a. Tổng quan MT8880
IC MT8880 là một mạch tích hợp thu phát kèm với bộ lọc thoại (Call Progress). Nó được sản xuất theo công nghệ CMOS với mức tiêu thụ công suất thấp và độ chính xác cao. Phần thu của thiết bị dựa trên tiêu chuẩn công 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 đó 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 ngoài của Intel, điều này cho phép thiết bị có thể kết nối tới một số vi mạch điều khiển với cổng logic rất nhỏ bên ngoài.
Hình 3-1: Sơ đồ chân MT8880 loại 20 chân
Bảng 3-1: Giải thích chức năng từng chân MT8880
Chân # Tên Giải thích
1 IN+ Ngõ vào khuếch đại không đảo. 2 IN- Ngõ vào khuếch đại đảo.
3 GS Gain Select. chọn độ lợi cho bộ khuếch đại Op-amp.
4 VRef Reference Voltage. Đầu ra điện áp tĩnh, trên danh nghĩa VDD/2 dùng cân bằng tĩnh ở đầu vào.
6 OSC1 Đầu vào bộ tạo dao động thạch anh DTMF.
7 OSC2 Đầu ra bộ dao động. Thạch anh 3.579545 MHz được nối giữa OSC1 và OSC2 tạo thành mạch dao động bên trong.
8 TONE Đầu ra của Tone (DTMF hoặc tone đơn).
9 R/̅ Đầu vào Đọc/Ghi. Điều khiển dữ liệu chuyển đến VĐK hoặc
nhận dữ liệu từ VĐK, và các thanh ghi truyền/nhận. Tương thích TTL.
10 ̅̅̅̅ Chân chọn chip. Hoạt động ở mức thấp.
11 RS0 Đầu vào chân chọn thanh ghi (xem bảng giải mã các thanh ghi) 12 2 Đầu vào đồng hồ hệ thống. Tương thích TTL. ϕ2 cần giữ mức
tích cực âm khi không truy cập thiết bị.
13 ̅̅̅̅̅/CP Yêu cầu ngắt đến VĐK. 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 vuông thể hiện tín hiệu ngõ vào. Ngõ vào tín hiệu phải nằm trong giới hạn độ rộng băng của bộ lọc CP.
14 D0-D3 Bus dữ liệu VĐK. Tương thích TTL. Trở kháng cao khi ̅̅̅̅
hoặc ϕ2 = 0.
18 Est Đầu ra mạch steering. Cho mức logic cao khi phát hiện một cặp tone hợp lệ. Bất kì tín hiệu nào không hợp lệ cũng cho ra logic thấp.
19 St/GT Đầu ra Steering/Đầu vào guard time (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 phóng để thiết bị thu nhận một cặp tone mới. Ngõ ra GT làm nhiệm vụ reset mạch định thì bên ngoài; trạng thái của nó là hàm của Est và điện áp trên chân St.
b. Mô 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 đóng ngắt tone chính xác. Chế độ Call Progress có thể phát hiện các tần số nằm trong giải thông thoại. Các VĐK thông thường dễ dàng truy cập vào thanh ghi trạng thái bên trong, hai thanh ghi điều khiển, và hai thanh ghi dữ liệu.
Các đặc tính chính
o Bộ phát/nhận tín hiệu DTMF
o Tiêu thụ năng lượng thấp
o Có cổng truy xuất với Vi điều khiển
o Có thể điều chỉnh thời gian bảo vệ
o Chế độ phát tone tự động
o Chế độ Lọc thoại (Call progress)
c. Cấu hình đầu vào
Đầu 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.
Bộ khuếch đại đầu vào vi sai
C1 = C2 = 10 nF
R1 = R4 = R5 = 100 kΩ R2 = 60 kΩ, R3 = 37,5 kΩ R3 = (R2R5)/(R2 + R5)
Khuếch đại điện thế
(AV diff) = R5/R1
Trở kháng đầu vào
(ZIN diff) = 2 [R12 + 1/wC)2]1/2
d. Phần thu
Hai bộ lọc băng thông bậc 6 giúp tách các tone trong nhóm tone thấp và cao 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 có kèm theo bộ trễ để tránh chọn nhầm tín hiệu ở mức thấp không mong muốn. Ngõ ra của bộ so sánh cho ta các dao động có 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 kỷ thuật lấy trung bình phức giúp loại trừ các tone giả do tiếng nói tạo ra 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 không chịu ảnh hưởng của những tần số không mong muốn và nhiễu. Khi bộ phận kiểm tra nhận được hai tone đúng thì đầu ra “Early Steering” sẽ lên mức tích cực dương. Khi không nhận được tín hiệu tone thì Est sẽ ở mức tích cực âm.
e. Mạch Steering
Trước khi thu nhận một cặp tone đã giải mã, bộ thu phải kiểm tra khoảng thời gian tín hiệu hợp lệ. Việc kiểm tra này được thực hiện bởi một bộ RC mắc ở bên ngoài điều khiển bởi chân Est. Est lên mức cao thì làm cho Vc tăng lên khi xả tụ. Khi Est vẫn còn 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 nó vào thanh ghi dữ liệu nhận. 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 dữ liệu xong thì cờ của mạch Steering lên mức cao báo hiệu cặp tone thu đã được lưu vào thanh ghi. Trạng thái cờ Steering có thể được giám sát 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 bus dữ liệu 2 chiều khi thanh ghi dữ liệu nhận được đọc. Mạch Steering hoạt động theo chiều ngược lại để kiểm tra khoảng dừng giữa hai tín hiệu. Vì vậy, bộ thu vừa bỏ qua tín hiệu quá ngắn không hợp lệ vừa không chấp nhận các khoảng quá nhỏ. Chức năng này cũng như khả năng chọn khoảng thời gian tín hiệu hợp lệ Steering bằng mạch ngoài cho phép người thiết kế điều chỉnh hoạt động cho phù hợp với các đòi hỏi khác nhau của từng ứng dụng.
Hình 3-3: Mạch Steering cơ bản
f. 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 = tDP + tGTP tID = tDA + tGTA
Giá trị của tDP là một thông 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 có thể được chọn không phụ thuộc thời gian bảo vệ có tone hay không có tone. Điều này có lẽ cần thiết để chỉ rõ hệ thống nơi nào cần chấp nhận và không chấp nhận giới hạn trong thời gian có tone và khoảng dừng số. Điều chỉnh thời gian bảo vệ cũng cho phép người thiết kế biến đổi các thông số của hệ thống như tắt tiếng nói và giảm nhiễu.
g. Bộ lọc thoại (Call progress)
Chế độ 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 có thể được nhận ra khi ta chọn chế độ CP. Tín hiệu DTMF không thể được nhận ra nếu như dùng chế độ CP.
Các tần số đưa đến đầu vào nằm trong giới hạn băng thông chấp nhận của bộ lọc, sẽ đưa qua bộ so sánh có độ lợi cao và đến chân IRQ/CP. Dạng sóng ở đầu ra tạo bởi mạch trigger có 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 không được kiểm tra và tín hiệu ở chân IRQ/CP sẽ ở mức thấp.
h. Bộ phát DTMF
Bộ phát DTMF dùng MT8880 có 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 ngoài. Dạng sóng 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 dữ liệu. Chú ý mã phát giống như mã nhận. Các tone riêng lẻ bao gồm 2 nhóm là tone thấp và tone cao. Nhóm tần số thấp gồm các tần số 697, 770, 852, và 941 Hz. Nhóm tần số cao là 1209, 1336, 1477, 1633 Hz. Theo tiêu chuẩn, tỉ lệ biên độ nhóm cao so với nhóm thấp là 2dB.
Chu kỳ mỗi tone bao gồm 32 khoảng thời gian bằng nhau. Chu kỳ của một tone được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài của các khoảng thời gian. Trong suốt quá trình hoạt động ghi vào thanh ghi truyền dữ liệu thì 4 bit trên bus dữ liệu được chốt và được biến đổi thành 2 trong 8 mã để sử dụng cho mạch chia hàng cột. Đoạn mã này chỉ rõ một khoảng thời gian 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. Số khoảng thời gian cố định ở 32, tuy nhiên bằng cách thay đổi giá trị độ dài đoạn như trên thì tần số có thể được thay đổi. Ngõ ra của bộ chia khóa các bộ đếm khác mà địa chỉ của sóng sin tìm kiếm trong ROM.
Bảng 3-2: Bảng mã hóa chức năng Fthấp Fcao Số D3 D2 D1 D0 697 1209 1 0 0 0 1 697 1336 2 0 0 1 0 697 1477 3 0 0 1 1 770 1209 4 0 1 0 0 770 1336 5 0 1 0 1 770 1477 6 0 1 1 0 852 1209 7 0 1 1 1 852 1336 8 1 0 0 0 852 1477 9 1 0 0 1 941 1336 0 1 0 1 0 941 1209 * 1 0 1 1 941 1477 # 1 1 0 0 697 1633 A 1 1 0 1 770 1633 B 1 1 1 0 852 1633 C 1 1 1 1 941 1633 D 0 0 0 0
Ví dụ: Tạo tín hiệu cho số “1”, sẽ là sự kết hợp của tín hiệu 697Hz và tín hiệu
1209Hz, như hình sau:
Hình 3-4: Hai tín hiệu hình Sin kết hợp thành dạng tín hiệu DTMF Tone là số "1"
i. Chế độ Burst
Một ứng dụng điện thoại bất kì đều đòi hỏi tín hiệu DTMF được tạo ra với một chu kỳ hoặc quy định bởi ứng dụng đó hoặc bởi hệ thống hiện có. Chu kỳ DTMF chuẩn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng chế độ Burst. Bộ phát có khả năng tổng hợp các tone có khoảng tắt 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 tắt mở tone đã được phát đi, một bit tương ứng sẽ được set lên trong thanh ghi trạng thái. Chu kỳ 51ms ± 1ms đóng mở tone có được khi ta chọn chế độ DTMF. Tuy nhiên, khi chọn chế độ CP thì chu kỳ đóng ngắt thứ hai là 102 ± 2ms sẽ được chọn. Chú ý là khi chế độ CP và chế độ Burst cùng được chọn thì MT8880 chỉ hoạt động ở chế độ phát. Trong một ứng dụng nào đó ta cần sử dụng khoảng thời gian đóng ngắt mà không theo chuẩn thì cần dùng vòng lặp phần mềm hoặc bộ định thời bên ngoài và tắt chế độ chế độ Burst đi.
j. Tạo tone đơn
Chế độ tạo tone đơn chỉ được dùng khi ta muốn tạo một tone nào đó trong nhóm thấp hoặc cao. Chế độ này dùng để kiểm tra thiết bị DTMF, tính toán nhiễu. Xem phần giải thích chức năng thanh ghi điều khiển B để biết thêm chi tiết.
k. Mạch clock DTMF
Mạch clock sử dụng thạch anh có tần số 3.579545MHz. Một nhóm IC có thể kết nối với nhau dùng chung một dao động thạch anh.
Hình 3-5: Cách kết nối MT8880 với thạch anh
l. Giao tiếp với vi xử lý
MT8880 giao tiếp với một VĐK để có thể điều khiển các chức năng bộ truyền và bộ nhận một cách chính xác. Có tổng cộng 5 thanh ghi. Thanh ghi dữ liệu nhận bao gồm mã đầu ra của cặp tone DTMF cuối cùng được nhận. Dữ liệu đi vào chỉ được viết lên thanh ghi truyền dữ liệu, nó sẽ quyết định cặp tone được phát đi. Thanh ghi điều khiển thu phát bao gồm 2 thanh ghi điều khiển CRA và CRB có 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.
Một chương trình con reset phải được chạy lúc ban đầu, để khởi tạo giá trị ban đầu cho các thanh ghi điều khiển và trạng thái, sau khi mở nguồn hoặc reset nguồn.
Chân IRQ/CP có thể được lập trình để nó có thể tạo 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 cực máng hở nên cần phải có một điện trở kéo lên bên ngoài.
Bảng 3-3: Chức năng thanh ghi nội MT8880
RS0 R/̅̅̅ Chức năng
0 0 Ghi vào thanh ghi phát dữ liệu. 0 1 Đọc từ thanh ghi nhận dữ liệu. 1 0 Ghi vào thanh ghi điều khiển. 1 1 Đọc từ thanh ghi trạng thái.
Thanh ghi điều khiển A - CRA (Control Register A)
Bảng 3-4: Thanh ghi điều khiển A - CRA MT8880
Bit Tên Chức năng
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/ ̅̅̅̅̅̅̅̅ 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 có khả năng nhận và phát tín hiệu DTMF. Trong chế độ CP, một tín hiệu sóng vuông sẽ xuất hiện ở ngõ ra chân ̅̅̅̅̅/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 SELECT
Chọn thanh ghi. B3 = 1, thì quá trình chọn thanh ghi để ghi tiếp theo sẽ là thanh ghi B. Sau khi ghi vào thanh ghi B, chu kì ghi kế tiếp sẽ ghi trực tiếp vào thanh ghi A.
Thanh ghi điều khiển B - CRB (Control register B)
Bảng 3-5: Thanh ghi điều khiển B - CRB MT8880
Bit Tên Chức năng
b0 ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ Chọn chế độ Burst. Chế độ Burst hoạt động ở mức
thấp. Khi hoạt động, các mã số thay thế cho tín hiệu