1、常 州 工 學 院 學 報j ou rna l of c hangzhou ins titu te of techno logy第 22卷第 4期2009年 8 月v o l. 22 n o. 4a ug. 2009一種共線對講系統電路設計與開發實例張立臣(常州工學院電子信息與電氣工程學院 , 江蘇 常州 213002 )摘要 : 文章通過一種共線的對講系統的開發和設計 , 以及在實際應用過程中根據用戶的需求不斷地升級和提高 , 闡述了基礎電路的開發和應用的前景與意義 。關鍵詞 :脈沖編碼 ; 解碼 ; d tm f信號中圖分類號 : tn 79文獻標識碼 : a文章編號 : 1671 - 0

2、436 ( 2009 ) 04 - 0034 - 05d e s ign an d d eve lopm en t exam p le of a c er ta in c o ll in ea rc on ver sa t iona l sy stem c ircu itzhan g l i2chen( s choo l of e lec tron ic info rm a tion & e lec tric eng inee ring, c hangzhou ins titu te of techno logy, c hangzhou 213002 )a b stra c t: th

3、 is p ap e r illus tra tes the p o ten tia l m a rke t dem and and s ign if icance of the bas ic c ircu it is ana2lyzed based on the des ign and deve lopm en t of a ce rta in co llinea r tw o 2w ay rad io sys tem , and a lso w ith the up 2da tes due to the dem and in app lica tion.key word s: p u ls

4、e 2code; decode; d tm f s igna l有線對講系統在學生宿舍 、集體公寓 、病房管理等方面得到廣泛的應用 , 但早期產品多采用一 對一的多線制 , 安裝成本高 , 維護很不方便 , 而采用脈沖編碼的形式實現了共線傳輸 , 因此得到了 廣泛的應用 。1 共線對講系統的形式與設計共線制系統主機采用 m cs 51 單片機進行管 理 , 用四線制總線 , 其中包括直流電源線兩根 、音頻 線一根 (與電源共地 )和一根脈沖編碼線 。編碼采 用 2位 16 進制表示的脈沖形式 ( 0 255 個 ) 作為 選通信號 ,分機分別設有不同的脈沖解碼電路 , 當 主機發送一個分機碼后

5、 , 所有分機同時解碼 , 只有 被叫分機解碼正確 , 該分機接通通話電路 , 實現一 對一的通話 ,現以分機硬件電路設計的不斷改進來 加以說明 。有線對講系統框圖見圖 1。圖 1 有線對講系統框圖111 分機脈沖解碼電路的設計分機解碼電路采用 com s 4000 系列 12 位串 行計數器 4040, 該計數器對主機發的碼脈沖進行計數 , 計數結果通過 4069反相器根據不同的脈沖碼進 行 編 解 得 到 全 高 電 平 , 送 入 8 輸 入 與 門4068, 當解碼正確 4068輸出一個低電平通過繼電 器 j 使通話電路接通 , 否則輸出高電平 , 該分機不被選通 。分機平時不供電 ,

6、 只有主機發出選通碼收稿日期 : 2009 203 230作者簡介 : 張立臣 ( 1956 ) , 男 , 教授 。時控制電源輸出 , 既節省電能又實現分機的計數復位 。房間號碼與編碼的對應關系由單片機軟件 來實現 。分機具體解碼電路如圖 2。例如 : 單 片 機發 16進制碼“a 9 ”, 即 169 個脈沖 , 其具體解碼電路如圖 3。112 回碼功能的提出與設計產品上市后 , 得到了很好的應用并取得了較 好的經濟效益 , 隨著市場的擴大 , 醫院病房管理對 該產品提出了新的要求 , 希望分機具有向主機發回碼的功能 , 即分機可以向主機提出呼叫 , 主機通 過接收分機發回的編碼 , 應能

7、顯示分機號碼并進行通話 , 便于護理人員及時處理病員提出的要求 。設計時考慮分機應加一個發回碼的功能 , 并且是該分機的 16 進制碼 。在設計中采用一個鍵 控振蕩器 , 發出脈沖輸出到總線上 , 同時給本分機解碼電路計數 , 當脈沖個數正好為本分機的 16 進制碼時 , 解碼電路中的 8 輸入與門 4068 正好輸出 一個低電平 , 用此低電平控制鍵控振蕩器關閉輸 出脈沖 , 則總線上就輸出了本分機的 16 進制碼 ,通過主機單片機的解碼和軟件處理 , 使主機顯示 分級的房間號和床位號 , 達到回碼的功能 。具體 電路設計如圖 4所示 。圖 4中 r3和 c 3 組成電平 維持電路 , 在回

8、叫按鍵 s 1按下時能保持鍵控振蕩 器 ic 4a 腳 1 維持一定時間的高電平以確保回碼 信號完全發出 。 t2、t3 組成脈沖驅動電路 , 保證回碼脈沖信號在總線上的質量 。圖 2 脈沖解碼電路圖 316 進制“6a ”碼的解碼電路圖 4 具有回碼功能的解碼電路連接在施工 、維護仍有不便 , 而且由于線路分布等原因 , 脈沖波形畸變易引起誤碼現象 。若能采用兩 線傳輸并提高發碼的可靠性 , 將大大提高產品的市 場 。d tm f信號具有可靠的傳輸和極低的誤碼率 ,采 用 d tm f 信 號 編 碼 實 現 雙 線2傳輸上述設計實現了選通對講功能 ,但采用四線制常州工學院學報2009年36

9、并且可以同語音信號共線 ,可實現兩線傳輸 。2. 1 d tm f信號解碼電路的設計m t8870 是雙音 多頻 接 收芯 片 , 可 用 來 完 成d tm f 信 號 的接 收 、分離 和譯 碼 ; 能 輸出 由 相 應16種 d tm f 頻率組合的 4 位并行二進制碼 。利用 m t8870、編 碼 開 關 k2、k3、k4, 數 據 比 較 器4584和計數器 4017等元件設計一種 d tm f 信號 解碼電路 , 如圖 5所示 。圖 5 d tm f信號解碼電路編碼開關可設定本分機的號碼 , 由三組 8421碼設定 , k4設定首位號 , k3設定第二位 , k2 設定 尾號 ,

10、 三開關的一端分別接 4017 的 q 0、q 1、q 2; 另一端接編碼開關后經二極管 d 2 d 13 接下拉 電阻和 4585 比較器的預置端 b 0 b 3。解碼過程如下 : 掛 機 狀 態 線 路 電 壓 提 高 ( 24 v 左 右 ) , 經 r10、d 1、d 14、r2得到一個高電平給 4017 的 15 腳 使之復位 。當主機摘機發號時線路 電 壓小 于 18v ,所有分機的 4017均處于計數狀態 。復位后的計 數器 4017的 3腳 q 0 端為高電平 , 經編碼開關 k4 送入比較器 4584的 b 0b 3, 得到一組二進制預置 碼 ,當 m t8870將接收到第一

11、個 d tm f信號后將其轉換為二進制碼在數據端 d 0 d 3 輸出 8421 碼 , 該組二進制碼送入 4885比較器的 a 0a 3輸入端 與預置的碼相比較 , 若相等則 4585 的 3 腳輸出一 個高電平到 4017的 cl k 計數 , 使 4017 的 2 腳 q 1為高電平 ,而其他腳為低電平 , 將第二組預置碼經k3 接入 4584 的 b 0 b 3 端 , 與 m t8870 的數據端d 0d 3端的第 2位 d tm f 碼轉換的 8421碼進行 比較 ,若相同則 4584腳 3輸出一個高電平 , 使 4017 的 4腳 q 2端為高電平 , 將第三組預置碼經 k2 接

12、 入 4584 的 b 0 b 3 端 , 與 m t8870 的數據端 d 0 d 3端的第 3位 d tm f碼轉換的 8421碼進行比較 ,若相同則 4584腳 3 輸出一個高電平 , 使 4017 的 7 腳 q 3端為高電平 。至此 3 位十進制號碼解碼完 成 ,由 q 3端的高電平控制振鈴電路和通話電路完 成一對一的通話 ,如果 3位碼信號與編碼開關編碼不同 , 則得不到有效的計數 , 4017 的 q 3 端輸出低 電平 ,該分機不被選通 。212 增加 d tm f 信號的回碼功能 , 實現共線的小電話系統圖 6 采用 5087組成 d tm f信號發碼電路 , 解 碼電路采用

13、 m t8870, 4 p in 為 l cd 串行顯示器接 口 , 這兩個芯片應用很多 , 另外通話電路也是常用芯片及其應用電路 , 在此不加以說明 。需要說明 的是發碼采用雙號疊加的形式 , 即“本分 機號 + 被叫分機號 (或主機 ) ”, 這樣才可能將呼叫的分 機號碼提取出來并加以顯示 。此電路也可以組成共線的小電話系統 , 但由于是音頻信號傳輸 , 所以 線路上只能有一對用戶通話 。213 應用 m t8880 芯片完成 d tm f 信號的編 、解碼功能隨著電子技術的發展 , 集成電路的功能也越 來越多 , 但有些芯片在剛剛研制出時由于成本較圖 6 d tm f信號發 、解碼及通話

14、電路高 , 初期還不適合走向市場 。例如 : m t8880 芯片是 m itel 公司 生 產 的 一 種 低 功 耗 、高 集 成 度 的 d tm f 信 號 收 、發 一 體芯 片 , 可方 便 地與 微 機 接 口 。m t8880 芯片 的 應用 和介 紹目 前 已有 很多 , 電路應用也比較成熟 , 這里不再詳述 。為降低 成 本 該 設 計 采 用 a t2051 單 片 機 芯 片 , 由于 a t2051 口線資源的限制 , 這里設計了一 個串行口鍵盤 , 如圖 7 所示 。 j 1 為串行液晶數字 顯示器 l cd 接 口 。其 原 理 是 利 用 一 片 cc 4017

15、十進制計 數 /分 配器 , 輸 入端 ena 接 地 ; 復 位 端rs t 接單片機 p3. 2 口 ; cl k 接單片機 p3. 3 口 復位狀態時只有 q 0為高電平“1 ”狀態 , 其他輸出 均為“0 ”狀態 , 當 cl k 端有脈沖 輸入 時 , 輸出 端 依次變為高 電平“1 ”狀 態 , 而 q 0 端 變 為 低 電 平“0 ”狀態 。cc 4017 的每個輸出端串接 1 只二極管 , 二極 管的負極端接在鍵盤開關上 , 起隔離作用 , 防止同 時按下兩個鍵時發生短路現象 , 鍵盤開關的另一常州工學院學報2009年38端接在一起并加有下接電阻接到單片機線上 , 保證無鍵按

16、下時為“0 ”狀態 , 通過p3. 4 口p3. 3 口沖 , 此時 q 2 為高電平“1 ”, 而其他輸出位置為低點平“0 ”, 再檢測 p3. 4口線仍為低電平“0 ”, 因此 也不是 s 2 按下 ; 以此類推 , 當 p3. 3口線的步進脈 沖發 4 個時 , cc 4017的 q 4 端為高電平“1 ”時 , 而其他輸出位置均為低電平“0 ”, 可在 p3. 4 口線檢 測到高電平“1 ”, 可確定是 s 5 按下 , 從而實現鍵 盤的判定 。由于該電路是鍵盤通過單片機進行發碼的 ,所以發碼時可以將本分機的號碼與被叫號碼疊加 后同時發出 , 便于接收方 (可以 是主 機或 其他 分機

17、 )知道呼叫分機的號碼 , 進行有目標地通話 。線上輸 出 cl k 步 進 脈 沖 , 每 一 個 時 鐘 脈 沖 使cc 4017 輸出端高電平從 q 0 開始向前移動一位 ,同時讀取 p3. 4 口線狀態來確定鍵的位置 。當某 一鍵按下時 , p3. 3 口線的步進脈沖 cl k 步進到 該鍵位置時 , p3. 4口線可讀到高電平“1 ”, 說明該 鍵按下 , 其他輸出位置時讀入的都是低點平“0 ”。 例如 : 當 s 5 按下 , 對應圖 7 中 cc 4017 的 q 4 端 , 第一個脈沖從 p3. 3 發出后 , 此時只有 q 1 位高點 平 , 其他輸出端均為低電平“0 ”, 檢測 p3. 4 口線為低電平 , 因 此不 是s 1 按 下 ; p3.3 再 發 一 個 脈圖 7利用 m t8880芯片實現發 、解碼的電路3 結束語電子技術發展的很快 , 特別是嵌入式系統 , 可 編程邏輯器件 , 新型功能集成電路的研制一般也 是通過電子電路的設計與應用來實現的 , 通過上 述產品開發的過程 , 希望對電子電路的應用與設 計的人員有一定的啟發 , 使之設計出更多更好的