基于單片機的來電顯示電話設(shè)計

1、成 績信息工程學院本科生課程設(shè)計報告課程名稱：電子綜合設(shè)計設(shè) 計 題 目：基于單片機的來電顯示電話設(shè)計 系 別： 計算機與電子工程系 專 業(yè) (方 向)： 電子信息工程 年 級、 班： 2011級2班 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 2014 年 12 月 20 日 基于單片機的來電顯示電話的設(shè)計一、【設(shè)計目的】 隨著現(xiàn)代生活水平的不斷提高，來電顯示功能的需求也日益高漲起來，主叫號碼信息識別及傳送是由交換機將主叫號碼及呼叫的日期、時間等信息傳送給被叫用戶，由被叫用戶具有來電顯示功能的固定電話顯示并存儲，以便用戶摘機前就知道是誰打電話來，或外出回來后查閱誰來過電話，以方便用戶處理。

2、二、【產(chǎn)品性能指標】1.有來電時能顯示來電號碼、并且進行儲存查閱；2.有來電未接時能顯示提醒未接來電；3.能對來電號碼進行編譯儲存在電話??；4.電話薄里的電話來電時能顯示姓名、號碼等信息。三、【設(shè)計的原理】 1、系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)的要求，所設(shè)計的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示 LCM1602 MCU 51EEPROM UART UP DOWNRESET 圖1系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)是一個雙工通訊裝置，在同一塊電路板既有發(fā)送部分又有接收部分。液晶用于單片機的數(shù)據(jù)的顯示，按鍵和液晶LCD構(gòu)成一個簡單的人機交換裝置，便于對電路的調(diào)試，EEPROM用來存儲數(shù)據(jù)，重新上電后，仍舊可以顯示掉電前的數(shù)據(jù)，整個電路通過MAX

3、232芯片與PC機串行口相連接，交換數(shù)據(jù)。2、各模塊工作原理的分析與介紹(1)直流5V穩(wěn)壓電源 5V直流穩(wěn)壓電源的電路圖如圖2 圖2 5V直流穩(wěn)壓電源的電路圖 由于本系統(tǒng)使用小容量直流電源，所以選用線性電源LM7805比選用開關(guān)電源更合適。 (2) 單片機系統(tǒng)電路單片機系統(tǒng)的基本電路如圖3 圖3單片機系統(tǒng)的基本電路圖 其中注意的事項：晶震采用11.0592MHZ，這是為了便于和計算機通信的時候，串口的波特率可以達到比較好的標準，這樣產(chǎn)生誤碼的幾率就會很少（其中SW3是系統(tǒng)復位鍵）。 SW1，SW2為人機接口按鍵，因為51系列單片機的P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以系統(tǒng)設(shè)計過程中在P0口端接了一個1

4、0k的排阻。(3) 液晶顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。 本設(shè)計中用到的液晶為LCM1302, 這個字符型液晶模塊是一種常用的2行16個字的1602液晶模塊。1602采用標準的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進

5、行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第151腳：空腳。液晶顯示電路圖如圖4 圖4 液晶顯示電路 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址4

6、1H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。（程序?qū)崿F(xiàn)見附錄I）(4) EEPROM接口電路EEPROM接口電路如下圖5： 圖5 EEPROM接口電路圖存儲器AT24C02采用I2C總線技術(shù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、LCD驅(qū)動器還是鍵盤接口。I2C總線接口器件目前在視頻處理、移動通信等領(lǐng)域采用I2C總線接口器件已經(jīng)比較普遍。另外，通用的I2C總線接口器件，如帶I2C總線的單片機、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅(qū)動器等器件

7、，也越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)中。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)讀寫控制。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位，而且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個應答位（ACK），A

8、CK信號在第9個時鐘周期時出現(xiàn)。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響應，即釋放SCL線返回高電平，準備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時，（例如正在處理一個內(nèi)部中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時主器件產(chǎn)生1個結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當從器件處理完畢時將釋放SCL線，主器件繼續(xù)傳送。當主器件發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應于SCL線上的一個時鐘（ACK）認可位，在此時鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個字節(jié)傳送結(jié)束

9、，而從器件的響應信號將SDA線拉成低電平，使SDA在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。從器件的響應信號結(jié)束后，SDA線返回高電平，進入下一個傳送周期。（程序?qū)崿F(xiàn)見附錄II）(5)RS232接口電路 RS-232-C串口標準RS-232-C概述串行通信接口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有多種。但都是RS-232-C標準的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。RS-232C標準是有美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會）與BELL等公司一起開發(fā)并于1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)庫傳輸速率在020000bit/s范圍內(nèi)的通信。遠程工業(yè)協(xié)會（TIA）1997年公布了最新的一個版本，命名為TIA/EIA-232-F。ITU

10、(國際電信聯(lián)盟)和CCITT(國際電話與電報顧問委員會)發(fā)布了一個類似的標準V.28。這個標準對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都做了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用，它不僅已被內(nèi)置于每一臺計算機，同時也已被內(nèi)置于從微控制器到主機的多中類型的計算機及其相連接的設(shè)備。（程序?qū)崿F(xiàn)見附錄3）單片機與PC機串口連接電路圖6: 圖6 PC機與單片機串口連線(6) 雙音頻檢測電路本系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870 DTMF接受器作為DTMF信號的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機、遙控、

11、無線通信及通播系統(tǒng)，實現(xiàn)DTMF信號的分離濾波和譯碼功能，輸出相應16種頻率組合的四位并行二進制碼。MT8870具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調(diào)功能，所以在設(shè)計MT8870 DTMF解碼電路時，只需外加一些阻容元件即可。 電話發(fā)送的DTMF信號，經(jīng)搞合電容的隔直流作用后，由MT8870接收并進行譯碼，輸出的四位并行二進制數(shù)據(jù)直接與AT89C51單片機的P1.3P1.0連接，MT8870在DTMF信號碼變換完成后，發(fā)送中斷信號INT0，通知AT89C51數(shù)據(jù)準備好。音多頻DTMF信號解碼電路由MT8870主要承擔，它的2、3腳接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器

12、，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（11-14腳）輸出相對應的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4 - Q1連到AT89C51的P1口的P1.4 -P1.7，CPU經(jīng)P1口識別4位代碼。其中，A，B，C，D 4個按鍵常被當作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特別指出的是，對于“0”號碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字號碼，MT8870輸出的8421碼分別為“1011”

13、和“1100”。有些技術(shù)資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權(quán)威的手冊，所以我是在實驗中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù)后，才把這些數(shù)據(jù)應用于程序當中。為了使單片機AT89C51獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的/INTO引腳。當MT8870獲取有效雙音多頻信號后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測后，指示P1口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號（電話線路雜音、人們的語音信號等）是不會引起MT8870的STD端變化的。其中，接在電源處的電容對抗干擾有一定的作用。在實際應用中，存在這樣一個問題：MT8870的使能控制端不允許中斷時，將使MT8870的STD端中斷關(guān)閉?？梢詫OE

14、端接電源來避免。（如圖7） 圖7 雙音頻譯碼電路電話機撥碼方式有兩種，即脈沖撥碼和雙音頻撥碼，雙音頻撥碼方式具有撥號速度快，誤碼率低等優(yōu)點，這是脈沖撥碼方式所不能比擬的。國際電報電話咨詢委員會CCITT和我國的標準規(guī)定雙音頻信號由8個頻率組合，分為高低頻兩組，采用8中取2原則，它可根據(jù)不同的按鍵產(chǎn)生一組雙音頻信號。此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進行輸入雙音頻信號的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取 。一般常用的電話雙音頻編解碼

15、集成電路有8870、8880、8888等， 本設(shè)計使用雙音頻解碼集成片MT8870來完成此功能模塊。（程序?qū)崿F(xiàn)見附錄IV） (7) 軟件的主程序流程圖 圖8 系統(tǒng)流程圖軟件的整體流程圖如圖8所示，下面簡要概述一下系統(tǒng)的流程：系統(tǒng)復位后，將初始化部分數(shù)據(jù)。由于雙音頻的譯碼示利用單片機的INT0中斷，中斷優(yōu)先級別最高，所以一旦有電話撥入，就可以實時的檢測和處理數(shù)據(jù)。然后根據(jù)具體的電話數(shù)據(jù)格式要求判斷輸入的是否符合要求的電話號碼。如果輸入的示合格的電話號碼，那么單片機，將依次執(zhí)行，顯示電話號碼，存儲電話號碼，傳輸電話號碼，三個過程。如果當前沒有電話撥入，但是用戶通過人機界面（按鍵液晶顯示）來查看以往

16、的記錄，那么系統(tǒng)將根據(jù)用戶是向上查，還是向下查，處理相應的程序，并顯示相應的號碼。如果用戶的操作不正確，將不做任何執(zhí)行。(8)軟件中斷服務程序流程圖在CPU與外設(shè)交換信息時，若用查詢的方式，則CPU會浪費較多的時間去等待外設(shè)，這就是快速的CPU和慢速的外設(shè)之間的矛盾，為了解決這個問題，引入了中斷的概念，引入中斷后有以下優(yōu)點：<1>同步工作計算機有了中斷功能后，就可以使CPU和外設(shè)同步工作，CPU啟動外設(shè)工作后，就繼續(xù)執(zhí)行主程序，而外設(shè)把數(shù)據(jù)準備好后，發(fā)出中斷請求，請求CPU中斷原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行輸入輸出(中斷處理)，中斷程序執(zhí)行完后，CPU恢復執(zhí)行主程序，外設(shè)也繼續(xù)工作，這樣，

17、CPU就可指揮多個外設(shè)同時工作，大大提高了CPU的利用率，也提高了輸入輸出速度。<2>實時處理在實時控制中，現(xiàn)場采集到的各種數(shù)據(jù)可在任一時刻發(fā)出中斷請求，要求CPU處理，若中斷是開放的，則CPU就可以馬上對數(shù)據(jù)進行處理。<3>故障處理若計算機在運行過程中出現(xiàn)了事先預料不到的情況或故障時(如掉電、存儲出錯、溢出等)，可以利用中斷系統(tǒng)自行處理，而不必停機。51單片機有5個中斷請求源(8052有6個)，4個用于中斷控制的特殊功能寄存器IE、IP、TCON(用6位)和SCON(用2位)，可提供兩個優(yōu)先級，實現(xiàn)二級中斷嵌套。5個中斷源對應5個固定的中斷入口地址(矢量地址)。本系統(tǒng)

18、設(shè)計過程中用到了定時器中斷T1和外部中斷INT0，其中外部中斷INT0，設(shè)置成下降沿觸發(fā)，用來檢測是否有雙音頻信號輸入，如果有雙音頻信號輸入，那么將會產(chǎn)生一次中斷，此時MCU就會響應，同時對輸入的雙音頻信號解碼，處理。而定時器中斷T1，是用來設(shè)置串口的傳輸波特率。本系統(tǒng)所設(shè)計的串口通信為10位異步收發(fā)（一位起始位，8位數(shù)據(jù)，一位結(jié)束），允許接收，波特率為9600。下面介紹下INT0中斷的處理流程圖。如圖9所示: 圖9 INT0中斷的處理流程四、【仿真與仿真結(jié)果分析】1.液晶顯示電路調(diào)試模擬圖10 圖10液晶顯示電路調(diào)試模擬圖 開始調(diào)試液晶的時候無論無何都沒有顯示，開始懷疑上電的時候，引腳接錯，

19、將液晶燒壞了。后來用萬用表測量液晶的電源和地，沒有發(fā)現(xiàn)問題。最后通過調(diào)試背光電阻才發(fā)現(xiàn)原來是亮度不夠造成的。另外在寫液晶驅(qū)動的時候，直接按照時序圖，寫了讀寫程序測試，發(fā)現(xiàn)液晶顯示不正常，本來寫的數(shù)據(jù)沒有寫入，在查了一些資料后才發(fā)現(xiàn)，液晶是慢顯器件，每次寫數(shù)據(jù)之前要查詢液晶是否處于忙碌的狀態(tài)。如果忙，要繼續(xù)等待，知道液晶處于busy狀態(tài)。其次是在液晶1602的第二行進行數(shù)據(jù)讀寫的時候。第二行第一個字符的地址是40H，直接寫入40H，那么光標不會定位在第二行第一個字符的位置，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H)+10000000B(80

20、H)=11000000B(C0H)。2. EEPROM接口電路調(diào)試模擬圖11 圖11 EEPROM接口電路調(diào)試模擬圖在調(diào)試AT24C02的存儲電路浪費的時間最多，雖然問題很簡單，但是由于很多資料上都這樣寫，就一直按照資料上寫的去操作，所以出現(xiàn)錯誤的時候，一直沒有找到合適的解決方法。具體問題是AT24C02一次可以讀寫多少字節(jié)，幾乎所有的資料上都說可以讀寫任意字節(jié)，但是我在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)，一次讀寫的字節(jié)數(shù)越多，則出現(xiàn)的誤碼也就越多。后來查閱資料，發(fā)現(xiàn)AT24xx系列是按照頁存儲的，比如AT24C02是256Byte，每頁就是8個byte，由于本設(shè)計每次讀寫的都是12字節(jié)，所以用了，最笨的方法來

21、實現(xiàn)，就是寫一個函數(shù)，里面分12次調(diào)用一個讀寫1個字節(jié)的函數(shù)，通過很多次測試發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)沒有讀寫錯誤。3.RS232串口通信電路模擬圖12 圖12 RS232串口通信電路圖串口通信電路中，由于剛開始，單片機系統(tǒng)中使用了12Mhz的晶震，在收發(fā)數(shù)據(jù)的時候波特率不對，一直沒有數(shù)據(jù)顯示，后來檢查，又發(fā)現(xiàn)了一個問題，就是MAX232芯片的管腳和PC機的連線方式錯誤，修改了這兩個錯誤后，串口通信正常。4.雙音頻檢測電路模擬圖13 圖13雙音頻檢測電路模擬圖在雙音頻檢測電路中遇到了，下面一些問題。 （1）輸入的雙音多頻信號持續(xù)時間足夠長（一般要求）40MS）時，接收器視為有效并實時地進行接收，否則不接收。在整

22、個雙音頻信號持續(xù)時間，對于由于外部干擾等造成的瞬間間斷，若雙音頻總持續(xù)時間足夠長，接收器會排除這些干擾，仍視為有效接收。（2）MT8870的解碼器采用數(shù)字計數(shù)器的方式檢測雙音多頻信號，利用復雜的平均酸法防止外來的各種干擾。當檢測到有效信號的時候，預控端EST輸出高電平。EST信號通過驅(qū)動外接的 R-C 積分電路，使得 ST/GT 控制端的信號需要一定的延時才可以上升達到比較電平（2.5v）以上，聲明信號有效，就是信號的有效確認需要一定的持續(xù)時間。外接的積分電路的時間參數(shù)確定了這個時間，同時，信號的暫時消失，SET信號也跟隨著下降到低電平，但是ST/GT不會立刻下降到比較電壓（V_tst）以下，也就是說，信號中斷時間在保護時間以內(nèi)是可以被忽略的，8870將認為信號是持續(xù)有效的。正式通過這個外接的 R-C 積分電路，信號接受的可靠性得到了大大的提高。有效信號的持續(xù)時間t>=0.69RC才可以被承認，即ST/GT電壓上升到2.5v以上需要的時間。電路中的電容取0.1uF的時候，電阻需要取390K。另外，MT8870解碼器的正常解碼時間大于或者等于20ms，如果信號持續(xù)時間小于這個時間，信號是不可以被正常接收和解碼的。(其中EST輸出延時11MS，所以 R-C 積分延時需要大于9MS，否則信號不能被正常接收。)也就不可能會產(chǎn)生中斷。