II CHỨC NĂNG CÁC KHỐI Khối CPU: Là não hệ thống máy tính, quản lý tất hoạt động hệ thống thi hành hoạt động đếm tính cùc điện thoại liệu Nó tập hợp mạch logic thực hoạt động đem lệnh thực thi lệnh Khối EPROM : Đây khối lưu trữ chương trình hoạt động khối CPU, nội dung không bị mất điện Chương trình phần mềm nạp Khối RAM nhớ ngoài: Lưu trữ tạm thời thông số gọi, khả thay đổi chương trình người sử dụng lập Ram đọc ghi có tín hiệu điều khiển ghi đọc từ CPU Khối Chốt Địa Chỉ: Lưu trữ địa CPU đưa vào chuyển địa đến khối RAM nhớ EPROM Khối Giải Mã Địa Chỉ: Khi có tín hiệu xung clock tác động ngõ vào xung clock Khi có tín hiệu từ CPU gởi ngõ tác động cho hệ thống led đoạn hoạt động Khối Thu DTMF: Đây IC 8870 dùng để giải mã tone, giải mã số từ bàn phím điện thoại đưa liệu cổng xuất nhập liệu qua bus liệu Khối Khuếch Đại Công Suất: Bao gồm transistor dẫn bảo hòa khuếch đại công suất cho hệ thống led đoạn, transistor kích từ khối giải mã địa từ port vi điều khiển Khối Xung CK: Tạo xung clock có tần số cố định để khối máy hoạt động đồng với Khối Đảo Cực: Nhận biết xử lý có tín hiệu từ tổng đài gửi đến cho thuê bao bên nhấc máy thông thoại tính tiền Nếu thuê bao không đăng ký đảo cực thuê bao bắt đầu quay số mạch nhận biết tín hiệu đảo cực bắt đầu tính tiền 10 Khối Hiển Thị: Hiển thị thông số giá thành, thời gian số gọi tình trạng máy thời điểm 11 Khối Nguồn: Tạo nguồn điện áp thỏa mãn yêu cầu điện áp cung cấp cho tất linh kiện mạch III GIẢI THÍCH SƠ LƯC VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH: - Khi hệ thống cung cấp nguồn, nguồn điện áp đến tất vi mạch máy CPU cấp nguồn bắt đầu hoạt động địa 0000H - Khi có yêu cầu thực gọi tức máy chế độ nhấc tổ hợp (off hook) CPU sẵn sàng tiếp nhân số gọi - Khi người gọi thực bấm số gọi, CPU lưu trữ tạm thời số gọi vào Ram đồng thời đưa mạch hiển thị để hiển thị số vừa gọi - Sau chấm dứt gọi, máy hiển thị giá tiền số gọi CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THEO TỪNG KHỐI I KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU): Trong máy tính cước, khối CPU trái tim máy, tiếp nhận xử lý tất thông tin hoạt động máy Vì việc chọn CPU có độ bền cao, khả làm việc ổn định, thông số linh liện kèm theo không khắc khe phức tạp yêu cầu quan trọng việc thiết kế Ở máy tính cước, chương trình thực hoạt động tương đối không phức tạp nên ta chọn vi xử lý bit Trên thị trường có vi xử lý thường gặp: - Vi xử lý hãng Intel: 8085, 8086, 8031, 8051 - Vi xử lý hãng Zilog: Z80 - Vi xử lý hãng Motorola: 6802 Tất vi xử lý họ vi xử lý chúng có chương trình phần mềm lập trình ứng dụng linh hoạt, bên cạnh tài liệu kỹ thuật chúng thị trường đầy đủ Căn vào yêu cầu kỹ thuật tính kinh tế máy tính cước ta chọn vi xử lý dựa độ phức tạp phần cứng hay chọn vi xử lý cho số lượng thiết bị ngoại vi Đặc điểm bật 8031 mạch dao động tích hợp sẵn bên trong, cần gắn thạch anh cho phù hợp vi xử lý làm việc ổn định Trong Z80 mạch dao động không tích hợp sẵn bên trong, việc gắn mạch dao động bên có tần số cao vi xử lý làm việc làm cho mạch thêm phức tạp tần số làm việc không ổn định Trong chương trình viết ngôn ngữ cấp thấp (Assembly), lệnh chuyển dời liệu chiếm vị trí quan trọng phép toán số học logic thực ghi Vi điều khiển có số lượng ghi đáng kể có Ram nội địa hóa bit, điểm mạnh họ vi điều khiển mà nhờ người lập trình can thiệp vào bit port xuất nhập lệnh nhất, điều khó vi xử lý khác phải thực nhiều lệnh Do chương trình viết ngắn đơn giản Hơn 8031 có hai Timers/Counters dùng đồng hồ để đo chu kỳ thời gian hoạt động đếm Vì vậy, 8031 chọn làm CPU máy Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển hoạt động máy tính cước, việc điều khiển bao gồm hoạt động sau: - Nhận biết trạng thái nhấc máy, gác máy thuê bao Khi thuê bao nhấc máy, khối điều khiển nhận biết trạng thái thuê bao hiển thị đồng hồ sẳn sàng nhận tín hiệu xung từ bàn phím - Nhận biết xung quay số giải mã xung quay số (nếu thuê bao sử dụng dạng pulse) nhận bit liệu giải mã từ khối giải mã tone để biết số mà thuê bao muốn gọi Sau CPU kiểm tra xem số gọi quốc tế, liên tỉnh hay nội hạt, CPU điều khiển cho giá tiền cụ thể cho nước, tỉnh, nội hạt với thời gian tương ứng khác viết chương trình - Nhận biết gọi từ vào - Nhận biết tín hiệu đảo cực từ tổng đài hay tín hiệu không đảo cực để xử lý  Nếu có đảo cực cho đếm tiền thông thoại  Nếu tín hiệu đảo cực CPU cho đếm tiền vừa nhận tín hiệu khối giải mã xung từ bàn phím II KHỐI TẠO XUNG CK: Trong máy tính cước, tất hoạt động mạch có liên quan đến xung clock cung cấp cho CPU Vì Timers/Counters dựa vào tần số xung clock mà thực công việc lập trình sẵn người lập trình dựa vào tần số xung để viết chương trình trì hoãn máy Do xung clock đóng vai trò quan trọng nên mạch tạo xung phải đảm bảo yêu cầu phải có độ ổn định cao, sai số tần số xung phải nhỏ đồng thời tần số xung phải phù hợp với tần số tất linh kiện máy Vi điều khiển 8031 có dao động nằm bên vi mạch, độ ổn định tần số mạch coi thỏa Mặc khác độ ổn định mạch phụ thuộc vào thạch anh hay mạch dao động RC bên Do ta chọn thạch anh dao động với tần số chuẩn làm cho mạch đơn giản Ngoài điều kiện lý tưởng tần số làm việc CPU phải hoàn toàn tương thích với tốc độ truy xuất liệu nhớ Ở vi điều khiển 8031 tần số làm việc tối đa lên đến 16 MHz, tốc độ truy xuất liệu trung bình nhớ khoảng (120 - 300)ns tương ứng với (3,3 – 3,8)MHz Dựa vào yếu tố thêm vào phổ biến thị trường, giá phù hợp, ta chọn thạch anh có tần số làm việc 7,373 MHz Các tụ C1 , C2 dùng để ổn định tần số dao động thạch anh C1 18 X1 8031 C2 19 X2 III KHOÁI RAM – ROM 8031 có khả mở rộng nhớ lên đến 64K nhớ chương trình 64K nhớ liệu Do dùng thêm RAM ROM ROM : Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) nhớ thiết kế để lưu trữ liệu cố định Trong lúc hoạt động bình thường, liệu ghi vào ROM mà liệu đọc từ ROM Khi ROM lập trình ngừng cấp nguồn liệu bên ROM không bị ROM có ba bus: bus liệu, bus địa bus điều khiển Với nhớ bus địa có đường, bus liệu có đường tức từ liệu có độ dài bit Như dung lượng nhớ 16 bytes Các loại nhớ ROM: - Programable ROM (PROM): lập trình lần, nạp lại bit nhớ tương tự cầu chì đức nối lại - Erasable Programable ROM (EPROM): lập trình lại được, xóa lập trình lại nhiều lần Để xóa liệu EPROM cần phải chiếu tia cực tím trực tiếp vào EPROM Để lập trình cho EPROM phải dùng mạch nạp EPROM Từ đặc điểm nhớ EPROM phù hợp với máy tính cước Có thể xóa lập trình lại nhiều lần để cập nhật lại giá cước điện thoại Vì nhớ chương trình lớn nên EPROM chọn vi mạch 2764 có dung lượng nhớ Kbytes Sơ đồ chân kết nối nhö sau: +5V PGM Vpp Vcc D OUTPUT DATA ADDRESS OE D A CE EPROM A12 2764 GND PSEN Sơ đồ kết nối EPROM RAM Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) nhớ truy xuất ngẫu nhiên có nghóa ô nhớ dễ dàng truy xuất nhớ Bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ tạm thời chương trình liệu, nội dung ô nhớ RAM thay đổi liên tục vi xử lý thực chương trình Một nhược điểm lớn RAM liệu chứa RAM bị RAM bị nguồn cung cấp điều cải thiện nhờ dùng nguồn pin dự phòng để nuôi RAM Có hai loại nhớ RAM : - RAM tónh (Static RAM): tồn liệu SRAM dạng tắt hay bão hòa transistor nên ổn định liệu theo thời gian bền - RAM động (Dynamic RAM): liệu tồn trữ DRAM dạng điện tích điện dung ký sinh nên dễ bị thất thoát tượng rò rỉ, dùng DRAM mạch giải mã thường mà người ta phải có mạch làm tươi, làm phức tạp thêm cho mạch Từ đặc điểm trên, nhớ SRAM phù hợp với máy tính cước Vì máy nhớ tới 255 đàm thoại bao gồm số tiền, số gọi,… nên SRAM chọn 6264 có dung lượng nhớ Kbytes Các vi mạch EPROM 2764 SRAM 6264 giới thiệu phần PHỤ LỤC Sơ đồ kết nối chân RAM 6264 nhö sau: +5V CE2 Vcc D0 D ADDRESS RD D7 A0 OUTPUT DATA WR RAM CE1 A12 6264 GND Sơ đồ kết nối Ram Kết Nối Bộ Nhớ EPROM Và RAM Vào CPU : Bộ nhớ EPROM RAM kết nối với CPU thông qua bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển Như khảo sát trên, CPU 8031 có nhớ chương trình liệu lên đến 64 Kbytes phạm vi máy tính chương trình làm việc tương đối lớn nên ta chọn hai IC nhớ SRAM EPROM có tổng dung lượng nhớ 16 Kbytes a Bus địa (Address Bus): Là bus chiều chuyển tải thông tin từ CPU 8031 đến IC nhớ Do 8031 điều khiển nhớ mở rộng lên đến 64 Kbytes tức có tới 16 đường địa A0 ….A15 mà IC nhớ có 16 Kbytes Vì ta sử dụng 13 bit thấp địa CPU từ A0 … A12 để kết nối song song với 13 đường địa SRAM EPROM Các bit địa lại dùng cho việc điều khiển b Bus liệu (Data Bus): Là bus liệu hai chiều có chức chuyển liệu qua lại CPU IC nhớ Do đường liệu CPU 8031 nối song song với đường liệu SRAM EPROM c Bus điều khiển (Control Bus): Bus điều khiển bus quan trọng mạch định xem SRAM hay EPROM đọc liệu SRAM ghi liệu Do chân RD\ CPU nối đến chân OE\ SRAM WD\ CPU nối đến chân WE\ SRAM Chân PSEN\ CPU nối đến OE\ EPROM phép CPU gọi chương trình lưu trữ sẵn chứa EPROM Mỗi SRAM EPROM có dung lượng nhớ Kbytes nên việc qui định nội dung địa ô nhớ sau: - Đối với EPROM CPU có đặc điểm máy cấp nguồn bắt đầu hoạt động địa 0000H nên địa EPROM 0000H kết thúc địa 1FFFH - Đối với SRAM, địa bắt đầu 8000H kết thúc 9FFFH Sở dó ta chọn địa theo thiết kế phần cứng chân địa cuối CPU (A15) dùng làm chân điều khiển nối đến chân CS\ SRAM IV KHỐI CHỐT ĐỊA CHỈ: Trong máy tính cước này, CPU dùng vi điều khiển 8031 có đặc điểm bit thấp địa đa hợp với bit liệu Vi mạch dùng để chốt địa vi mạch chốt 74573 Vi mạch 74573 dùng để chốt địa CPU xuất ra: - ngõ vào 74573 kết nối với ngõ AD0 … AD7 (Port 0) CPU 8031 - ngõ 74573 kết nối với đường địa SRAM EPROM Vi mạch 74573 có Flip-Flop D cổng đệm điều khiển Tín hiệu điều khiển chốt địa CPU đưa chân ALE (Address Latch Enable) nối vào chân C (Chip) 74573 Ở nửa chu kỳ đầu chương trình làm việc, Flip-Flop D 74573 chốt địa CPU đưa tới, chân C mức Ở chu kỳ lại, C mức liệu xuất Q liệu ngõ vào trước đó, lúc đường port rãnh rỗi để nhận xuất liệu đến SRAM EPROM V KHỐI NHẬN ÂM HIỆU – GIẢI MÃ BÀN PHÍM (ĐẢO CỰC – DTMF THU): * Khi thuê bao không đặt chế độ đảo cực: - Lúc không đảo cực có nghóa công tắc chân nối lại với nhau, chân TXD RXD truyền trực tiếp với - Để bắt đầu gọi thuê bao bắt đầu nhấc máy, điều báo hiệu cho tổng đài biết thuê bao muốn thiết lập gọi, đồng thời ngõ P3.3 tức chân INT1 8031 xuất mức logic làm qua điện trở R6 để phân cực cho transistor Q1 hoạt động kéo theo tiếp điểm rơlay đóng lại - Khi tổng đài nhận biết có thuê bao muốn thiết lập gọi, tổng đài gửi tín hiệu mời quay số Tín hiệu qua chân chân head để sau tiếp tục vào mạch - Một hai cặp tone theo chân làm cho diode IS01 cháy để tác động làm 4N35 dẫn, điều kéo theo chân TXD RXD bị dẫn xuống mass Lúc chương trình phần mềm hiểu RXD TXD mức logic máy cài đặt chế độ không đảo cực Tín hiệu sau qua ISO1, lại tiếp tục chân head7 - Một tín hiệu lại qua chân head7, qua tiếp điểm rơlay, qua điện trở R8, qua tụ điện C7, qua điện trở R9, vào chân đảo cực –IN vi mạch MT8870 Tín hiệu sau vào thu DTMF hoạt động chế độ tone Sau tín hiệu quay trở theo đường chân GS qua điện trở R10 chạy ngược chân head7 - Hai tín hiệu từ chân chân tiếp tục vào máy thuê bao máy thuê bao nghe tín hiệu mời quay số tổng đài Sau thuê bao quay số cần gọi - Khi thuê bao nhấn số xong, có cặp tín hiệu tone vào hai chân chân 7, tương tự tín hiệu từ tổng đài tới, hai tone theo chân làm cho diode ISO2 cháy để tác động làm 4N35 dẫn Điều kéo theo chânTXD RXD bị dẫn xuống mass Lúc chương trình phần mềm hiểu TXD RXD mức logic máy cài đặt chế độ không đảo cực Tín hiệu sau qua ISO2 lại tiếp tục chân head7 - Một tín hiệu lại qua chân head7, qua tiếp điểm rơlay, qua điện trở R8, qua tụ điện C7, qua điện trở R9, vào chân đảo cực –IN vi mạch MT8870 Tín hiệu sau vào thu DTMF hoạt động chế độ tone Nó có tác dụng giải mã phím bấm của điện thoại thành bit liệu để vi xử lý nhận biết xử lý Sau tín hiệu quay trở theo đường chân GS qua điện trở R10 chạy ngược chân head7 - Hai tín hiệu từ chân chân tiếp tục tổng đài tổng đài hiểu có máy thuê bao muốn yêu cầu chuyển mạch tới máy thuê bao khác sau có thông báo ví dụ tín hiệu hồi âm chuông tới thuê bao tín hiệu báo bận từ thuê bao cần liên lạc - Khi bên thuê bao nhấc máy, tín hiệu thông qua chuyển mạch tự động tổng đài vào chân chân tương tự trên, lúc RXD TXD mức logic 0, chân STD MT8870 đưa tín hiệu vào INT0 chương trình phần mềm điều khiển xử lý sau 10s chân cho phép đọc RD\ vi điều khiển 8031 qua cổng logic tác động vào chân TOE MT8870 phép bit liệu xuất qua Q1…Q4 vào CPU để xử lý tính tiền * Khi máy cài chế độ đảo cực: - Điều kiện để máy tính cước hoạt động chế độ thuê bao phải đăng ký đảo cực tổng đài - Khi máy cài chế độ đảo cực, chân chân để hở, chân RXD TXD không nối với - Để tính tiền gọi, thuê bao bắt đầu nhấc máy, tương tự gọi không đảo cực tổng đài yêu cầu phục vụ phát tín hiệu mời quay số vào chân chân 7, tín hiệu vào chân làm cho ISO1 hoạt động kích transistor dẫn kéo theo chân RXD dẫn xuống mass tức mức logic TXD nối Vcc mức logic - Tín hiệu qua ISO1 máy điện thoại theo chân head7, tín hiệu từ chân khối giải mã bàn phím sau máy điện thọai để báo hiệu mời gọi - Thuê bao bắt đầu quay số, tín hiệu vào mạch làm cho ISO1 chạy, tức chân RXD mức logic TXD mức logic Chương trình phần mềm nhận biết xử lý với mức logic hai chân cho phép mạch hoạt động chế độn đảo cực - Sau tổng đài nhận biết thuê bao thực đăng ký đảo cực tổng đài tổng đài bắt đầu tính cước sau máy thuê bao bên nhấc máy Sau thuê bao bên nhấc máy, việc tổng đài làm nhiệm vụ chuyển mạch thông thoại mà đưa tín hiệu đảo cực đưa máy thuê bao Tín hiệu đảo cực đưa vào chân đảo –IN MT8870 Lập tức có tín hiệu ngỏ chạy INT0 vi điều khiển 8031 chương trình phần mềm điều khiển ngỏ cho phép đọc RD\ tác động vào chân TOE MT8870 cho phép xuất liệu vào CPU xử lý tính tiền hiển thị qua led Tín hiệu sau vào MT8870 để xử lý quay để nối thông thoại với máy thuê bao Khi gọi kết thúc máy hiển thị toàn thời gian số tiền kể từ thuê bao bên bắt đầu nhấc máy * Tính R5 Khi dòng thuê bao nhấc máy, dòng thông thoại cấp cho thuê bao từ (20 –100 )mA Cho dòng tổng đài cấp cho thông thoại nhỏ 20mA Chọn opto 4N35, chọn dòng qua led 4mA, điện áp sụt led opto V = 2V  Dòng qua R5 là: I5 = 20 – = 16mA R5  Vopto I5   1,125K 16 Chọn R5 = 220 * Giải mã DTMF: IC MT8870 giải mã sóng DTMF số BCD bit đưa tới CPU, đồng thời tão tín hiệu ngắt chân 15 (STD) đưa tới chân INT0\ CPU tạo ngắt nhận tín hiệu Tone vào Chân chân MT8870 nối tới thạch anh 3,579 MHz, tần số thạch anh đem so sánh với tần số DTMF để tạo số BCD bit Khi chân 10 mức thấp, MT8870sẽ tạo xung báo cho CPU biết qua chân INT0\ để tạo ngắt, CPU phải chuyển sang chế độ Tone Lúc đó, vi mạch MT8870 nhập số dạng tín hiệu mã sóng DTMF đồn thời ngõ Q1…Q4 mức tổng trở cao Khi RD\ CPU mức thấp A15 CPU mức cao chân 10 (TOE) mức cao, MT8870 xuất liệu Sơ đồ kết nối MT8870: VCC 100K 100K 104 150K 3.57MHz 18 330K 17 104 16 INTO 8870 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 Q4 11 10 A15 CPU RD VI KHỐI GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ – HIỂN THỊ - Yêu cầu mạch phải có ngõ để giải mã led đoạn dựa vào bit liệu đưa từ mạch giải mã bàn phím phía trước - Khi có tín hiệu bit liệu ghi nhớ CPU từ ngõ mạch giải mã bàn phím, chương trình phần mềm xử lý cho địa led phép địa led hoạt động thông qua port T1 tức P3.5, liệu đưa vào hai chân A B 74164 nhằm xuất địa led đoạn - Muốn mạch hoạt động tốt chân CLEAR phải vị trí tích cực +Vcc - Tín hiệu xung clock vào để đếm nhịp xung cho việc giải mã led đoạn Để có xung clock chân WR\ vi điều khiển 8031tức P3.7 phải mức logic chân 28 8031 địa 8000H tức mức logic Vì chọn RAM không tích cực hai tín hiệu phải qua hai cổng NOR vi mạch 7402, tín hiệu cuối mức logic - Khi có xung clock tác động vào chân CK vi mạch 74164, kết hợp với liệu P3.5 vi điều khiển 8031 để xuất ngõ Q1 đến QH Mỗi ngõ nối với Katod chung led đoạn - Vì led đoạn có công suất lớn ta phải khuếch đại công suất tín hiệu ngõ từ Q1 đến QH trước đưa vào Katod led đoạn Ở ta sử dụng transistor B562 điện trở R = 3.3k để làm mạch khuếch đại - Đồng thời lúc P3.5 8031 xuất liệu 74164 port I/O từ P1.0 đến P1.7 vi điều khiển 8031 xuất liệu trực tiếp anod led đoạn Nó điều khiển đồng loạt anod led đoạn hoạt động Dựa vào chương trình phần mềm điều khiển, port I/O 8031 kết hợp với phần giải mã địa với vi mạch 74164, để tạo liệu sau hiển thị qua 10 led đoạn mà ta hiểu thông qua số hiển thị số giá cước gọi, số điện thoại gọi, gọi, số lần gọi … - Mạch hiển thị hoạt động dựa theo phương pháp quét Vi mạch 74164 có nhiệm vụ quét để led sáng lên theo chu kỳ xung clock - Khi CPU nạp số xuất port lúc led sáng transistor C945 kích dẫn ngõ L1 (QD) xuống thấp ngõ khác 74164 mức cao Độ rộng xung giải mã hiển thị thời gian sáng lên led hiển thị - Khi xung clock thứ 2, port CPU lại xuất số thứ hai led thứ hai sáng ngõ L2 (QB) 74164 xuống thấp, ngõ khác mức cao Quá trình tiếp tục xảy ra, led sáng tắt với tần số xung clock nên mắt thường ta không thấy chớp tắt mà coi led sáng tắt liên tục Tính toán điện trở, transistor: Độ sáng led đoạn phụ thuộc dòng điện chạy qua chúng Ở chế độ sáng bình thường, điện áp rơi cố định led thường (1.6 – 2.4)V Dòng điện chạy qua ... chương trình thực hoạt động tương đối không phức tạp nên ta chọn vi xử lý bit Trên thị trường có vi xử lý thường gặp: - Vi xử lý hãng Intel: 80 85, 80 86, 80 31, 80 51 - Vi xử lý hãng Zilog: Z80 -... logic 0, chân STD MT 887 0 đưa tín hiệu vào INT0 chương trình phần mềm điều khiển xử lý sau 10s chân cho phép đọc RD\ vi điều khiển 80 31 qua cổng logic tác động vào chân TOE MT 887 0 phép bit liệu... cực đưa vào chân đảo –IN MT 887 0 Lập tức có tín hiệu ngỏ chạy INT0 vi điều khiển 80 31 chương trình phần mềm điều khiển ngỏ cho phép đọc RD\ tác động vào chân TOE MT 887 0 cho phép xuất liệu vào