Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Thiết kế phần cứng mạch quản lý cuộc gọi đi, Hiển thị thông tin cuộc gọi trên màn hình LCD
Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiTÓM TẮT NỘI DUNGSử dụng vi điều khiển PIC 16F877A để thiết kế một mạch quản lý cuộc gọi đi. Việc thiết kế cần phải có kiến thức cơ sở về điện thoại và mã DTMF. Vì vậy trong chương 1 của luận văn em trình bày cơ sở lý thuyết về điện thoại và mã DTMF. Tiếp theo là vi điều khiển PIC 16F877A được em lựa chọn và lí do em lựa trọn được em trình bày ở chương 3, đặc điểm kỹ thuật được trình bày ở phần phụ lục. Phần thực nghiệm bao gồm các công việc: thiết kế mạch phần cứng của mạch quản lý cuộc gọi đi bằng phần mềm Altium Designer 6.7.9346, lập trình các khối cho bản mạch.Trong luận văn này tập trung vào các vấn đề sau: Thiết kế phần cứng của mạch quản lý số điện thoại gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi lên LCD- 1 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiBẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮTDTMF : dual-tone multiFequencyI2C : Inter-intergrated CircuitICSP : In-Circuit Serial ProgrammingMCLR : Master ClearPIC : Peripheral Interface Controller : Programmable Intelligent ComputerLCD : Liquid crytal DisplaySPI : Serial Pripheral Interface- 2 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiLỜI CẢM ƠNLời đầu tiên trong khoá luận em xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy cô, cán bộ trong khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn điện tử đã nhiệt tình chỉ dạy dỗ em trong suốt bốn năm học vừa qua.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Ngô Diên Tập đã hướng dẫn, quan tâm, chỉ bảo tận tình để em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ, giúp đỡ về mọi mặt trong quá trình em làm luận văn tốt nghiệp. Hà Nội: ngày 07 tháng 5 năm 2008Sinh viên thực hiệnVũ Tiến Chương- 3 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiLỜI NÓI ĐẦUNgày nay kĩ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong ngành kỹ thuật và cả trong các ứng dụng đời thường. Hầu hết các dây truyền tự động lớn và các sản phẩn dân dụng ta đều thấy sự suất hiện của vi điều khiển. Vi điểu khiển được nhà sản xuất tích hợp rất nhiều các nhiều tính năng với các bộ ngoại vi được tích hợp ngay trên vi điều khiển, cùng với khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp, tất cả được tích hợp trên một con chip nhỏ gọn, chính vì vậy sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thiết kế hơn rất nhiều. Về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, một đặc điểm nữa là tất cả các con PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ra PIC còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay sử dụng Basic thì có MirkoBasic… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asmbler. Cùng với sự phát triển của vi điều khiển là sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ điện thoại chính vì vậy nên việc quản lý các cuộc điện thoại trở nên cấp thiết. Từ yêu cầu trên và những kiến thức em đã được học trên trường em đã được chọn đề tài quản lý số điện thoại gọi đi với mục tiêu đặt ra: sử dụng PIC 16F887A và đồng hồ thời gian thực để xác định thời gian gọi, ghép nối với LCD để hiển thông tin về cuộc gọi .Giới hạn đề tài : việc thiết kế các ứng dụng của PIC với đường dây điện thoại rất phong phú và phức tạp, do vậy trong luận văn này em tập trung giải quyết các vấn đề chính: Thiết kế phần cứng mạch quản lý cuộc gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi trên màn hình LCD- 4 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiPHẦN 1: LÝ THUYẾTCHƯƠNG 1 Ý TƯỞNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 Ý tưởngNhiều khi em mở hoá đơn điện thoại ra và nghĩ rằng: “Mình không thể gọi nhiều như thế được”. Hầu hết các hoá đơn điện thoại ghi lại các cuộc gọi đường dài và đưa ra chi tiết các số đã gọi. Nhưng các cuộc gọi địa phương (như kiểu nội hạt) chỉ được cộng tổng lại vì vậy sẽ không thể biết được chi tiết về các cuộc gọi đi. Chính vì vậy mà em thiết kế mạnh điện này để lưu lại chi tiết cuộc gọi mà mình đã gọi đi (số điện thoại và thời gian gọi). Với mạch điện này thì tất cả những cuộc gọi đi được ghi lại và vì vậy em có thể biết đựơc chi phí cước gọi hàng tháng. Mạch điện ghi lại thời gian bắt đầu và kết thúc của tất cả các cuộc gọi đi cùng với các số đã gọi. Nó hoạt động một cách độc lập với PC. Dữ liệu cuộc gọi điện thoại là đầu ra trong một fomat mà có thể dễ dàng nhập vào Microsoft Excel. Các chức năng đa dạng của Excel sau đó có thể được dùng để phân tích và phân loại dữ liệu và tạo ra các bản in từ máy tính đã được định dạnh. Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM, do đó sẽ không mất dữ liệu trong các trường hợp bị mất điện. Mạch điện được cung cấp với bộ nhớ 256K.1.2 Cơ sở lý thuyết1.2.1 Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của điện thoạiMột chiếc máy điện thoại cơ bản là gồm ba phần chính sau: Phần chuyển đổi mạch điện: Phần này gồm hệ thống lá mạ tiếp điểm và có nhiệm vụ đóng mở mạch điện khi có yêu cầu. Phần thu và phát tín hiệu gọi: Phần này gồm hai phần chính là máy điện quay tay có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường chuyền và phần chuông máy có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi.- 5 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội Phần thu phát thoại: Gồm có loa và mic. Loa có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện và mic thì có nhiệm vụ ngược lại biến tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh. Hình 1.1: Sơ đồ khối của điện thoạiNguyên lý hoạt động:Khi ta thực hiện cuộc gọi dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của mic làm suất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền trên đường dây điện thoại và được chuyển mạch đến máy điện thoại được gọi, làm cho màng rung của loa dao động, lớp không khí trước màng sẽ dao động theo phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quá trình chuyền dẫn ngược lại cũng tương tự.1.3 phân loại các kiểu điện thoại- 6 -Nút gạt tổ hợpThiết bị gửi sốTriệu tiếng lickicBù trừ chiều dài đường dâyChuôngỐng nóiCuộn cảm ứngỐng ngheMạch cân bằng Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội1.3.1 Phân loại theo phương thức tiếp dây+Máy điện thoại nhân công: các loại máy liên lạc với nhau qua tổng đài nhân công gồm hai loại Máy điện thoại từ thạch: Nguồn cung cấp để đàm thoại và gọi chuông đều được trang bị tại từng máy lẻ, nguồn đàm thoại thường dùng pin, nguồn gọi chuông là máy phát điện magneto. Máy điện thoại công điện: Nguồn cung cấp để đàm thoại và để gọi chuông được đặt tại tổng đài, sử dụng nguồn một chiều 48V.+Máy điện thoại tự động Liên lạc với nhau qua tổng đài tự động bằng cách quay số hay bằng ấn phím. Nguồn cung cấp điện để đàm thoại là nguồn một chiều 48V hoặc 60V, nguồn để gọi chuông từ 90 – 100 V, tần số 16 – 25 Hz.1.4 Sơ lược về tín hiệu DTMF1.4.1 Định nghĩaDTMF(dual tone multi-frequency): là tín hiệu gồm có hai tần số xếp trồng lên nhau. Mỗi tần số được lựa chọn sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền đi trên đường dây điện thoại có băng thông khoảng chừng 3,5KHz. DTMF phát ra là 1 tín hiệu âm thanh ghép của 2 tín hiệu trong dải tần số từ 697Hz đến 1633HzPhiên bản của DTMF sử dụng cho tín hiệu điện thoại được biết đến như hãng Touch-Tone, và được tiêu chuẩn hoá bởi ITU-T là Q.23. Tín hiệu DTMF có thể được phát hoặc thu bằng một IC chuyên dụng (VD: MTD887X)Hệ thống DTMF đang phát triển và trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện nay. Hệ thống này được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi.1.4.2 KEYPADTrong DTMF mỗi chữ số chọn lựa có tín hiệu dưới dạng tổ hợp của hai tần số xoay chiều :- 7 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiHình 1.2: Dạng tín hiệu DTMFKhi một nút được bấm, hai tần số mô tả chữ số được phát ra và được gửi một cách đồng thời. Đặc biệt là hai âm thanh này không cùng âm, tức là tần số của âm thanh này không có cùng ước số chung với âm thanh kia, điều này để tránh sự nhầm lẫn vô tình với âm hiệu nói, sự phân tánh rõ ràng giữa hai loại này là rất cần thiết. Ví dụ như hai tần số 750 và 500 là hai tần số không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF vì có cùng ước số chung là 250, hai tần số này là hai thanh cùng âm.Keypad chuẩn là một ma trận chữ nhật gồm ba cột và bốn hàng (3x4) tạo nên tổng cộng là 12 phím nhấn: trong đó có 10 phím cho chữ số (từ 0 đến 9), hai phím đặc biệt là ‘*’ và ‘#’. Mỗi hàng trên bàn phím bấm được gán cho một tần số tín hiệu thấp, mỗi cột được gán cho tần số tín hiệu cao. Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phín đó đang đứng . Những tần số này đã được lựa chọn cẩn thận sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền đi trên đường dây điện thoại.Hình 1.3: Bàn phím chuẩn 12 nútNgày nay người ta còn cho thêm một vài phím để tạo nên bảng mã được nằm trong một ma trận (4x4) với mỗi hàng miêu tả bằng một tần số thấp và mỗi cột miêu tả bằng một tần số cao.- 8 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiHình 1.4: Bàn phín mở rộng 16 phím------------------------------------------------------------------------------------ 9 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà NộiPHẦN 2: THỰC NGHIỆMCHƯƠNG 2SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG2.1 Sơ đồ khối của mạchHình 2.1: Sơ đồ khối của mạch.2.2 Nguyên lý hoạt động2.2.1 Khối xử lý trung tâmKhối xử lý trung tâm điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch: nhận dữ liệu giải mã DTMF từ bộ giải mã DTMF, nhận tín hiệu thời gian từ khối đồng hồ thời gian thực, ghi dữ liệu (số điện thoại, ngày giờ gọi, thời gian gọi) vào EEPROM và hiển thị tất cả thông tin lên màn hình tinh thể lỏng.2.2.2 Khối thu và giải mã DTMF- 10 -PHONEMạch giao tiếp đường dâyKhối thu vàgiải mã DTMFKhối đồng hồ thời gianKhối hiển thịKhối ghép nối máy tínhEEPROMKhối cảm biến tín hiệu nhấc điện thoạiKhối xử lý trung tâm [...]... chi tiết về cuộc gọi đi: ngày, giờ gọi, thời gian gọi, số gọi đi Mạch có phần phát hiện cuộc gọi, tức là nếu người dùng nhấc máy thực hiện cuộc gọi thì mạch sẽ hiển thị số gọi đi và khi kết thúc cuộc gọi sẽ hiển thị thời gian đã thực hiện cuộc gọi Cuối tháng người dùng có thể lấy thông tin chi tiết từ tất cả các cuộc gọi đi trong tháng bằng cách kết nối mạch với máy tính từ cổng COM - 11 - Khoa ĐTVT -... có nguồn pin để nuôi trong trường hợp mất điện 2.2.4 Khối hiển thị Là màn hình tinh thể lỏng LCD (2 dòng, mỗi dòng 16 kí tự) để hiển thị thông tin cuộc gọi như: số điện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi 2.2.5 Khối EEPROM Khối này để lưu trữ toàn bộ thông tin về cuộc gọi (số điện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi) Khối này có dung lượng là 256kB 2.2.6 Khối ghép nối máy... clock SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver Sơ đồ nguyên lý kết nối trong mạch: Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý kết nối trong mạch điện 3.1.4 Khối hiển thị thông tin - 15 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội Sử dụng màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crytal Display) loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1 602 Màn hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giản thêm... trình Khối hiển thị thông tin em sử dụng LCD 1602 (2 dòng, 16 kí tự) Em đã thực hiện được việc hiển thị lên màn hình LCD, lập trình hiển thị lên LCD khá đơn giản vì đã có hàm con trong thư viện của CCS Màn hình LCD được chia làm hai dòng, dòng đầu tiên có địa chỉ bắt đầu là 0x80 và địa chỉ kết thúc là 0x8f, còn dòng thứ hai có địa chỉ bắt đầu là 0xc0 và địa chỉ kết thúc là 0xcf Em thiết kế và vẽ mạch in... dữ liệu cuộc gọi từ EEPROM 2.2.7 Khối nguồn nuôi Là khối cơ bản nhất nó cung cấp dòng nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch Nó tạo ra điện áp ổn định thoả mãn các chỉ số về điện áp và dòng 2.2.8 Hoạt động của mạch Mạch được ghép nối song song với đường dây điện thoại để đảm bảo cho thuê bao luôn hoạt động bình thường mạch có chức năng hiển thị các thông tin chi tiết về cuộc gọi đi: ngày, giờ gọi, thời... chế độ 4 bit) Có thể điều chỉnh độ tương phản qua biến trở R6 Có thể ghi lên LCD và đọc dữ liệu từ LC Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1 602 trong mạch điện: Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1 602 trong mạch điện - 16 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội LCD1 602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortB (RB0 đến RB7 Không sử dụng RB3) RB0 nối với chân E, RB1 nối... định cấp toàn mạch cho mạch Tụ C2 và C3 để lọc nhiễu, diode D3 có nhiệm vụ báo nguồn Sơ đồ nguyên lý như hình dưới: Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý nguồn nuôi của mạch - - 18 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội 3.2 THỰC NGHIỆM 3.2.1 Thiết kế mạch in Trong phần này em đã sử dụng công cụ phần mềm Altium Designer 6.7.9346 để thực hiện, nó là một phần mềm phát... - CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.1.1 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm là vi điều khiển PIC16F877A, là IC có 40 chân, với 5 cổng vào ra là Port A(RA0÷RA5), Port B(RB0÷RB7), Port C(RC0÷RC7), Port D(RD0÷RD7), Port E(RE0÷RE2) Nó có 8k Flash ROM và 368 Byte RAM Sơ đồ chi tiết là: Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A trong mạch - 12 - Khoa ĐTVT... nối AT24C256 trong mạch điện 3.1.6 Khối ghép nối máy tính theo chuẩn RS-232 Sơ đồ ghép nối: - 17 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối MAX232 trong mạch điện Mạch điện được ghép nối với máy tính thông qua vi mạch MAX232 qua hai chân 25 và 26 của PIC (RC6 và RC7) Qua ghép nối này ta có thể lấy dữ liệu về thông tin cuộc gọi từ EEPROM qua máy... trên mạch theo chuẩn ICSP Khi trình dịch CCS đã dịnh dữ liệu thành file *.hex, sau đó WinPic800 sẽ gửi - 21 - Khoa ĐTVT - Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội từ máy tính tới vi điều khiển, vi điều khiển sẽ nhận dữ liệu thông qua cổng truyền thông nối tiếp và ghi lên bộ nhớ chương trình Lưu đồ lập trình: Bắt đầu Đọc thời gian Hiển thị thời gian lên LCD STD= 1 Sai Lưu vào EEPROM Hiển thị . trung giải quyết các vấn đề chính: Thiết kế phần cứng mạch quản lý cuộc gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi trên màn hình LCD- 4 - Khoa ĐTVT - Trường Đại. bản mạch. Trong luận văn này tập trung vào các vấn đề sau: Thiết kế phần cứng của mạch quản lý số điện thoại gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi lên LCD-
