1、1單工無線呼叫系統單工無線呼叫系統陳容昌 李職明 藍彥江(廣西師范大學 物理與信息工程學院 創新基地 桂林 541004 )【摘要摘要】：本文主要介紹以AT89S51單片機為核心的一個具有單工語音和英文數據傳輸功能無線呼叫系統。該系統的主站主要由單片機與雙音頻（DTMF）信號編碼器以及鎖相頻率發射機組成；從站主要由由單片機與高保真調頻接收機以及雙音頻信號解碼器組成。主站與從站通過鎖相頻率發射機與高保真調頻接收機進行通訊。雙音頻（DTMF）信號編碼器與雙音頻信號解碼器能對調頻信號中的雙音頻（DTMF）信號進行調制與解調。雙音頻（DTMF）信號編碼器與雙音頻信號解碼器使得本系統具有數據傳輸能力。在

2、傳輸語音信號的同時也能傳輸一定的數據信息，對于小型的通訊系統具有一定的適用性。【關鍵詞關鍵詞】：單片機 雙音頻（DTMF） 鎖相環 數據傳輸 【Abstract】： This article describes a radio calling system with the functions of single direction voice and data transmission which is based on the AT89S51 single chip microcomputer. The systems master station mainly consists of t

3、he single chip, DTMF signal encoder and PLL frequency transmitter. The slave stations mainly consist of single chip, Hi-Fi FM receiver and DTMF signal decoder. The master and slave stations communicate with each other through the PLL frequency transmitter and Hi-Fi FM receiver . Both of them make th

4、e system capable of transmitting the data. The system is suitable for using in small communications systems due to the ability of its transmitting voice as well as the data in the same time.【Key Words】：Single chip microcomputer, DTMF PLL Data transmission 2一、方案比較與論證一、方案比較與論證1、編碼方案的選擇與論證、編碼方案的選擇與論證 方

5、案一：采用雙音頻（DTMF）信號發生器HT9200B將從單片機要發送的代碼轉換成雙音頻信號，該方案的優點是編碼方式簡單，可以選擇串行和并行兩種模式，編程者可以根據自己的編程思想進行選擇工作模式。方案二：采用雙音頻（DTMF）信號發生器HT9200A，該芯片只能是串行的工作模式。經過比較，選擇了方案一。2、發射方案的選擇與論證、發射方案的選擇與論證方案一：采用鎖相頻率合成器芯片MB1501和壓控振蕩器（VCO）MC1648構成鎖相環進行頻率合成后再進行發射。優點：頻率合成靈活，方便。 方案二：采用變容二極管和晶體管構成頻率在30MHZ40MHZ三點式振蕩器進行頻率發射。方案三：采用晶振和晶體管構

6、成的石英晶體振蕩器，把頻率調整在30MHZ40MHZ再進行發射。方案四：采用MC145152進行頻率合成，MC145152是采用外接撥碼開關的方法進行預置頻率。優點：不懂單片機的也能可以制作。缺點：頻率合成不夠靈活。經過比較和選擇，再加上要考慮系統的穩定性，最終選擇了方案一。3、接收方案的選擇與論證、接收方案的選擇與論證 方案一：采用窄帶接收芯片MC3363構成射頻窄帶接收機，接收來自主站的發射信號。方案二：采用調頻接收機接收，將調頻接收機的接收頻率范圍調整在30MHZ40MHZ之間，調節頻率即可接收到來自主站的信息。方案三：采用SONY公司的收音機專用芯片CXA1691作接收機，用該方案做接

7、收機，其接收頻帶寬，是高保真的接收機。考慮到從接收機下來的DTMF信號需要進行解碼，而解碼器MT8870對DTMF信號的電壓幅值有一定的要求，再比較這三個方案，最后決定采用方案三。4、譯碼方案的選擇與論證、譯碼方案的選擇與論證 方案一：采用多音頻接收芯片MT8870來完成DTMF信號的接收、分離和譯碼，輸出由相應16種DTMF頻率組合的4位并行二進制碼。解碼過程簡單、方便，且可靠性好。方案二：采用CD22204芯片對接收來的DTMF信號進行解碼，起抗干擾能力比較強，內部有前置放大。考慮到與HT9200B配合使用方便，我們選擇了方案一。35、鍵盤方案的選擇與論證、鍵盤方案的選擇與論證 方案一 ：

8、采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優點是可減少占用單片機的 I/O 口數目，使 CPU 有足夠的資源去處理其他的工作（多機通訊） 。 方案二 ：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根 I/O 接口線,每個I/O 口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的 I/O 口數目較多。 方案三：采用由 8255 驅動的 PC 機鍵盤。優點：占用單片機的 I/O 口少。缺點：鍵盤太大且驅動程序復雜，影響美觀。綜合考慮以上的方案及題目要求，由于系統需要用到的I/O端口比較多，所以采用了方案一。6、顯示方案的選擇與論證、顯示方案的選擇與論證方案一：采用傳

9、統的 8 位數碼管（LED）動態掃描顯示傳輸的數據信息。方案二：采用 16 位字符型液晶（LCD）顯示各種相關數據和信息，充分利用 4 行液晶顯示的大容量特性。 以上兩種方案中，方案一軟件驅動簡單，硬件電路調試方便，但顯示信息量少，功耗較大；而方案二采用的 16 位字符型液晶（LCD）顯示屬于低功耗器件，使得系統更具智能化、人性化。經過比較選用方案二。 二、系統硬件設計二、系統硬件設計1、 系統的總體方案系統的總體方案本系統主機硬件以 AT89S51 為主控制模塊，以雙音頻編碼器、鎖相調頻發射機、LCD 顯示器為受控模塊。從機也以 AT89S51 為主控模塊，以高保真接收機、雙音頻解碼器、LC

10、D 顯示器為受控模塊。主機通過鍵盤輸入要傳輸的數據，單片機對鍵盤進行掃描和識別，對所要傳輸的數據進行雙音頻編碼處理后，由鎖相調頻發射機將其發射出去；從機將接收到的地址信號與本機信號進行核對確認準確后，接收主機發送過來的信號，并將接收的信號進行雙音頻解碼，再單片機將控制 LCD 顯示模塊顯示主機傳輸過來的數據，否則將進行出錯顯示。本系統的硬件電路簡單可靠，能準確地實現題目要求的各種功能，采用雙音多頻編碼和解碼，使系統的語音和數據傳輸業務非常準確；且系統傳送和接收數據都無須設置糾錯位，使得系統的軟件設計也變得簡單可靠。系統的主站框圖如圖（1）示，系統從站的框圖如下圖（2）示。4AT89S51單單片

11、片機機鍵鍵盤盤LCD顯顯示示HT9200B雙雙音音頻頻編編碼碼鎖鎖相相調調頻頻發發射射機機音音頻頻信信號號天天線線圖圖 1CXA1691高高保保真真接接收收機機MT8870雙雙音音頻頻譯譯碼碼器器AT89S51單單片片機機LCD顯顯示示天天線線功功放放蜂蜂鳴鳴器器耳耳機機圖圖 22、 單元電路（功能模塊）的設計單元電路（功能模塊）的設計（1）HT9200雙音頻（DTMF）編碼模塊的電路設計5圖圖 3 3HT9200B 的 DTMF 信號編碼電路如圖（3）所示，是 HT9200B 的典型應用，只需要在 X1 和 X2 兩腳接上 3.579545MHZ 的晶體或陶瓷振蕩器即可。HT9200B 是一

12、種高品質的 DTMF 信號發生器，可產生高質量、高穩定、高精度的 DTMF 信號，低功耗、總諧波失真低，在單片機的控制下可從 DTMF 引腳發出 16 個雙音及 8 個單音。HT9200B 提供了可選擇的串行及并行模式以供用戶與各種應用設備連接。本設計中選用了并行模式。在并行模式下，HT9200B提供四位數據輸入D0-D3以產生相應的DTMF信號，S/P引腳接至高電平時選擇并行工作模式，之后輸入數據，最后將CE下拉為低電平以傳送DTMF信號。從CE下降至有DTMF信號輸出的間隔時間約6ms，其并行數據代碼與輸出音頻的對應關系如下圖（4）所示。6 圖（圖（4 4）（2）鎖相調頻發射模塊的電路設計

13、如圖 3.24 示，利用“吞除脈沖”式串行數字鎖相頻率合成器 MB1501 和壓控振蕩器 E1648，外接環路濾波器即可構成一個完調頻發射器。調節可變電感的值，使從壓控振蕩器的輸出頻率變化范圍包含 30 40 。由于從ZMHZMH機的接收部分的接收部分的接受頻率為 39.3 ，所以要用軟件控制發射頻ZMH率鎖定在 39.3 。ZMH7圖（圖（5 5）MB1501 系列為日本富士通公司的大規模集成數字鎖相頻率合成器，采用CMOS 工藝，是一種具有吞除脈沖功能的單片串行集成鎖相頻率合成器芯片。“ 吞除脈沖”式鎖相頻率合成器組成框圖如圖（6）所示。 圖（圖（6 6）由于 MB1501 芯片內設置了移

14、位寄存器，所以該芯片必須采用串行輸入方式實現分頻比的設置。為了使載波頻率的變化有較高的精度，若取參考頻率fr為5kHz，在外接 12 晶體使內部振蕩器頻率為 12MHz 的情況下，參考分頻比ZMH為 12 / 5kHZ =2400。因此僅需改變 MB1501 可編程分頻器的吞除脈沖計數ZMH8器分頻比A和可編程計數器分頻比即可控制鎖相環的輸出頻率，使其工PN0f作在相應的工作頻率上。當環路鎖定時，振蕩器的輸出頻率為：rfAPf)N(p0其中為參考頻率； ，A為分頻比系數；工作時，前置分頻器先按除“P xfPN+ 1”方式工作，當吞除計數器計到預置狀態后，轉換成除“P”方式工作。（3） 調頻接收

15、模塊的電路設計圖（圖（7） 如圖（7）所示，采用索尼公司的收音機專用芯片CXA1691作高保真寬頻接收機，振蕩器采用50 的晶體，其接收性能非常優越。芯片的4腳為直流音ZMH量控制端，改變該腳電位高低就可改變輸出音量的大小。通過調節該變位器改變其雙音頻信號輸出電壓的幅值，使解碼器MT8870能很準確地解碼。它完全杜絕了采用傳統音量控制電路因電位器不良而引起喇叭中嚓嚓聲的通病，使的其輸出的音頻信號的電壓很穩定。 （4） MT8870音頻信號譯碼模塊的電路設計9 圖（圖（8） 如圖（8）示，將從高保真調頻接收機接收下來的DTMF信號進行解碼。由于MT8870的編碼方式和HT9200B的編碼方式完全

16、一致，所以用MT8870配合編碼部分使得系統的整和性很強，軟件編程變得更加簡單。當音頻信號來到，被MT8870解碼后，MT8870的15腳STD會由低電平向高電平跳變。將轉換輸出腳10硬件置高，打開輸出鎖存器，等待著解碼后的信號輸出。解碼輸出的二進制碼由Q1Q4輸出后進入單片機，從而很好的完成解碼的功能。（5）鍵盤模塊的電路設計 考慮到要增加英文短信的數據傳輸業務，若每個字母用一個鍵，就要用到很多單片機的I/O口，而單片機AT89S51的I/O口資源是有限的，就算采用矩陣式鍵盤也要用到很多的I/O口。根據手機鍵盤，想到復用式鍵盤，即一個鍵代表多個數字或字母。用矩陣鍵盤（圖（9） ）模擬手機復用

17、式鍵盤（圖（10） ） ，44節省單片機的I/O端，使單片機有足夠的資源去處理其他的事情。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Dec-2004 Sheet of File:C:WINDOWSDesktop2727.DdbDrawn By:10kR10kR10kR10kRVcc +5vROW0ROW1ROW2ROW3LINE0LINE1LINE2LINE3圖（圖（9）101 ， 。 ？2 A B C 3 D E FM14 G H I5 J K L6 M N OM27 P Q R S8 T U V9 W X Y ZM3* 清清除除0

18、空空格格#確確認認M4從從機機號號選選擇擇輸輸入入信信息息群群呼呼單單獨獨呼呼叫叫 圖（圖（10）（6）顯示部分模塊設計以及工作原理的分析 采用的字符型液晶顯示模塊DCM162，配合復用式鍵盤使系統人機216交互更加人性化。4、 發揮部分的設計與實現發揮部分的設計與實現（1）從站數量擴展到8個模塊 采用4個撥碼開關與單片機的4個I/O口相連進行設置從機的地址，只需要撥動撥碼開關就可以改變叢機的地址。實現了實際只制作1個從站，就構成了一點對多點的單工無線呼叫。 單片機只需要查詢各個I撥碼開關的狀態邊知道自己是幾號機。（2）英文短信傳輸采用復用式鍵盤（如上圖（10） ）模擬手機鍵盤便可以實現英文數

19、據傳輸業務。（3）增大主、從機間的通信距離 在發射峰值功率不大于20 時，將輸入的音頻信號進行放大后再發射，mW這樣就可以增大主、從機之間的通信距離。三、系統軟件設計三、系統軟件設計4.1 程序總體的流程圖單片機主站和從站的總流程圖主站：向所有的從機發送某個從機號碼，要求該從機接收信號。主機的總流程圖見圖（11） 。 從站：接收來自主站的校驗碼和數據。從機總流程圖見圖（12） 。11系系統統初初始始化化讀讀取取鍵鍵值值確確認認呼呼叫叫呼呼叫叫所所有有從從機機是是否否有有鍵鍵按按下下Y選選呼呼或或群群呼呼？N輸輸入入從從站站號號選選呼呼群群呼呼圖（圖（11）接接收收來來自自主主站站的的機機號號校

20、校驗驗碼碼自自身身的的機機號號？接接收收信信號號Y不不接接收收信信號號NLCD顯顯示示圖（圖（12）12四、系統的組裝四、系統的組裝1、整機結構圖及工藝說明作為完整的電子設計除了需要好的硬件電路和軟件設計外，還需要良好的裝配工藝和美觀的外殼,即有好的人機界面。這些問題我們也做了相應的考慮。系統包括主站和從站兩部分，主、從站之間的區別在于：主站比從站多出鍵盤輸入模塊，主站是DTMF編碼器，從站是DTMF解碼器。主站：AT89S51單片機控制模塊、雙音多頻編碼模塊、鎖相調頻發射模塊、液晶顯示模塊、復用式鍵盤輸入模塊；用排線將各模塊連接起來，并將調好鎖相調頻發射機用屏蔽盒封裝起來以防止電壓的變壓器和

21、其他外界頻率干擾其發射。采用雙電源供電，發射部分用12V供電以提高發射功率；單片機和其他模塊采用5V供電。從站：AT89S51單片機控制模塊、雙音頻解碼碼模塊、調頻接收射模塊、液晶顯示模塊；用排線將各模塊連接起來，并用屏蔽盒把調好的寬頻調頻接收模塊封裝起來，防止外界的其他頻率干擾其接收。接收部分4節電池（6V）供電。2、面板圖及可調部件說明 主站的面板設置如圖（13）示；從站的面板設置如圖（14）示。12和和5V電電源源AT89S51單單片片機機DTMF編編碼碼模模塊塊鎖鎖相相調調頻頻發發射射模模塊塊復復用用式式鍵鍵盤盤模模塊塊LCD顯顯示示模模塊塊圖（圖（13）電電池池盒盒調調頻頻接接收收模模塊塊LCD顯顯示示模模塊塊AT89S51單單片片機機DTMF解解碼碼模模塊塊13圖（圖（14）五、系統調試五、系統調試1、電路的測試方案（1）分級調試鎖相調頻發射部分和調頻接收部分的調試：電路圖見圖（15） ，用信號源給鎖相調頻發射電路以一定頻率的信號，然后用調頻接收裝置來接收，用示波器來檢測調頻接收輸出的信號和信號源基本相同，這說明發射接收部分工作正常。信信號號源源鎖鎖相相調調頻頻發發射射裝裝置置調調頻頻接接收收裝裝置置示示波波器器圖（圖（15）DTMF編碼和解碼的調試：采用有線調試