100Ω Do vậy:
Với , f=300Hz là tần số nhỏ nhất của tớn hiệu thoại
Chọn C770 là 10
Chọn R774 = 18K
- Ta chọn Q10 là transistor 2SA1015: IC = 150mA thỡ = 80
VCES(V) VBES(V) I (mA) P(mW)
0.2 0.8 100 400 70 240
Để đảm bảo Q10 dẫn bảo hũa thỡ
suy ra . Chọn IB = 10mA
Nờn
Do vậy ta chọn R770 = 1K để Q10 chắc chắn dẫn bảo hũa. Chọn ỏp qua led D18 là 2V, ta cú:
* Cỏc thụng số được lựa chọn: - R773 = 100Ω, R774 = 18K - C770 là 10 - Q2 là BJT loại C1815 - Q10 là BJT loại 2SA1015 - R772 = 220 , R770 = 1K 4.3. KHỐI GIẢI MÃ DTMF: 4.3.1. Sơ đồ nguyờn lý: Y 3 3 . 5 8 J 1 8 T I N H I E U 1 2 D 2 3 D I O D E Z E N E R U 1 M T 8 8 7 0 1 2 3 4 5 6 7 9 1 0 1 1 18 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 8 I N + I N - G S V R E F I N H P W D N O S C 1 V S S T O E D 0 V D D S t / G T E S t S t D D 3 D 2 D 1 O S C 2 C 1 5 0 . 1 u F D 2 4 D I O D E Z E N E R C 1 4 1 0 4 R 1 7 1 5 0 K R 5 6 3 3 0 K C 1 3 1 0 4 R 2 1 5 6 K R 5 3 5 6 K R 1 3 6 8 K R 2 4 7 K 5 V N G U O N 1 2 D 2 5