Thiết kế và thi công mạch báo động trong nhà qua đường dây điện thoại

Trong những năm qua quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đã cho ta thấy nhiều sự thay đổi của đất nước. Trong đó sự phát triển của khoa học kĩ thuật là vô cùng mạnh , mà điện tử viễn thông là phát triển mạnh mẽ nhất. Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện thoại ngày càng tăng và đòi hỏi nhiều tính năng tiện lợi. Vì thế mà ngành viễn thông có sức hấp dẫn với nhiều nhà nghiên cứu, kĩ sư và các sinh viên theo học các ngành lien quan tìm tòi, nghiên cứu. Chính vì lẽ đó mà hiện nay có nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này. Trong đó có dùng điện thọai để điều khiển các thiết bị từ xa và đã có sử dụng tự động trong điện thoại để thông báo. Đối với hệ thống điều khiển xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảng cách là điểm yếu của kĩ thuật này , còn đối với mạng điện thoại thì đã phát triển ra toàn cầu nên nó đã mở ra một lối thoát cho lĩnh vực điều khiển thiết bị từ xa và tự động báo động. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng đồng thời gắn các thiết bị điện thoại ngày càng phổ biến rộng rãi, trong đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phương thức tiện lợi nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc. Dựa trên nền tảng đó và sự hướng dẫn của giáo viên nhóm chúng em đã chọn đề tài: “mạch báo động trong nhà qua đương dây điện thoại” Do thời gian và sự hiểu biết có hạn nhóm chúng em mong quý thầy cô và các bạn thông cảm và góp ý cho những thiếu xót của nhóm chúng em. MỤC LỤC PHẦN A CHƯƠNG I DẪN NHẬP CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN CHƯƠNG III GIỚI THIỆU SƠ LƯỢT VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU VỀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN CHƯƠNG V SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG CHƯƠNG VI THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHƯƠNG VII TÓM TẮT – KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ CHƯƠNG VIII LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN B CHƯƠNG I CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CÓ LIÊN QUAN CHƯƠNG II TÀI LIỆU THAM KHẢO

doc54 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 14/06/2013 | Lượt xem: 2342 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế và thi công mạch báo động trong nhà qua đường dây điện thoại, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
tùy thuộc vào từng loại tổng đài thường là 2 giây có và 4 giây không (như hình vẽ trên). Hoặc có thể thay đổi thời gian tùy thuộc vào từng tổng đài. Tín hiệu mời quay số (Dial Tone) Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác được sử dụng trong hệ thống điện thoại. Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ nghe âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số liên tục. . Tín hiệu mời quay số là tín hiệu sin tần, được tạo ra bởi hai âm thanh (Tone) có tần số số 350Hz và 440Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC. Tín hiệu này có dạng sóng sau: Hình 3 – 2: Dạng sóng tín hiệu mời quay số Tính hiệu báo bận (Busy Tone): Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong hai tín hiệu: Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi. Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiện cuộc gọi ngay lúc này. Thuê bao phải chờ đến khi nghe được tín hiệu mời gọi. Khi thuê bao bị gọi đã nhấc máy trước khi thêu bao gọi cũng nghe được tín hiệu này. Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi hai âm có tần số 480Hz và 620Hz. Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không). Hình 3 – 3: Dạng sóng tín hiệu báo bận Tín hiệu chuông hồi tiếp: Khi người gọi gọi đến một thuê bao nhưng không biết đã gọi được hay chưa thì thật là khó chịu . Người gọi không nghe một âm thanh nào cho đến khi thuê bao đó trả lời. Để giải quyết vấn đề này tổng đài sẽ gửi một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông ở thuê bao bị gọi. Tín hiệu chuông hồi tiếp này do tổng đài cấp cho thuê bao bị gọi, được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz. Tín hiệu này cũng có dạng xung như tín hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số khoảng 425 ± 25 Hz la hai tín hiệu ngắt quãng tương ứng nhịp chuông, biên độ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không. 10 Hình 3 – 4: Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp Gọi sai số: Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu xung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz. Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngày nay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số. Tín hiệu đảo cực: Hình 3 – 5: Dạng sóng tín hiệu đảo cực Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi. Ở các trạm công cộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước. 3.1.5. Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử: Tổng đài điện tử có 3 phương thức chuyển mạch sau: Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : Space Devision Multiplexer) Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : Timing Devision Multiplexer) : có hai loại. Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Frequence Devision Multiplexer). 3.1.6. Trung kế: Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài Hình 3 – 6: Trung kế Các loại trung kế: Trung kế CO-Line (Central Office Line): Hình 3 – 7: Trung kế CO - Line Kết nối hai dây cáp. Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng đài mình. Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay) Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear and Mouth Trunk): Hình 3 – 8: Trung kế hai chiều Kết nối dây trên bốn dây Cable. Hai dây để thu tín hiệu thoại. Một dây để thu tín hiệu trao đổi. Một dây để phát tín hiệu trao đổi. 3.2. Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại: 3.2.1. Giới thiệu: Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại đơn vị thuê bao để 2 người ở xa liên lạc được với nhau. Hiện nay tuy có nhiều loại khác nhau nhưng nói chung máy điện thoại vẫn có 3 phần chính: Phần chuyển đổi mạch điện: Phần này gồm hệ thống lá mía tiếp điểm và có các cơ điện phụ có nhiệm vụ đóng mở mạch điện khi có yêu cầu. Phần thu phát tín hiệu gọi: Phần này gồm 2 phần chính: máy phát điện quay tay và chuông máy phát điện có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường dây và chuông có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi. Phần thu phát thoại : Gồm ống nói và ống nghe, ống nói có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện và ống nghe ngược lại biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh. Cả 2 được lắp chung trong một bộ phận gọi là tổ hợp. Bất cứ loại máy điện thoại nào về nguyên lý cũng phải thoã mãn các yêu cầu sau: Khi máy điện thoại không làm việc phải ở trạng thái sẵn sàng tiếp nhận cuộc gọi. Khi thu phát tín hiệu gọi bộ phận thu phát tín hiệu gọi phải tách rời đường dây điện thoại, lúc đó trên đường dây chỉ còn tín hiệu gọi. Khi thu phát tín hiệu đàm thoại bộ phận thu phát tín hiệu gọi lại tách ra khỏi đường điện, lúc đó trên đường dây chỉ còn dòng tín hiệu thoại. 3.2.2. Chức năng của máy điện thoại: Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau: Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã sẵn sàng hay chưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi. Chức năng này thể hiện ở chỗ phải báo hiệu cho người sử dụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu báo bận. Phải gởi được mã số thuê bao bị gọi vào tổng đài. Điều này được thực hiện bằng cách quay số hay nhấn phím. Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng các âm hiệu hồi âm chuông hay báo bận. Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bị gọi thường là bằng tiếng chuông. Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương và chuyển đổi tín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói. Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy. Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng clic khi phát xung số. Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự động điều chỉnh mức âm thanh nghe, nói. Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với đường dây. Ngoài chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có khả năng sau: Gọi bằng số rút gọn. Nhớ số thuê bao đặc biệt. Gọi lại tự động: Khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này đang bận, ta có thể đặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy điện thoại. Sau đó ta nhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được phát đi, hoặc sau thời gian nào đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này cũng tự động phát đi, khi thuê bao rảnh thì máy tự động reo chuông từ hai phía. Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đường truyền TIP và RING. Thông qua 2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồn dòng từ 25 mA đến 40 mA đến cho máy điện thoại. 3.2.3. Các thông số liên quan: Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 KΩ. Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ. Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω. Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω. Các thông số giới hạn của mạch thuê bao cơ bản. Bảng 3 - 1 : Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại Thông số Các giá trị mẫu Giá trị sử dụng Dòng điện làm việc 20 – 80 mA 20 – 120 mA Nguồn tổng đài 48 – 60 V 47 – 109 V Điện trở vòng 0 – 1300 Ω 0 – 1600 Ω Suy hao 8 dB 17 dB Méo dạng Tổng cộng 50dB Dòng chuông 90 VRMS / 20 Hz 75 – 90 VRMS / 16 – 25 Hz Thanh áp ống nối 70 – 90 dB < 15 dB Nguồn dòng điện thoại 25 – 40 mA 35 mA Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao hay gác máy bằng cách sử dụng nguồn một chiều 48VDC. Khi gác máy tổng trở DC bằng 20KΩ rất lớn xem như hở mạch. Khi nhấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ hơn 1KΩ và hai tổng đài nhận biết trạng thái này thông qua dòng DC xuất hiện trên đường dây. Sau đó, tổng đài cấp tín hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao. Dòng điện cấp chuông: Tổng đài cấp dòng chuông cho thuê bao bị gọi, dòng chuông tổng đài cấp là dòng điện xoay chiều hình sin hoặc xung có tần số f = 25Hz, có áp từ 75VRMS đến 110VRMS. 3.2.4. Nguyên lý thông tín điện thoại: Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến nơi khác, bằng dòng điện qua máy điện thoại. Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng thông tin điện thoại. Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây tới ống nghe của máy đối phương, làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp không khí trước màng rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quá trình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự. 3.2.5 Quay số: Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gởi số máy điện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài. Có hai cách gởi số đến tổng đài: Quay số bằng xung (Pulse – Dialing): Được thực hiện bằng cách thay đổi tổng trở DC của mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương với số muốn quay. Các số quay của thuê bao được truyền đến tổng đài bằng cách ngắt dòng đường dây theo tỉ số thời gian qui định tạo thành chuỗi xung quay số. Số quay số là là xung trên đường dây nên phương pháp này được gọi là phương pháp quay số bằng xung thập phân. Quay số bằng Tone (Tone – Dialing): Máy điện thoại phát ra cùng lúc hai tín hiệu với tần số dao động khác nhau tương ứng với số muốn quay (DTMF : Dual Tone Multi Frequence). Khi sử dụng DTMF để quay số, các cặp tần số DTMF như sau: Bảng 3 - 2 : Phân loại tần số tín hiệu Tone Phím Tần số thấp (Hz) Tần số cao (Hz) 1 697 1209 2 697 1336 3 697 1477 4 770 1209 5 770 1336 6 770 1477 7 852 1209 8 852 1336 9 852 1477 * 941 1209 0 941 1336 # 941 1477 Sự quay số bằng phương pháp DTMF có thể nhanh gấp 10 lần so với phương pháp quay số bằng xung thập phân. 3.2.6. Kết nối thuê bao: Tổng đài nhận được các số liệu sẽ xem xét: Nếu các đường dây nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu báo bận. Nếu đường dây nối thông thoại không bị bận thì tổng đài sẽ cấp cho người bị gọi tín hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông. Khi người được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông để không làm hư mạch thoại và thực hiện việc thông thoại. Tín hiệu trên đường dây đến máy điện thoại tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mV đỉnh – đỉnh. Tín hiệu ra khỏi máy điện thoại chịu sự suy hao trên đường dây với mất mát công suất trong khoảng 10 dB ÷ 25 dB. Chẳng hạn suy hao là 20dB, suy ra tín hiệu ra khỏi máy điện thoại có giá trị khoảng 3 V đỉnh – đỉnh. Ngưng thoại: Khi moät trong 2 thueâ bao gaùc maùy, thì toång ñaøi nhaän bieát traïng thaùi naøy, caét thoâng thoaïi cho caû 2 maùy ñoàng thôøi caáp tín hieäu baùo baän cho maùy coøn laïi. Tín hiệu thoại: Tín hiệu thoại trên đường dây là tín hiệu điện mang các thông tin có nguồn gốc từ âm thanh trong quá trình trao đổi giữa 2 thuê bao. Trong đó, âm thanh được tạo ra bởi các dao động cơ học, nó truyền trong môi trường dẫn âm. Khi truyền đi trong mạng điện thoại là tín hiệu thường bị méo dạng do những lý do : nhiễu, suy hao tín hiệu trên đường dây do bức xạ sóng trên đường dây với các tần số khác nhau. Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ và trung thực, ngày nay trên mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz ÷ 3400 Hz. 3.3. Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại: 3.3.1. Nguyên tắc hoạt động: Khi thuê bao nhấc máy làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên một dòng điện khoảng 20-80mA chạy trong vòng thuê bao. Ở chế độ nhấc máy, điện thế DC rơi trên đường dây giữa Tip và Ring khoảng 6VDC ở thiết bị đầu cuối thuê bao. Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trở mạch vòng của đường dây thuê bao. Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy điện trở mạch vòng là rất lớn. Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảm xuống còn khoảng từ 150Ω đến 1500Ω. Tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi tổng trở mạch vòng này (tức là thay đổi trạng thái của thuê bao) thông qua các bộ cảm biến trạng thái. Tổng đài có chức năng kiểm tra xem còn có link nào rãnh hay không. Nếu link còn rỗi thì tổng đài cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone) cho thuê bao. Dial Tone là tín hiệu mời quay số hình sin có tần số 425 ± 25 Hz. Khi thuê bao nhận biết được tín hiệu Dial Tone, người gọi sẽ hiểu là được phép quay số. Người gọi bắt đầu tiến hành gửi các xung quay số thông qua việc quay số hoặc nhấn nút chọn số. Tổng đài nhận biết được các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số phát ra từ thuê bao gọi. Thực chất các xung quay số là các trạng thái nhấc máy hoặc gác máy của thuê bao. Nếu các đường kết nối thông thoại bị bận hoặc thuê bao được gọi bị bận thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận cho thuê bao. Tín hiệu này có tần số f = 425 ± 25Hz ngắt nhịp 0,5s có 0,5 s không. Tổng đài nhận biết các số thuê bao gọi đến và kiểm tra, xem xét : Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi nội đài. Nếu số đầu là số qui ước gọi ra thì tổng đài phục vụ như một cuộc gọi liên đài qua trung kế và gửi toàn bộ phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để giải mã. Nếu số đầu là mã gọi các chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chức năng đó theo yêu cầu của thuê bao. Thông thường, đối với loại tổng đài nội bộ có dung lượng nhỏ từ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làm cho chương trình phục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu quả cho người sử dụng làm tăng khả năng khai thác và hiệu suất sử dụng tổng đài. Nếu thuê bao được gọi rảnh, tổng đài sẽ cấp tín hiệu chuông cho thuê bao với điện áp 90VRMS (AC), f = 25Hz, với chu kỳ 3s có 4s không. Đồng thời cấp âm hiệu hồi chuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tín hiệu sin, tần số f = 425 ± 25Hz cùng chu kỳ nhịp với tín hiệu chuông gởi cho thuê bao được gọi. Khi thuê bao được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy này, tiến hành cắt dòng chuông cho thuê bao bị gọi kịp thời tránh hư hỏng đáng tiếc cho thuê bao. Đồng thời, tiến hành cắt âm hiệu Ring Back Tone cho thuê bao gọi và tiến hành kết nối thông thoại cho 2 thuê bao. Tổng đài giải toả một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho các cuộc đàm thoại khác. Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà 1 thuê bao gác máy, tổng đài nhận biết trạng thái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tín hiệu bận (Busy Tone) cho thuê bao còn lại, giải tỏa link để phục vụ cho các đàm thoại khác. Khi thuê bao còn lại gác máy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt âm hiệu báo bận, kết thúc chương trình phục vụ thuê bao. Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một cách hoàn toàn tự động. Nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại viên có thể theo dõi trực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ vào các bộ hiển thị, cảnh báo. Điện thoại viên có thể trực tiếp điều khiển các hoạt động của tổng đài qua các thao tác trên bàn phím, hệ thống công tắc….các hoạt động đó có thể bao gồm : nghe xen vào các cuộc đàm thoại, cắt cưỡng bức các cuộc đàm thoại có ý đồ xấu, tổ chức điện thoại hội nghị…. Tổng đài điện tử cũng có thể được liên kết với máy điện toán để điều khiển hoạt động hệ thống. Điều này làm tăng khả năng khai thác, làm tăng dung lượng, cũng như khả năng hoạt động của tổng đài lên rất nhiều. 3.3.2. Qui trình vận hành của hệ mạch điện thoại để bàn: Hệ thống vận hành của điện thoại bàn như sau: Hình 3 – 9: Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn Khi tất cả các máy điện thoại để bàn đều gác tay thoại. Lúc này mức áp trên đường dây sẽ là trên dưới 48VDC và không có dòng điện chạy trên đường dây. Khi máy điện thoại A nhấc tay thoại: Nội trở nhỏ của máy sẽ tạo ra dòng điện chạy trên đường dây, dấu hiệu này sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết máy A đã nhấc tay thoại. Tổng đài điện thoại sẽ gửi tín hiệu mời tín hiệu mời quay số đến máy A. Tín hiệu mời quay số có dạng Sin, tần số trong khoảng 350 ÷ 440 Hz, phát liên tục. Lúc này người ở máy A sẽ nhấn các phím số trên bàn phím để xin liên thông với máy cần gọi.( Ví dụ xin liên thông với máy B). Nếu máy điện thoại bên A đang đặt ở mode Tone, thì mỗi phím số sẽ tương ứng với một tín hiệu âm thanh song tần, tín hiệu nhận dạng số này sẽ theo dây nối gửi về tổng đài điện thoại. Nếu máy điện thoại đặt ở mode Pulse, thì mỗi phím số, mạch điều khiển bàn phím sẽ cho ngắt dây nối bằng số lần của phím số. Tổng đài sẽ ghi nhận số điện thoại mà máy A gửi về. Tổng đài sẽ tiến hành tìm số điện thoại mà máy A xin liên thông. Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B đang bận ( như đang nhấc tay thoại), thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận đến máy A. Tín hiệu báo bận này có dạng Sin, tần số khoảng 480Hz ÷620Hz, phát theo nhịp 0.5s ngưng 0.5s (nhịp nhanh) Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B không bận ( chưa nhấc tay thoại), thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu báo chuông đến máy B. Lúc này bên máy B sẽ đổ chuông. Cùng lúc tổng đài cũng gửi tín hiệu hồi chuông đến máy A. Tín hiệu hồi chuông có tần số khoảng từ 440Hz ÷ 480Hz, phát theo nhịp 2s ngưng 4s. Tín hiệu này cho biết máy B đang trong trạng thái đổ chuông và chờ người đến nhấc tay thoại. Khi ở máy B đã có người nhấc tay thoại: Lúc này dòng điện chạy trên dây sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết là máy B đã có người đến tiếp nhận. Tổng đài điện thoại sẽ cho ngắt ngay tín hiệu báo chuông và cho nối dây, tạo sự liên thông giữa máy A và máy B. Bảng 3 – 3: Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn Tín hiệu mời quay số 350 Hz ÷ 440 Hz Phát liên tục Tín hiệu báo bận 480 Hz ÷ 620 Hz Phát theo nhịp 0.5 s ngưng 0.5 s Tín hiệu đổ chuông 440 Hz ÷ 480 Hz Phát theo nhịp 2 s ngưng 4 s Tín hiệu hồi chuông 440 Hz ÷ 480 Hz Phát theo nhịp 1 s ngưng 3 s Tín hiệu báo chuông 25 Hz Phát theo nhịp 2 s ngưng 4 s CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÁC IC CÓ LIÊN QUAN 4.1.VI ĐIỀU KHIỂN 89C51: 4.1.1. Giới thiệu cấu trúc phần cứng IC 89C51: IC 89C51 là một họ IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Intel sản xuất. Chúng có đặc điểm như sau: 4k byte Flash . 128kbyte RAM. 4port xuất nhập 8 bit. 2 bộ định thời 16 bit. Giao tiếp nối tiếp. 64k bộ nhớ không gian chương trình mở rộng. 64k bộ nhớ không gian dữ liệu mở rộng. Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bít đơn). 210 bit được địa chỉ hoá. Nhân/chia trong 4 bit. 4.1.1.1. Sơ lược về các chân của 89C51: 89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như các đường xuất nhập hoặc như các đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ. Hình 4 – 1: Sơ đồ chân 89C51 4.1.2. Chức năng các chân của 89C51: 4.1.2.1. Port 0: Port 0 là port có hai chức năng ở các chân từ 32€39. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường xuất nhập. Đối với các thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp. 4.1.2.2. Port 1: Port 1 có công dụng xuất nhập ở các chân từ 1-8 trên 89c51. Các chân được ký hiệu là P1.0, P1.1, P1.2,…P1.7, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác vì vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài (chẳng hạn ROM, RAM…). 4.1.2.3. Port 2: Port2 là port có tác dụng kép ở các chân từ 21-28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là các byte cao của Bus địa chỉ đối với các thiết kế cỡ lớn. 4.1.2.4. Port3: Port3 là một port có tác dụng kép từ chân 10 –17. Khi không hoạt động xuất nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng, được liệt kê ở bảng sau: Bảng 4 – 1: Chức năng của các chân port 3 Bit Tên Chức năng P3.0 RXD Ngõ vào dữ liệu cho phép P3.1 TXD Ngõ ra dữ liệu nối tiếp P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0 P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt ngoài thứ 1 P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời/đếm thứ 0 P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời/đếm thứ 1 P3.6 WR\ Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD\ Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài 4.1.2.5. Ngõ tín hiệu PSEN\ (Progam store enable): PSEN\ là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với chân OE\ (output enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bên trong 89c51 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội thì PSEN\ sẽ ở mức 1. 4.1.2.6. Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address latch enable): 89c51 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/bus dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ. Chân ALE còn được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong 89C51. 4.1.2.7 Ngõ tín hiệu EA\ (External Access: truy xuất dữ liệu bên ngoài) Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1 thì 89c51 thi hành chương trình trong ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4k. Nếu ở mức 0 (và chân PSEN\ cũng ở mức 0) thì 89c51 thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoài. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21v lập trình cho EPROM trong 89c51. 4.1.2.8. Ngõ tín hiệu RST (Reset): Ngõ tín hiệu RST ở chân 9 là ngõ vào xoá chính của 8951 được dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. 4.1.2.9. Ngõ vào bộ dao động X1, X2: Mạch dao động bên trong chip 8951 được ghép với thạch anh bên ngoài ở hai chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và chân 19). Tần số của thạch anh thường là 12Mhz. 4.1.3. Tổ chức bộ nhớ: RAM bên trong 89c51 được phân chia như sau: Các Bank thanh ghi có địa chỉ 00H ÷ 1FH. RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ 20H ÷ 2FH. RAM đa dụng có địa chỉ 30H ÷ 7FH Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 80H ÷ FFH. Bảng 4 – 2: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ 4.1.4. Các Thanh Ghi 4.1.4.1. Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW Từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau: Bảng 4 – 3: Các bit trạng thái của thanh ghi PSW Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa PSW.7 CY D7H Cờ nhớ PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ PSW.5 F0 D5H Cờ 0 PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi 00 = bank 0: địa chỉ 00H-07H 01 = bank 1: địa chỉ 08H-0FH 10 = bank 2: địa chỉ 10H-17H 11 = bank 3: địa chỉ 18H-1FH PSW.2 0V D2H Cờ tràn PSW.1 - D1H Dự trữ PSW.0 P D0H Cờ parity chẵn 4.1.4.2. Thanh ghi B: Thanh ghi B ở địa chỉ F0h được dùng chung với thanh ghi A trong các phép toán nhân chia. 4.1.4.3. Thanh ghi con trỏ SP: Là 1 thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81h chỉ địa chỉ của dữ liệu đang ở đỉnh SP. 4.1.4.4. Thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR: Được dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu bên ngoài. DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82h(DPL,byte thấp) và 83h (DPH,byte cao). 4.1.4.5. Các thanh ghi port xuất nhập: Các port của 89c51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ở địa chỉ A0H và port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các port đều được địa chỉ hoá từng bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi. 4.1.4.6. Thanh ghi TMOD: Chọn chế độ làm việc của T0 và T1 Bảng 4 – 4: Vị trí các bit trong thanh ghi TMOD Gate C/T\ M1 M2 GATE C/T\ M1 M0 TMOD có địa chỉ 89h C/T\:chọn chế độ làm việc của timer. C/T\ = 0 chế độ định thời. C/T\ = 1 chế độ đếm xung ngoài. M1,M0 : chọn mode đếm của bộ timer/counter Bảng 4.5: Chức năng của mode đếm M1,M0 M1 M0 0 0 Mode 0 timer/counter 13 bit 0 1 Mode 1 timer/counter 16 bit 1 0 Mode 2 bộ định thời tự độ nạp lại 1 1 Mode 3 bộ định thời tách ra Gate :cổng Gate=0 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1). Gate=1 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1) và chân INTRx\ =1 4.1.4.7 Thanh ghi TCON: Thanh ghi điều khiển timer có định địa chỉ bit ở địa chỉ 88h trên 89C51 Bảng 4 – 6: Vị trí các bit trong thanh ghi TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TR0,TR1: điều khiển bộ định thời. Nếu=1 thì bộ định thời chạy, ngược lại bộ định thời ngưng chạy. TF0,TF1: cờ tràn của bộ định thời. Nếu = 1 thì bộ đếm tràn, ngược lại bộ đếm chưa tràn. IE0, IE1: cho phép ngắt ngoài tác động. IT0,IT1=0 tác động bằng mức, ngược lại tác động bằng cạnh. 4.1.4.8. Thanh ghi THx,TLx: Chứa kết quả của bộ định thời timer/counter. 4.1.4.9. Thanh ghi ngắt IE: Không định địa chỉ bit có địa chỉ là A8h trên 89c51 Bảng 4 – 7: Vị trí các bit trong thanh ghi IE EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA: cho phép hoặc không cho phép ngắt tất cả. ET2 cho phép timer T2 ngắt khi tràn. ES: cho phép ngắt của port nối tiếp. ET1: cho phép ngắt của timer T1. ET0: cho phép ngắt của timer T0. EX1: cho phép ngắt ngoài thứ 1. EX0: cho phép ngắt ngoài thứ 0. Cho phép =1, không cho phép =0. 4.1.5. Liên hệ các họ vi điều khiển: Chip SAB80515 của hãng Siemen của Đức là một cải tiến của 8051 chứa trong một vỏ 68 chân, có 6 port xuất nhập 8 bit, 13 nguồn tạo ra ngắt và một bộ biến A/D 8 bit với 8 kênh ngõ vào. AT89C51 của hãng ATMEL của ĐÀI LOAN tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS_51 có 4 k byte Flash, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời /đếm 16 bit… AT89C52 có 8 k byte . AT89C53 có 13 k byte. AT89C55 co 20 k byte. 4.2 IC THU PHÁT DTMF MT8880: MT8880 có khả năng thu , phát tín hiệu DTMF , ưu điểm nổi bật so với các loại IC khác là : có thể lập trình giao tiếp với uP , chế độ hoạt động phong phú , Dual Tone , Single Tone , Call Progress … Hình sau là sơ đồ chân linh kiện : 4.2.1 Bảng mô tả chân linh kiện : Chân Tên Chức năng 1 IN+ Ngõ vào không đảo 2 IN- Ngỏ vào đảo 3 GS Gain Select 4 VRef Reference Voltage output (VDD/2) 5 VSS GND 6 OSC1 Oscillator input 7 OSC2 Oscillator output 8 TONE Tone DTMF out put 9 R/W Read/Write 10 /CS Chip Select 11 RS0 Register Select input 12 Ø 2 System clock Input 13 IRQ/CP Interrupt Request 14-17 D0-D3 Data bus 18 Est Early Steering ouput 19 St/Gt Steering input/ Guard Time output 20 VDD Power 4.2.2 Các thanh ghi: Nhà sản xuất cho phép giao tiếp MT8880 với VXL để thu phát tín hiệu DTMF. Có 5 thanh ghi bên trong MT8880 , được chia thành 3 nhóm, bao gồm : nhóm thu phát dữ liệu , nhóm điều khiển và cuối cùng là thanh ghi trạng thái . Thanh ghi dữ liệu thu (Receive Data Register ) chứa mã nhị phân của cặp tone vừa thu được và là thanh ghi chỉ đọc. Thanh ghi dữ liệu phát (Transmit Data Register) , chỉ ghi , VXL đưa mã nhị phân của cặp tone cần phát lên thanh ghi này. Việc thu phát tone , định chế độ hoạt động được thiết lập bởi 2 thanh ghi điều khiển CRA & CRB , đặc biệt , 2 thanh ghi này có cùng địa chỉ truy cập , việc xác định thanh ghi nào đang được dùng được set bởi bit thứ 3 (RSEL) của CRA. Bảng sau chỉ ra địa chỉ truy cập các thanh ghi của MT8880: Các mode hoạt động của MT8880 được quy định bởi các bit trong thanh ghi điều khiển CRA & CRB . 4.2.2.1 Thanh ghi CRA: Bit Tên Chức năng 0 Tone Out 0 : Ngưng phát tone 1 : Phát tone 1 Mode Control 0 : Thu và phát DTMF 1 : Phát DTMF (chiều dài bursts 104 ms) Thu nhận tone báo hiệu xử lý cuôc gọi. 2 Interrupt Enable 0 : Kiểm tra việc thu DTMF 1 : Cho phép ngắt trên chân 13 3 Register Select 0 : Lần ghi kế tiếp sẽ là thanh ghi CRA 1 : Lần ghi kế tiếp sẽ là thanh ghi CRB 4.2.2.2 Thanh ghi CRB: Bit Tên Chức năng 0 Burst 0 : Bursts mode (52 ms hoặc 104 ms) 1 : Phát DTMF liên tục 1 Test 0 : Hoạt động bình thường 1 : Test timing bit trên chân 13 2 Single/Dual 0 : Phát cặp tone 1 : Phát đơn tone , hàng hay cột (tuỳ thuộc bit 3) 3 Colum/Row 0 : Phát đơn tone cho hàng 1 : Phát đơn tone cho cột 4.2.2.3 Thanh ghi trạng thái : Bit Tên Thiết lặp Cờ Trạng Thái Xoá Cờ Trạng Thái 0 IRQ Ngắt xảy ra , bit 1 và bit 0 được set Cấm ngắt , được xoá sau khi đọc thanh ghi trạng thái 1 Thanh ghi dữ liệu phát rỗng (burst) Thời gian pause chấm dứt , thanh ghi dữ liệu phát sẵn sàng cho tone kế tiếp . Được xoá sau khi đọc thanh ghi trạng thái , hoặc không đang ở chế độ burst 2 Thanh ghi dữ liệu thu đã đầy . Dữ liệu hiện diện trên thanh ghi dữ liệu thu . Được xoá sau khi đọc thanh ghi trạng thái . 3 /Delay /Steering Set khi chưa nhận nhận được tín hiệu DTMF Xoá khi nhận dạng được tín hiệu DTMF 4.2.2.4 QUÁ TRÌNH GHI VÀ ĐỌC CÁC THANH GHI : Bắt đầu với CS=1 , quá trình ghi dữ liệu trong thanh ghi thông qua các bước sau : Chuyển bus dữ liệu (của VXL) ở chế độ xuất . Đưa dữ liệu ra bus Thiết lập cho bit RS0, RS0=1 :ghi dữ liệu , = 0 ghi lệnh Xoá bit R/W , thông báo cho việc ghi dữ liệu . Xoá bit CS , tích cực chip . Set bit CS , ngưng quá trình ghi dữ liệu , ngưng chọn chip . Tương tự cho quá trình đọc thanh ghi , bắt đầu với CS=1 : Chuyển bus dữ liệu sang chế độ nhập . Set bit R/W , thông báo cho việc đọc dữ liệu Thiết lập bit RS0 , RS0=1 : đọc dữ liệu , =0 : đọc trạng thái . Xoá bit CS, tích cực MT8880 Đọc dữ liệu trên bus Set bit CS , ngưng quá trình đọc dữ liệu , ngưng chọn chip . 4.2.3 QUÁ TRÌNH THU , PHÁT DTMF : Để phát di một cặp tone , cần phải kiểm tra xem tone trước đó đã được phát xong chưa , điều này thực hiện được bằng cách đọc bit b1 của thanh ghi trạng thái , nếu bit này được set lên 1 -> thanh ghi dữ liệu phát sẵn sàng cho việc phát cặp tone kế tiếp. Việc thu tín hiệu DTMF cũng tương tự , trước tiên kiểm tra bit b2 của thanh ghi trạng thái , nếu bit này được set , tức là thanh ghi dữ liệu thu đã đầy , VXL có thể đọc được mã từ thanh ghi này . Quaù trình phaùt Quaù trình thu 4.3. IC TL082: TL082 là một IC gồm hai vi mạch thuật toán 741 nằm trong cùng một vỏ. Vi mạch thuật toán tiêu chuẩn 741 là loại vi mạch đơn khối tích hợp lớn được chế tạo theo công nghệ màng mỏng. Nhờ khả năng tích hợp lớn nên vi mạch loại này được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của vi mạch là làm việc tốt ở mức điện áp thấp đến 5VDC. Vi mạch thuật toán có các đặc tính chung như sau: Không cần bù tần số,tăng độ ổn định ở chế độ làm việc tuyến tính. Có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải. Có độ lệch điểm trôi về zero quá nhỏ. Không bị khoá nếu tín hiệu đưa vào không thích hợp. Hệ số nén dòng pha lớn. Tiêu hao công suất nhỏ. 4.4.1. Sơ đồ chân: Hình 4 – 8: Sơ đồ chân IC TL082 4.4.2. Chức năng các chân: Bảng 4 – 16: Chức năng các chân của IC TL082 Chân Chức năng 1 Ngõ ra chân 1 2 Ngõ vào đảo 1 3 Ngõ vào không đảo 1 4 -Vcc 5 Ngõ vào không đảo 2 6 Ngõ vào đảo 2 7 Ngõ ra 2 8 +Vcc 4.4.3. Thông số: Nguồn cung cấp: VCC = ± 18V. Điện áp ngõ vào: Vi = ±15V. Điện áp ngõ vào sai biệt: Vid = ± 30V. Nguồn tiêu thụ: P = 680 mW. Đô lợi AV = 100 dB. Vùng nhiệt độ tích trữ: -65 0C ÷ 150 0C. Dòng điện nguồn khi không tải: ICC = 2,5mA (MAX). Các tính năng kỹ thuật: Về mặt nguyên lý, vi mạch lý tưởng sẽ có tổng trở vào vô cùng lớn, tổng trở ra vô cùng nhỏ, tốc dộ bám giữ tín hiệu ra với tín hiệu vào không bị giới hạn và có băng thông rất rộng. Tuy nhiên trên thực tế không thể nào có một OPAMP lý tưởng như vậy. Về độ khuếch đại điện áp hay độ lợi: Vi mạch dùng vòng hồi tiếp là một vòng hở có độ lợi khoảng 100dB Tổng trở vào khoảng vài chục MΩ Tổng trở ngõ ra khoảng đến 100Ω Dòng phân cực ngõ vào:khi dùng transistor lưỡng cực ở tần đầu vào, giá trị IB cỡ từ 0,1µA đến 0,8µA Nguồn cung cấp: Thông thường dùng nguồn lưỡng cực để khai thác hết hiệu suất của vi mạch. Tín hiệu vào không vượt quá VCC. Giá trị cực đại cho phép thường nhỏ hơn VCC từ 1 đến 3V. 4.5 4.5. IC 74LS47 Đây là IC giải mã 4 sang 8 dùng để hiển thị ra led 7 đoạn Hình 4 – 9: Sơ đồ chân IC 74LS47 CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 5.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG: 5.2. CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI: 5.2.1. Khối cảm biến báo trộm: Khối cảm biến trộm là một mạch cảm biến hồng ngoại. Khi có kẻ trộm đột nhập vào thì khối nay sẽ phát hiện qua led hồng ngoại và đưa tín hiệu đến vi xử lý để điều khiển báo động 5.2.2. Khối vi xử lý trung tâm: Chức năng của khối này là điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Hoạt động theo chương trình định sẵn. 5.2.3. Khối giải mã thu phát DTMF: Khối này bao gồm 2 quá trình: thu và phát Khi thu tín hiệu: Khối này có chức năng thu tín hiệu DTMF từ đường dây thuê bao điện thoại và chuển đổi xuất ra dữ liệu 4 bit dạng nhị phân tương ứng với tín hiệu nhận được. Khi phát tín hiệu: Chúc năng phần phát là nhận dạng dữ liệu nhị phân 4 bit từ khối xử lý trung tâm và biến đổi thành các cặp tần số DTMF tương ứng phát lên đường truyền line điện thoại. 5.2.4. Khối kết nối thuê bao: Khi tổng đài cấp tín hiệu chuông cho thuê bao, thì khối đếm chuông nhận biết được tín hiệu chuông, đếm và tác động đến khối xử lý trung tâm. Khối xử lý trung tâm điều khiển khói kết nối thuê bao, lúc này khối kết nối thuê bao có vai trò đóng tải giả cho thuê bao, để tổng đài cho thông thoại 2 thuê bao với nhau. Khi khối này tác động thì điện trỏ vòng của thuê bao giảm xuống tạo nên động tác như có người nhấc máy để tổng đài cho thông thoại với nhau. Đồng thời khối này cũng đảm bảo được sự truyền tín hiệu từ thuê bao gởi đi hoặc nhận tín hiệu thoại từ phía thuê bao bên kia gửi đến. 5.2.5 . Khối phát hiện nhấc máy: Được mắc song song với hai dây Tip và Ring, có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu đảo cực do tổng đài cấp khi tuê bao bị gọi nhấc máy sau đó tác động đến một chân của vi điều khiển để vi điều khiển nhận biết tín hiệu nhấc máy mà thi hành lệnh sau đó. 5.2.6. Khối báo động: Tạo tiếng còi để báo động khi cảm biến trạng thái mất nguồn. Khối này nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm và từ công tắc ngoài. 5.2.7. Khối đếm chuông: Khối thu chuông được mắc song song với 2 đường dây TIP và RING của thuê bao. Khi tổng đài cấp tín hệu chuông cho máy điện thoại thuê bao, thì khối này có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu chuông và đếm chuông. Sau khi đếm đủ một số chuông quy định sẽ tác động sẽ tác động đến vi xử lý thi hành lệnh sau đó ( nghĩa là phát ra nhạc hiệu ). Bình thường khi không có tín hiệu chuông thì ngõ ra ở mức logic cao và khi có tín hiệu chuông thì ngõ ra có mức logic thấp. Các tín hiệu khác như: tín điện thoại, tín hiệu tone, tín hiệu báo bận, hồi chuông không tác động đến khối này. Mặt khác, khối cảm biến chuông phải đảm bảo sự cách ly về điện vì tín hiệu chuông có mức điện áp cao từ 75 Vrms à 90 Vrms trong khi ngõ ra phải phù hợp với mức logic 0 là 0V và mức logic 1 là 5V. 5.2.7. Khối phát thông báo: Chức năng của khối này là phát câu thông báo đã thu sẵn lên line điện thoại khi có trộm đột nhập. Khối này nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm. Nó sử dụng họ IC chuyên dụng ISD1420. 5.287. Khối nguồn: Khối này có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn mạch. 5.2.9. Khối điều khiển Relay. Khối điều khiển Relay có chức năng kết nối hệ thống điều khiển vào đường dây line điện thoại khi mạch thực hiện chức năng điều khiển 5.2.10. Khối khuếch đại tín hiệu. Chức năng của khối này là khuếch đại tín hiệu từ trong ra bên ngoài và ngược lại 5.2.11. Khối giải mã và hiển thị. Chức năng của khối này là dùng để giải mã và hiển thị các số phát đi và ngược lại Khối này có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho toàn mạch. Nguồn điện trong mạch được cung cấp bằng nguồn Acquy 12VDC biến đổi thành nguồn 5VDC, +12VDC, -12VDC cung cấp cho toàn mạch. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 6.1. Khối cảm biến báo trộm: a. Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 1: Mạch cảm biến báo trộm b. Nguyên lý hoạt động: Ở trạng thái bình thường Led thu và Led phát nhận tín hiệu nhau lúc đó tại A sẽ có mức điện áp bằng 0 và Led D2 luôn sáng để báo là 2 Led thu và phát nhận nhau, tín hiệu này qua cổng đảo cho ra mức 1 tại p1.0. Khi có kẻ trộm đột nhập vào sẽ làm cho Led thu và Led phát mất tín hiện lúc này tại A sẽ có điện áp là mức 1 và Led D2 sẽ tắt báo là 2 Led đã mất tin hiệu, tín hiệu náy qua công đảo cho ra mức 0 tại p1.0 lúc này CPU sẽ điều khiển báo động. 6.2. Khối vi xử lý trung tâm: a. Sơ đồ nguyên lý: b. Nguyên lý hoạt động: P7.0: Nhận tín hiệu cảm biến báo trộm P2.0: Đóng tải giả. P.2.1: Điều khiển phát thông báo P2.2: Phát hiện đảo cực P2..3: Báo trạng thái phát thông báo P3.0: Chọn thiết bị gọi (Điện thoại di động hoặc Điện thoại bàn) P1.0-P1.6: Nối với các chân của IC MT8880, cụ thể sẽ xét ở sau. 6.3. Khối thu phát DTMF: a. Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 3: Khối giải mã thu phát DTMF b. Nguyên lý hoạt động : Bộ thu DTMF : Khi tín hiệu thu được đưa vào chân IN- (chân số 2 của MT8880 thì bên trong IC này có bộ khuếch đại Tone sẽ khuếch đại tín hiệu thu này. Ban đầu cặp tần số của mã tone được qua bộ lọc tần số (Dial Done Filter). Bộ này sẽ tách tín hiệu thành hai nhóm. Một nhóm tần số thấp, một nhóm tần số cao. Nhóm thứ nhất sẽ lọc thông dãy tần số từ 697HZ đến 941HZ và nhóm thứ hai sẽ lọc thông dãy tần số từ 1209 HZ đến 1633 HZ. Tương ứng với dãy tần số nhóm cao và nhóm thấp của tín hiệu DTMF như sau: Bảng hai nhóm tần số DTMF: Nhóm tần số cao 697Hz 770 Hz 825 Hz 941 Hz Nhóm tần số thấp 1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz Bên cạnh đó cấu trúc bên trong của IC MT8888 còn có bộ lọc loại bỏ tần số 350Hz và 440Hz của bộ lọc tần số Dial Tone để hạn chế tín hiệu đầu vào. Khi bộ dò cũng nhận đủ có hai tone thích hợp thì nó chuyển hai tần số này tới bộ giải mã tương ứng của DTMF, trước khi gửi các mã này vào thanh ghi nó có bộ kiểm tra để nhận biết sự tồn tại của tín hiệu này. Khi tín hiệu giải mã được ghi vào các thanh ghi, thì tín hiệu này được chuyển qua bộ chuyển đổi A/D (chuyển từ tương tự sang số ) chuyển thành mã nhị phân 4 bit xuất ra ở các chân 14,15,16,17 ( D0,D1,D2.D3) của MT8880đưa tới khối xử lý trung Như vậy khi xuất hiện 1 cặp tần số tone trên đường dây, qua R400 đưa vào ngõ vào IN- thì ngõ ra sẽ xuất hiện dạng nhị phân 4 bit tương ứng Bộ phát DTMF : Ngược lại với quá trình thu là quá trình phát, bộ phát DTMF trong MT 8880 có khả năng tạo tất cả 16 cặp tone DTMF chuẩn tối thiểu và độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều lấy từ dao động thạch anh 3,579545 MHz mắc ngoài. Mã nhị phân 4 bit được phát ra ở các bit: P0.0, P0.1, P0.2, P0.3 của vi điều khiển được đưa đến D0, D1, D2 , D3 của IC MT 8880. Dữ liệu này được được đưa vào thanh ghi dữ liệu, sau đó được đưa đến bộ chuyển đổi D/A (chuyển từ số sang tương tự ) thành tín hiệu tương tự với tín hiệu như lúc thu. Sau đó Tín hiệu DTMF này được đưa ra ở chân số 8 của IC MT 8888 và được khuếch đại để phát đến thuê bao nhận. Việc thu phát DTMF của IC MT8880 được khối xử lý trung tâm điều khiển thông qua các chân IRQ/CP,RSO,WR,CS được nối tới các bit của vi điều khiển: Để MT 8880 nhận dữ liệu thì chân RD\ phải lên mức 0, WR\ phải xuống mức1 và RSO ở mức 0. Sau đó kiểm tra bit B2 của thanh ghi điều khiển A, nếu ở mức 1 thì sẽ cho phép nhận dữ liệu. Tín hiệu nhận vào từ ngõ vào IN+ và IN- đưa qua bộ lọc nhiễu Dial tone, sau đó được tách ra thành nhóm tần số cao và nhóm tần số thấp. Sau khi nhận dạng tần số nằm trong tần số chuẩn, sẽ đưa qua bộ chuyển đổi mã và đưa vào cất trong thanh ghi nhận dữ liệu. Để MT 8808 phát thì các chân RD\ ở mức logic 1,WR\ ở mức logic 0 và RSO ở mức logic 0. Đồng thời bit B1 của thanh ghi điều khiển A phải ở mức logic 1. Khi phát 1 tín hiệu DTMF thì dữ liệu sẽ tương ứng dưới dạng mã nhị phân 4 bit được đưa đến D0, D1, D2, D3 của IC MT 8880. Dữ liệu này được viết vào thanh ghi phát dữ liệu, sau đó được đưa đến bộ chia hàng và chia cột lập trình được, sau đó được đưa qua bộ chuyển đổi D/A . Tín hiệu được trộn tần số thấp với tần số cao ở bộ này và đưa ra ngoài chân số tone out để phát đi. c. Thiết kế và tính toán mạch nhận và giải mã DTMF: Các thông số của MT8880 do nhà sản xuất hướng dẫn. Các giá trị điện trở, tụ điện, thời gian an toàn, bảo vệ được nhà sản xuất đưa ra: R21 =R22=100K R23 =374 (Chọn R23 =330 ) C10 = C16 = C17=100nF Thạch anh (X-tal) =3,579545 MHZ R20 = 5,6K , R24 = 3.3K Nguồn cung cấp: VCC = +5V d. Datasheet MT8880 (Được cập nhật phía sau) 6.4. Khối giải mã và hiển thị: a. Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 4: Mạch giải mã và hiển thị b. Nguyên lý hoạt động: Mã 4 bit sau khi được giải mã từ mã DTMF đưa vào ngõ D0,D1,D2,D3 của 74LS47. 4 bit này được IC giải mã để kích led 7 đoạn sáng. Led 7 đoạn hiển thị được những số mà 4 bit tính theo BCD. Led 7 đoạn là led anode chung, được điện trở hạn dòng xác định dòng ngõ vào mạch này nhằm giúp người lắp đặt, sử dụng dễ dàng kiểm nghiệm được những phím được nhấn và những số được phát đi. Trong khi đang điều khiển, người bên thuê bao được gọi sẽ theo dõi được sự điều khiển mạch. Trong khi nạp số điện thoại từ bàn phím, kiểm tra số điện thoại đã nạp và số điện thoại được phát đi thì người điều khiển có thể theo dỏi dễ dàng số điện thoại của mình cần nạp và cần phát đi trên led 7 đoạn để tránh trường hợp nạp nhầm số điện thoại. c. Thiết kế và tính toán: Chọn IC 74LS47 qua điện trở hạn dòng kích led 7 đoạn anode chung. • Dòng qua mỗi nhánh của led khoảng 10mA • Sụt áp trên mỗi nhánh của led khoảng 1,6V 1,8V • Dòng ra tối đa của IC 74L47 là 24mA Giá trị điện trở R8 R14 Chọn R8 R14 = 330Ω IC có nguồn cung cấp + 5V 6.5.Mạch khuếch đại Tone ra: a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 5: Mạch khuếch đại Tone ngõ ra b.Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu tone từ MT8888 không đủ độ lớn để truyền lên đường dây. Do đó, tín hiệu này được đưa qua IC Tl082 để khuếch đại lên. R10 dùng để tránh điện áp sai biệt. c.Thiết kế và tính toán: Chọn hệ số khuếch đại Av = - 10, vì để Ta có: 10.R9 = R120 Chọn R9 = 10 KΩ R120 = 100 KΩ R10 = R9//R120 =1000/110 KΩ. Chọn R10 = 10KΩ Tụ C8, C6 là tụ liên lạc, do đó chọn tụ có giá trị 10 μF. 6.6. Mạch khuếch đại Tone vào: a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 6: Mạch khuếch đại tone ngõ vào b.Nguyên lý hoạt động: Để IC MT8888 dể dàng nhận biết tín hiệu tone từ đường truyền, ta cần đưa qua một mạch khuếch đại. R8 dùng để tránh điện áp sai biệt. c.Thiết kế và tính toán: Chọn hệ số khuếch đại Av = - 10,vì để Ta có: 10.R14 = R15 Chọn R14 = 10 KΩ R15 = 100KΩ R16 = R14// R15 =1000/110 KΩ. Chọn R16 = 10KΩ Tụ C9, C10 là tụ liên lạc, do đó chọn tụ có giá trị 10 μF. 6.7. Khối kết nối thuê bao: Gồm khối Relay và khối tạo tải giả a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 7: Mạch kết nối thuê bao b.Nguyên lý hoạt động: Diode cầu được mắc song song vào 2 đường dây điện thoại. Trên đường dây này không những có tín hiệu âm thoại AC mà còn có hiệu điện thế DC, do đó diode cầu này không những có chức năng chỉnh lưu mà còn có tác dụng chống đảo cực. Khi có kích từ một chân của vi điều khiển thì sẽ xuất hiện dòng chảy qua diode cầu, nhưng chỉ có 2 diode được phân cực thuận nên dẫn. Còn 2 diode kia bị phân cực nghịch nên không dẫn và chỉ dẫn khi tổng đài có cấp dòng điện đảo cực (phục vụ cho việc tính cước điện thoại) hay mắc lộn dây Tip và Ring. 6.7.1. Thiết kế và tính toán: a/ Thiết kế mạch đóng ngắt Relay Có nhiều loại Relay ở đây ta chọn Relay có điện áp là 12V và điện trở danh định 100Ω nhìn vào mạch trên ta thấy rằng nếu làm cho transistor dẫn bảo hoà thì sẽ tạo dòng điện từ nguồn 5V qua Relay về mass làm cho Relay hoạt động.Khi trasistor ở trạng thái tắt thì lập tức ngăt dòng qua mạch cuả relay làm cho relay tắt. Chọn là C2383 có các thông số: PCmax = 900mW ICmax = 1A β = 60 - 230 Để Q1 dẫn bảo hoà thì : β*IC/Q1 ≥ IC/Q1 Mà IB/Q1 = (VĐK RELAY – VBE/Q1)/R1 (1) IC/Q1 = VDD/RRELAY (2) (2) β*(VĐKRELAY – VBE)/R4 ≥ VDD/RRELAY R4 R4 ≤ 3360 Ω Do đó ta chọn R1 = 3.3k b/ Thiết kế mạch tạo tải giả Khối này tạo ra trở kháng giống như 1 thuê bao nhấc máy gồm Q2, R6, C4 và R5 được mắc như hình vẽ tạo thành 1 nguồn dòng để lấy dòng đổ vào mạch giống như của một thuê bao của bưu điện. Q2 có nhiệm vụ thay thế một thuê bao trên lĩnh vực trở kháng. Điện trở DC của một máy điện thoại là ≤ 300Ω , điện trở xoay chiều tại tần số f = 1 KHz là 700Ω } 30%. Tổng trở vào của mạch này phải phù hợp các thông số trên, tụ C4 nhằm lọc xoay chiều. Nên về mặt xoay chiều Q2 xem như hở mạch. Tín hiệu AC không ảnh hưởng đến trở kháng DC của mạch. Tụ C5 có nhiệm vụ cách ly DC chỉ cho tín hiệu âm tần đi qua, tín hiệu âm tần này được tải qua biến áp suất âm. Cuộn sơ của biến áp này được mắc làm tải của tầng khuếch đại công suất âm tần. Dòng thông thoại của tổng đài cấp đến mạch có dòng từ 20mA -100mA Điện trở vòng qua mạch tác giả khoảng 150Ω -1500Ω. Ta chọn : β= 60 Ÿ Dòng DC của tổng đài cấp : IDC = 20mA Ÿ Chọn tổng trở DC của tải là 6V Ÿ Điện áp do sụp áp của cầu diode là 1.4V Ÿ Chọn VCE =0.2V R6 = = 220 Ω. Dòng IB = = = = 0,333Ma Chọn R5 = 6.8KΩ Tụ C4 triệt tiêu tín hiệu thoại được sao cho : ZC4 << β.R3 (1) Với W = 2πf , f = 300Hz là tần số thấp nhất của tín hiệu thoại thay vào (1) ta được : C4 >> = = 0,4.2µF Chọn C4 = 0.47μF/50V Tụ C5 có tác dụng ngăn DC, chỉ cho tín hiệu thoại đi qua nên nó phải có trở kháng thoả điều kiện : ZC5 = 1/ω?C5 = 1/(2ΠfminC5) ≤ (1/10)RAC = (1/10)600 C5 ≥ 8.846uF Do đó có thể chọn C5 = 10μF/50V Các thông sốmạh đ đ?ợ tính toán sau: Q2 là transistor C2383 R5 = 6.8K, R6 = 220 Ω C4 = 0.47 μF/50V C5 = 10 μF/50V 6.8. Mạch chống quá áp: a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 8: Mạch chống quá áp b.Thiết kế và tính toán: Mạch chống quá áp có chức năng ghim áp để không ảnh hưởng điện áp cao của đường dây đến các khối trong hệ thống. Chọn Diode Zenner loại 4.7V Mạch sử dụng 2 Diode mắc ngược chiều nhau, nhằm chống quá áp cho cả hai chiều. Khi (5)dương, (3) âm thì Vbiến áp = 4.7 + 0.7 = 5.4V Khi (3)dương, (5) âm thì Vbiến áp = 4.7 + 0.7 = 5.4V Do đó điện áp cấp cho mạch luôn đảm bảo điều kiện làm việc. 6.10. Khối nguồn: a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 10: Mạch nguồn Sử dụng biến thế đôi 220VAC/12VAC để hạ áp sau đó dùng cầu diode chỉnh lưu thành điện một chiều, nguồn điện một chiều sau khi qua các tụ lọc sẽ có điện áp một chiều phẳng hơn.Và nguồn điện ổn định này sẽ cung cấp cho tất cả các linh kiện trong mạch hoạt động. Nguồn cung cấp có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ năng lượng cho mạch vì thế bộ nguồn cần phải có độ ổn định cao để có thể hoạt động lâu dài của cả hệ thống mạch điện. Họ IC 78XX là loại IC ổn áp phổ biến. Mạch sử dụng thêm các linh kiện phụ trợ khác như điện trở hạn dòng và tụ lọc nguồn sẽ cung cấp điện áp ngõ ra có sự ổn định cao. Loại IC có vỏ nhôm tản nhiệt có thể cung cấp một dòng tối đa 1A đủ để cung cấp nguồn cho các linh kiên trong mạch hoạt động tốt. Đồng thời trong IC còn tích hợp các mạch bảo vệ quá nhiệt và quá dòng bên trong, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với sự an toàn cho các linh kiện trong mạch. Để cung cấp nguồn cho cấp nguồn cho các IC trong mạch ta dùng : - IC7805 cung cấp nguồn 5V cho vi xử lý trung tâm, ISD1420, DTMF8880, khối giả mã - IC7912 cung cấp nguồn -12V cho TL082. - IC7812 cung cấp nguồn 12V cho Relay 12V trong mạch khối Relay, TL082. 6.11. Khối phát thông báo: a.Sơ đồ nguyên lý: Hình 6 – 11: Mạch phát thông báo b.nguyên lý hoạt động: Mạch phát tiếng nói dùng IC ISD1420 là IC chuyên dùng cho việc ghi và phát tiếng nói và được kết nối trực tiếp với vi điều khiển thông qua chân port của vi điều khiển các điện trở và tụ điện được mắc bên ngoài theo đề nghị của nhà sản xuất. Ngõ ra âm thanh được phát lên line nhờ một relay đóng ngắt khi âm thanh được phát ra .Tiếng nói được sử dụng cho muc đích của thiết kế này đã được nạp sẵn bên trong IC .Để phát ra một đoạn âm thanh ta cần cung cấp địa chỉ đầu vùng nhớ lưu trữ đoạn âm thanh này vùng nhớ này ta đã định sẵn là (00H) tiếp theo tạo một sự thay đổi từ mức cao xuống mức thấp ở chân PLAYE ,dấu hiệu kết thúc của đoạn âm thanh này được thể hiện ở chân RECLED.Vi điều khiển sẽ nhận dấu hiệu này cho sự kết thúc của đoạn âm thanh cần phát. CHƯƠNG VII LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH GIẢI THÍCH: Đầu tiên, ta đặt bit P2.0 lên mức 5v. Khi có trộm, chân P2.0 nối với mạch cảm biến hồng ngoại sẽ xuống mức 0. lúc này vi xử lý sẽ điều khiển đóng rơle thông thoại với đường line thoịa. Đồng thời sẽ điều khiển MT8880 phát ra số đien thoại., mặt định ở đây là 103. Sau khi phát xong , mạch trong trạng thái chờ tín hiệu đảo cực từ tổng đài khi thuê bao bị gọi nhấc máy. Tín hiệu nhận biết tín hiệu đảo cực là chân P2.1 sẽ lên mức cao. Vi xử lý sẽ gọi chương trình phát tiếng nói từ IC thu phát ISD 1420. Khi phát xong thông báomạch tự đông reset về trạng thái ban đầu. CHƯƠNG TRÌNH CON CỤ THỂ: $MOD51 ORG 00H MAIN: SETB P2.0 JB P2.0,$ WAIT: LCALL INIT LCALL SET_UP MOV A,#1 LCALL Transmit_DTMF LCALL DELAY100MS MOV A,#0ah LCALL Transmit_DTMF LCALL DELAY100MS MOV A,#3 LCALL Transmit_DTMF LCALL DELAY100MS JNB P2.1,$ SETB P2.3 ; kích de phat thong bao ljmp main ;*********************** INIT: MOV P1,#11111111B ; mac dinh cho P1.7=1 , luc dau CS=1 MOV P1,#10111111B ; tich cuc, CS=0 , doc thanh ghi trang thai ; ta da thuc hien xong buoc 1 MOV P1,#11100000B ; chuan bi xuat du lieu ra thanh ghi dk MOV P1,#10100000B ; tich cuc chip , CS=0 ; ta da thuc hien xong buoc 2 MOV P1,#11100000B MOV P1,#10100000B ; ta da thuc hien xong buoc 3 MOV P1,#11101000B MOV P1,#10101000B ; ta da thuc hien xong buoc 4 MOV P1,#11100000B MOV P1,#10100000B ; ta da thuc hien xong buoc 5 MOV P1,#11111111B MOV P1,#10111111B ; ta da thuc hien xong buoc 6 RET ;************************** SET_UP: MOV P1,#11101101B MOV P1,#10101101B ; b1) xuat 1101 ra thanh ghi dk CRA MOV P1,#11100000B MOV P1,#10100000B ; b2) xuat 0000 ra thanh ghi dk CRB ; Cac lenh tren dinh che do cho MT8880 RET ;*************************** Transmit_DTMF: MOV P1,#11111111B ; chuan bi doc thanh ghi trang thai LOOP1: CLR P1.6 ; doc thanh ghi trang thai MOV C,P1.1 ; luu bit 1 cua thanh ghi trang thai vao C SETB P1.6 ; ngung doc thanh ghi trang thai JNC LOOP1 ; cho bit1 cua thanh ghi status set len 1 ; neu qua khoi loop1 , MT8880 san sang ; phat digit ke tiep ANL A,#00001111B ; giu nybble thap ORL A,#11000000B ; nybble cao la cac chan dk , nyble thap la ; digit can phat di MOV P1,A ; chuan bi ghi digit ra thanh ghi data phat CLR P1.6 ; tich cuc CS SETB P1.6 ; ngung chon chip MT8880 RET ;******************************* DELAY100MS: PUSH 00H MOV TMOD,#00010000B MOV R0,#10 AAA: MOV TH1,#HIGH(-10000) MOV TL1,#LOW(-10000) SETB TR1 JNB TF1,$ CLR TF1 CLR TR1 DJNZ R0,AAA POP 00H RET ;********************** END TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế và thi công mạch báo động trong nhà qua đường dây điện thoại.doc