CHƯƠNG 1 Ý TƯỞNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ý tưởng Nhiều khi em mở hoá ñơn ñiện thoại ra và nghĩ rằng: “Mình không thể gọi nhiều như thế ñược”. Hầu hết các hoá ñơn ñiện thoại ghi lại các cuộc gọi ñường dài và ñưa ra chi tiết các số ñã gọi. Nhưng các cuộc gọi ñịa phương (như kiểu nội hạt) chỉ ñược cộng tổng lại vì vậy sẽ không thể biết ñược chi tiết về các cuộc gọi ñi. Chính vì vậy mà em thiết kế mạnh ñiện này ñể lưu lại chi tiết cuộc gọi mà mình ñã gọi ñi (số ñiện thoại và thời gian gọi).
Với mạch ñiện này thì tất cả những cuộc gọi ñi ñược ghi lại và vì vậy em có thể biết ñựơc chi phí cước gọi hàng tháng. Mạch ñiện ghi lại thời gian bắt ñầu và kết thúc của tất cả các cuộc gọi ñi cùng với các số ñã gọi. Nó hoạt ñộng một cách ñộc lập với PC. Dữ liệu cuộc gọi ñiện thoại là ñầu ra trong một fomat mà có thể dễ dàng nhập vào Microsoft Excel.
Các chức năng ña dạng của Excel sau ñó có thể ñược dùng ñể phân tích và phân loại dữ liệu và tạo ra các bản in từ máy tính ñã ñược ñịnh dạnh. Dữ liệu ñược lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM, do ñó sẽ không mất dữ liệu trong các trường hợp bị mất ñiện. Mạch ñiện ñược cung cấp với bộ nhớ 256K.1 Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt ñộng của ñiện thoại Một chiếc máy ñiện thoại cơ bản là gồm ba phần chính sau: Phần chuyển ñổi mạch ñiện: Phần này gồm hệ thống lá mạ tiếp ñiểm và có nhiệm vụ ñóng mở mạch ñiện khi có yêu cầu. Phần thu và phát tín hiệu gọi: Phần này gồm hai phần chính là máy ñiện quay tay có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên ñường chuyền và phần chuông máy có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi.
Phần thu phát thoại: Gồm có loa và mic. Loa có nhiệm vụ biến ñổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu ñiện và mic thì có nhiệm vụ ngược lại biến tín hiệu ñiện thành tín hiệu âm thanh. -7- Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Thiết bị gửi số Triệu tiếng lickic Chuông Nút gạt tổ hợp Bù trừ chiều dài ñường dây Ống nói Cuộn cảm Ống nghe ứng Mạch cân bằng Hình 1.1: Sơ ñồ khối của ñiện thoại Nguyên lý hoạt ñộng: Khi ta thực hiện cuộc gọi dao ñộng âm thanh của tiếng nói sẽ tác ñộng vào màng rung của mic làm suất hiện dòng ñiện biến ñổi tương ứng trong mạch. Dòng ñiện biến ñổi này ñược truyền trên ñường dây ñiện thoại và ñược chuyển mạch ñến máy ñiện thoại ñược gọi, làm cho màng rung của loa dao ñộng, lớp không khí trước màng sẽ dao ñộng theo phát ra âm thanh tác ñộng ñến tai người nghe và quá trình chuyền dẫn ngược lại cũng tương tự.3 phân loại các kiểu ñiện thoại 1.1 Phân loại theo phương thức tiếp dây +Máy ñiện thoại nhân công: các loại máy liên lạc với nhau qua tổng ñài nhân công gồm hai loại -8- Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Máy ñiện thoại từ thạch: Nguồn cung cấp ñể ñàm thoại và gọi chuông ñều ñược trang bị tại từng máy lẻ, nguồn ñàm thoại thường dùng pin, nguồn gọi chuông là máy phát ñiện magneto.
Máy ñiện thoại công ñiện: Nguồn cung cấp ñể ñàm thoại và ñể gọi chuông ñược ñặt tại tổng ñài, sử dụng nguồn một chiều 48V. +Máy ñiện thoại tự ñộng Liên lạc với nhau qua tổng ñài tự ñộng bằng cách quay số hay bằng ấn phím. Nguồn cung cấp ñiện ñể ñàm thoại là nguồn một chiều 48V hoặc 60V, nguồn ñể gọi chuông từ 90 – 100 V, tần số 16 – 25 Hz.4 Sơ lược về tín hiệu DTMF 1.1 ðịnh nghĩa DTMF(dual tone multi-frequency): là tín hiệu gồm có hai tần số xếp trồng lên nhau. Mỗi tần số ñược lựa chọn sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền ñi trên ñường dây ñiện 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 ñến 1633Hz Phiên bản của DTMF sử dụng cho tín hiệu ñiện thoại ñược biết ñến như hãng Touch-Tone, và ñược tiêu chuẩn hoá bởi ITU-T là Q. Tín hiệu DTMF có thể ñược phát hoặc thu bằng một IC chuyên dụng (VD: MTD887X) Hệ thống DTMF ñang phát triển và trở thành phổ biến trong hệ thống ñiện thoại hiện nay. Hệ thống này ñược hình thành vào năm 1960 nhưng mãi ñến năm 1970 mới ñược phát triển rộng rãi.2 KEYPAD Trong DTMF mỗi chữ số chọn lựa có tín hiệu dưới dạng tổ hợp của hai tần số xoay chiều : Hình 1.2: Dạng tín hiệu DTMF -9- Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Khi một nút ñược bấm, hai tần số mô tả chữ số ñược phát ra và ñược gửi một cách ñồng thời. ðặc 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, ñiều này ñể 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 ñó có 10 phím cho chữ số (từ 0 ñến 9), hai phím ñặc biệt là ‘*’ và ‘#’. Mỗi hàng trên bàn phím bấm ñược gán cho một tần số tín hiệu thấp, mỗi cột ñược gán cho tần số tín hiệu cao. Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng ñược tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phín ñó ñang ñứng.
Những tần số này ñã ñược lựa chọn cẩn thận sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền ñi trên ñường dây ñiện thoại.3: Bàn phím chuẩn 12 nút Ngày nay người ta còn cho thêm một vài phím ñể tạo nên bảng mã ñược 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. - 10 - Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Hình 1.4: Bàn phín mở rộng 16 phím ----------------------------------------------------------------------------------- - 11 - Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội PHẦN 2: THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 2 SƠ ðỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ðỘNG 2.1 Sơ ñồ khối của mạch Mạch giao tiếp Khối thu và PHONE ñường dây giải mã DTMF Khối cảm biến tín Khối ñồng hồ hiệu nhấc ñiện thoại thời gian Khối xử lý trung tâm Khối hiển thị Khối ghép nối máy tính EEPROM Hình 2.1: Sơ ñồ khối của mạch.2 Nguyên lý hoạt ñộng 2.1 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm ñiều khiển toàn bộ hoạt ñộng của mạch: nhận dữ liệu giải mã DTMF từ bộ giải mã DTMF, nhận tín hiệu thời gian từ khối ñồng hồ thời gian thực, ghi dữ liệu (số ñiện thoại, ngày giờ gọi, thời gian gọi) vào EEPROM và hiển thị tất cả thông tin lên màn hình tinh thể lỏng.2 Khối thu và giải mã DTMF - 12 - Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu DTMF từ mạch giao tiếp với ñường dây ñiện thoại và sau ñó giải mã thành mã nhi phân 4 bit ñưa vào khối xử lý trung tâm.3 Khối ñồng hồ thời gian thực Khối này cung cấp dữ liệu về: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây một cách chính xác cho khối ñiều khiển ñể tính thời gian gọi ñến và thời gian gọi. Chính vì vậy mà nó cần phải chạy ngay cả khi mất ñiện nên yêu cầu có nguồn pin ñể nuôi trong trường hợp mất ñiện.4 Khối hiển thị Là màn hình tinh thể lỏng LCD (2 dòng, mỗi dòng 16 kí tự) ñể hiển thị thông tin cuộc gọi như: số ñiện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi 2.5 Khối EEPROM Khối này ñể lưu trữ toàn bộ thông tin về cuộc gọi (số ñiện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi). Khối này có dung lượng là 256kB.6 Khối ghép nối máy tính theo chuẩn RS-232 Khối này có nhiệm vụ giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS-232.
Khối này có nhiệm vụ chính là ñọc dữ liệu cuộc gọi từ EEPROM.7 Khối nguồn nuôi Là khối cơ bản nhất nó cung cấp dòng nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch. Nó tạo ra ñiện áp ổn ñịnh thoả mãn các chỉ số về ñiện áp và dòng .8 Hoạt ñộng của mạch Mạch ñược ghép nối song song với ñường dây ñiện thoại ñể ñảm bảo cho thuê bao luôn hoạt ñộng bình thường. mạch có chức năng hiển thị các thông tin chi tiết về cuộc gọi ñi: ngày, giờ gọi, thời gian gọi, số gọi ñi. 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 ñi và khi kết thúc cuộc gọi sẽ hiển thị thời gian ñã thực hiện cuộc gọi.
Cuối tháng người dùng có thể lấy thông tin chi tiết từ tất cả các cuộc gọi ñi trong tháng bằng cách kết nối mạch với máy tính từ cổng COM. - 13 - Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội ----------------------------------------------------------- CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ðIỆN VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.1 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm là vi ñiều 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 ñồ chi tiết là: Hình 3.1: Sơ ñồ nguyên lý của PIC16F877A trong mạch - 14 - Khoa ðTVT - Trường ðại Học Công Nghệ - ðại Học Quốc Gia Hà Nội Chân RESET là chân số 1 của PIC (chân MCLR) PIC sẽ reset khi chân này ở mức thấp.
Bộ dao ñộng thạch anh (20MHz) ñược nối với chân 13 và 14 của vi ñiều khiển, bộ dao ñộng có thêm tụ C12 và C14 ñể tăng sự ổn ñịnh cho nguồn xung nhịp của hệ thống. PIC ñược cấp nguồn qua hai cặp chân VSS và VDD. Hai cặp chân VSS là chân 12 và 31 nối ñất còn hai cặp chân VDD là chân 11 và 32 nối lên nguồn +5V do bộ nguồn nuôi cung cấp.