基于MT8880的ARM智能撥號器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

一、引言
對于擁有海量電話、日常辦公繁忙的工作人員來說，使用手機(jī)查找和存儲電話號碼雖然方便，但也存在著查詢不方便，工作效率低的缺點(diǎn)，且在某些山區(qū)等邊遠(yuǎn)地區(qū)，手機(jī)通話質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固定電話。針對這種情況，本文介紹了一種基于 DTMF技術(shù)的智能撥號器系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)可以方便地利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電話號碼的查找，更新和撥號。該系統(tǒng)與固定電話并聯(lián)在電話線上，對固定電話的正常使用沒有任何影響。此外，系統(tǒng)還具有通話質(zhì)量好，保密性高的特點(diǎn)。 二、系統(tǒng)的組成及原理
1. 系統(tǒng)電路如圖1所示，包括：帶USB接口的ARM處理器電路，振鈴檢測電路，模擬摘機(jī)電路和 DTMF收發(fā)電路；
 

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系統(tǒng)通過 USB接口與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)上有專門用戶界面供用戶實(shí)現(xiàn)撥號，查詢等操作。用戶使用計(jì)算機(jī)撥號時(shí)，計(jì)算機(jī)將被叫號碼和呼叫信息通過 USB口傳送到 ARM處理器，ARM處理器控制模擬摘機(jī)電路摘機(jī)，并啟動(dòng)雙音多頻收發(fā)電路進(jìn)行撥號連接。當(dāng)有電話呼入 時(shí)，振鈴檢測電路檢測振鈴有效后，計(jì)算機(jī)用戶界面上會提示用戶“有來電，請摘機(jī)”。
2. DTMF技術(shù)介紹  DTMF雙音多頻系統(tǒng)是有線電話通信中的撥號方式。它具有多功能、誤碼低、高可靠、速度快等優(yōu)點(diǎn)。雙音多頻信號（DTMF）是由一組低音頻信號和一組高音頻信號以一定方式的組合構(gòu)成，每組音頻信號各有 4個(gè)音頻信號，而每種組合有一個(gè)高音頻信號和一個(gè)低音頻信號，共 16種組合。
低音頻信號的標(biāo)準(zhǔn)值分別為：697 Hz、770 Hz、852 Hz、941Hz； 高音頻信號的標(biāo)準(zhǔn)值分別為：1209 Hz、1336 Hz、1477 Hz、1633 Hz。 上述標(biāo)準(zhǔn)頻率的選定不是任選的，而是設(shè)計(jì)時(shí)考慮了撥號音、忙音及交流電源的雜音，
這些雜音均不在上述 DTMF信號的范圍內(nèi)，同時(shí)為了避免標(biāo)準(zhǔn)頻率之間的諧波干擾出現(xiàn)，故所列最高標(biāo)準(zhǔn)頻率小于最低標(biāo)準(zhǔn)頻率的三次諧波頻率。 三、硬件電路的組成  智能撥號器的硬件電路由 ARM存儲器、振鈴檢測電路、模擬摘機(jī)電路和雙音多頻收發(fā)電路組成。ARM處理器是硬件電路的核心，它完成對其它電路控制和通信的功能，系統(tǒng)選用的是 ATMEL推出的基于 ARM的 32位閃存微控制器 AT91SAM7S64，它成本低，功耗小，具有豐富的外設(shè)資源，包括一個(gè) USB 2.0設(shè)備。模擬摘機(jī)電路用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)撥號前的模擬摘機(jī)功能，以便交換機(jī)判別出系統(tǒng)終端已經(jīng)摘機(jī)，從而向系統(tǒng)終端發(fā)送撥號音提示用戶可以撥號；振鈴檢測電路完成檢測振鈴是否有效的功能，如果振鈴有效，振鈴檢測電路會發(fā)送方波信號通知 ARM處理器；雙音多頻收發(fā)電路是實(shí)現(xiàn)撥號功能的主要電路。下面對各個(gè)電路的硬件組成進(jìn)行了詳細(xì)的說明。
1. 振鈴檢測電路
 

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由圖 2知，振鈴檢測電路完成檢測振鈴是否有效的功能。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來鈴流信號。振鈴信號為 25±3Hz的正弦波，電壓有效值90±15V。振鈴以 5秒為周期，即 1秒通，4秒斷。振鈴信號經(jīng)圓橋整流后經(jīng)光電隔離輸出脈沖信號。該脈沖信號輸入到74LS04中整形成方波信號，送入 ARM處理器 [1]。
2. 模擬摘機(jī)電路
 

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圖 3表示模擬摘機(jī)電路完成撥號前摘機(jī)和來電后自動(dòng)摘機(jī)的功能，由于電話線上傳來的信號的極性沒有確定，圓橋可以穩(wěn)定信號的極性，從正極輸出端輸出的永遠(yuǎn)是正極性，負(fù)極輸出端輸出的永遠(yuǎn)是負(fù)極性。模擬摘機(jī)電路工作與否由 ARM處理器傳送到光耦（TLP521-1）第二個(gè)管腳的高低電平?jīng)Q定，當(dāng) ARM處理器傳送過來的是低電平時(shí)，光耦合器開始工作，穩(wěn)壓二極管被反向擊穿而穩(wěn)壓在 5.1V，三極管（2N5401）因基極電平被拉低而導(dǎo)通，回路電流值突增，電話交換機(jī)檢測到該電流，將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?，模擬摘機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。若用戶沒有撥號，光電耦合器的 2端一直處于高電平，不工作，三極管沒有被導(dǎo)通，電路回路呈現(xiàn)高阻抗。音頻變壓器起到隔離高低電壓的作用，它右側(cè)電路的功能是使得輸出的信號控制在+/-15V以內(nèi)。
3.雙音多頻收發(fā)電路 考慮到硬件電路的可靠性，在參考了大量資料后，系統(tǒng)選用 MT8880芯片來完成雙音多
頻收發(fā)功能，MT8880芯片專業(yè)可靠，應(yīng)用廣泛，便于開發(fā)。 雙音多頻收發(fā)電路連接圖見圖4。

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放大器的輸出端可獲得峰值 1V左右的雙音頻信號。MT8880可以接收呼叫過程中的各種信號音，以及 16種雙音頻信號。接收信號音和 DTMF信號共用同一通道，并且 MT8880不能同時(shí)接收 DTMF信號和信號音，要分時(shí)復(fù)用。信號音與 DTMF信號經(jīng)耦合線圈，再經(jīng)電解電容 C1和電阻R1，將電話線上的信號輸入到 MT8880的輸入端IN-。MT8880接收與發(fā)送的 DTMF信號由模擬摘機(jī)電路耦合[2-5]。MT8880作為 DTMF接收器時(shí)，將電話線傳送來的信號經(jīng) MT8880轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由ARM處理器讀入 [6]。
利用雙音多頻（DTMF）技術(shù)可通過電話線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，其不足之處是速度太慢（約 80波特）。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，只需要通過軟件編程在系統(tǒng)（被呼叫用戶）接收到振鈴后控制模擬摘機(jī)電路工作，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，并設(shè)置芯片 MT8880工作在接收數(shù)據(jù)模式下。而呼叫用戶在呼叫后，MT8880立即進(jìn)入發(fā)送模式下，等待用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。四、軟件編程
本系統(tǒng)通過軟件編程實(shí)現(xiàn)與 MT8880的部分端口的通信。系統(tǒng)選用 IAR作為軟件開發(fā)環(huán)境，IAR的 Embedded Workbench 系列是一種增強(qiáng)型一體化嵌入式集成開發(fā)環(huán)境，其中完全集成了開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需要的文件編輯、項(xiàng)目管理、編譯、鏈接和調(diào)試工具。IAR公司獨(dú)具特色的 C-SPY調(diào)試器，不僅可以在系統(tǒng)開發(fā)初期進(jìn)行無目標(biāo)硬件的純軟件仿真，也可以結(jié)合 IAR公司推出的 J-Link硬件仿真器，實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線仿真調(diào)試 [3]。
在軟件編程時(shí)要注意 MT8880上電延時(shí) 100ms以上，初始化時(shí)要將寄存器清零后才能使用[2]。
1. DTMF接收和命令解釋程序 這段程序是系統(tǒng)模擬摘機(jī)后的程序，ARM處理器發(fā)送被叫號碼到 MT8880芯片，部分程
序如下，為了方便升級開發(fā)，均有詳細(xì)注釋：//設(shè)置MT8880 模式為雙音頻工作模式(發(fā)送數(shù)據(jù)) 即配置CRA=1101,CRB=0000
dBytesCRA[3] = 1;
dBytesCRA[2] = 1;
……
dBytesCRB[3] = 0;
……
MT8880_WriteCRACRB(dBytesCRA, dBytesCRB);//將1101，0000 分別寫入到CRA 和CRB
dLength = strlength(pSendNum); //保存要寫入到MT8880 的被叫號碼的長度
for(dL = 0; dL < dLength; dL++) { //連續(xù)發(fā)送dLength 個(gè)DTMF 信號
switch(*pSendNum++) { //判斷ARM 處理器傳來的字符型的電話號碼
case '1':{
dBytesSend[3] = 0; //D3D2D1D0=0001
dBytesSend[2] = 0;
……
break;}
case '2':{
dBytesSend[3] = 0; //D3D2D1D0=0010
……
break;}
……
default:
{

break;
}
}
MT8880_WriteDataReg(dBytesSend); //寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器
for(iTemp = 5000; iTemp; --iTemp) {
MT8880_ReadStateReg(dBytesSReg); //讀取狀態(tài)寄存器的值
if(dBytesSReg[1] == 1) //判斷狀態(tài)寄存器的第二位是否為1
break; //即發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器滿，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)
}

2.信號音處理程序
首先將芯片 MT8880設(shè)置為呼叫處理、中斷模式，信號音處理程序分為四大部分：一是撥號前檢測是否允許撥號 ，即檢測信號音是撥號音還是忙號音；二是撥號后檢測是否接通，即檢測信號音是回鈴音、忙號音還是占線音；三是撥號接通后檢測是否應(yīng)答，即檢測回鈴音是否消失；四是檢測各種信號音：撥號音、忙號音、回鈴音。
各種信號音的特點(diǎn)：撥號音在 5秒內(nèi)是連續(xù)音；忙號音在 5秒內(nèi) 0.35秒通，0.35秒斷；回鈴音在 5秒內(nèi)是 1秒通，4秒斷。
3.串行通信程序主要功能是接收上位機(jī)的命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。將另撰文詳說。

五、小結(jié)
首先對智能撥號器的硬件組成進(jìn)行了詳細(xì)的研究和說明，并對部分軟件代碼進(jìn)行了解釋。該系統(tǒng)已經(jīng)測試使用，它具有成本低、功耗小、便于攜帶、功能易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，在一定的應(yīng)用背景下有很好的使用前景。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：系統(tǒng)使用 ARM7作為微處理器，功耗低，設(shè)計(jì)簡化，且功能易于擴(kuò)展。采用 USB作為調(diào)制解調(diào)類外設(shè)與計(jì)算機(jī)的接口，實(shí)現(xiàn)枚舉設(shè)備等，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，且較串口接口更利于使用和攜帶。