Luận văn: Thiết kế mạch tính cước điện thoại ppt

- Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng phương pháp đảo cực .Với đề tài máy tính cước điện thoại này, điện thoại được đặt ở các dịch vụ thuê bao công cộng, nhiệm vụ chủ yếu là tính

Tháng 6-2001

Lưu hành nội bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC I1

Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THẾ

Lớp : 97 ĐT04

Nghành: Điện Tử –Viễn Thông

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Việt Hùng

1)Tên đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI

2) Các số liệu ban đầu:

- Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng vi điều khiển 8051

- Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng phương pháp đảo cực Với đề tài máy tính cước điện thoại này, điện thoại được đặt ở các dịch vụ thuê bao công cộng, nhiệm vụ chủ yếu là tính toán chính xác thời gian đàm thoại và đổi

ra số tiền ứng với thời gian đã gọi, ngoài ra còn có thể hoạt động như đồng hồ chỉ thị thời gian Từ mục đích này nên máy tính cước phải đạt những yêu cầu sau:

- Được sử dụng trên toàn nước không cần thay đổi về phần cứng

- Thể hiện đúng số quay ở hai chế độ Pulse và Tone

- Thời gian đàm thoại kể từ khi thông thoại đối với mấy có đăng ký đảo cực tại tổng đài một cách chính xác

- Lưu trữ tạm thời tất cả các thông số của cuộc gọi như: số quay số, giá tiền của mỗi cuộc gọi và thời gian gọi

3) Nội dung các phần thuyết trình tính toán:

- Giới thiệu vể các kiến thức liên quan đến đề tài

- Giới thiệu sơ lược về Tổng Đài ,nguyên lý tính cước điện thoại bằng phương pháp đảo cực

- Giới thiệu về nguyên lý hoạt động của mạch tính cước

- Nêu rõ chức năng ngyên lý hoạt động của từng khối trong mạch tính cước và cách tính toán thiết kế

- Vẽ mạch bằng chương trỉnh OrCad Realease 9 Mô phỏng chương trình Vi xử lý mạch tính cước bằng TS Cotrol Simulator 8051

BẢNG NHẬN XÉT

CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ

Lớp : 97 ĐT04

Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Việt Hùng

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

BẢNG NHẬN XÉT

CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ

Lớp : 97 ĐT04

Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI

Giáo viên phản biện:

Nhận xét của giáo viên phản biện :

MỤC LỤC

nnn nnn

TRANG

PHẦN I : DẪN NHẬP

I Đặt vấn đề

II Mục đích yêu cầu của đề tài

III Giới hạn đề tài

PHẦN II : Lý Thuyết

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

I Sơ lược về mạng điện thoại

II Các chức năng của hệ thống tổng đài

III Các thông tin báo hiệu trong điện thoại

IV Kỹ thuật gởi số bằng xung lưỡng âm đa tần

(Dual tone multifrequency : DTMF)

CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI

I Phương pháp tính cước

II Nguyên tắc tính cước

V Quay số và giá cước hiện nay

Phần III : THIẾT KẾ

CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

I Sơ đồ khối

II Chức năng các khối

III Giải thích sơ lược nguyên lý hoạt động của mạch

Chương II : Thiết kế và giải thích nguyên lý hoạt động

của máy theo từng khối

I Khối xử lý trung tâm (CPU)

II Khối tạo xung CK

III Khối Ram – Rom

IV Khối chốt địa chỉ

V Khối nhận âm hiệu – Giải mã bàn phím

VI Khối giải mã địa chỉ – hiển thị

VII Khối nguồn

Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra những thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau Kỹ thuật truyền số liệu sử dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840 với sự ra đời của máy điện tín Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được mã hoá (mã Morse) dọc theo đường dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến nay ,kỹ thuật Viễn –Thông đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là tạo ra mạng Internet , các dịch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu

… đến khắp nơi trên thế giới

Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) hay các Tổng đài điện thoại (Central Office) cần phải có thiết bị tính cước dể tính cước cuộc gọi hay cước truy cập

Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra

những thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau Kỹ thuật

truyền số liệu sử dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840 với sự ra đời của máy điện tín Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được

mã hoá (mã Morse) dọc theo đường dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách

mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát

minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến nay ,kỹ thuật Viễn –Thông đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là tạo ra mạng

Internet , các dịch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu …

đến khắp nơi trên thế giới

Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) hay các Tổng

đài điện thoại (Central Office) cần phải có thiết bị tính cước

vvvvvv

PHẦN I: DẪN NHẬP

Tuy nhiên , khi các loại hình dịch vụ mới ra đời ngày càng nhiều thì việc quản lý ,tính cước thuê bao ,tính cước truy cập hay giải quyết sự cố trên đường truyền lại là những vấn đề gây không ít khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ hay các Tổng đài trung tâm.Trong khi đó, ngoài những thuê bao chính như

cơ quan , công sở,nhà riêng … nước ta còn có một mạng lưới thuê bao công cộng dày đặc chiếm số lượng đáng kể từ Thành phố đến các tỉnh thành Do đó, để giải quyết bài toán trên cần phải có một thiết bị đặt tại các trạm Điện thoại công cộng ,cho phép người gọi biết được số đã quay,thời gian đàm thoại và tính chính xác số tiền của mỗi cuộc gọi

Xuất phát từ nhu cầu nêu trên cộng vời những kiến thức đã học ở trường

em chọn đề tài máy tính cước điện thoại, nhằm giải quyết phần nào khó khăn mà các thuê bao công cộng đã gặp phải

Với máy tính cước này, người gọi có thể biết số quay số, thời gian đàm thoại và giá tiền cuộc gọi: nội hạt, liên tỉnh, nước ngoài Nhờ đó mà các dịch vụ thuê bao công cộng phục vụ khách hàng được tốt hơn

II GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Điện thoại công cộng là một đề tài thuộc phạm vi chuyên môn trong ngành viễn thông, cho nên để nghiên cứu kỹ thì phải cần một thời gian Với thời gian 6 tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa kiến thức về viễn thông có hạn cho nên để thực hiện đề tài này em tập trung vào giải quyết những vấn đề sau:

- Thiết kế phần cứng máy tính cước điện thoại

- Xác định chính xác thời gian đàm thoại (chỉ thực hiện đối với thuê bao có đăng ký đảo cực) và qui ra giá tiền

- Lưu trữ các giá trị của cuộc gọi

PHẦN II: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

I.SƠ LƯỢC VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI :

MẠNG ĐIỆN THOẠI HIỆN NAY ĐƯỢC PHÂN THÀNH 5 CẤP TỔNG ĐÀI:

Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1

Cấp thấp nhất goị là tổng đài cấp 5 (cấp cuối)

Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế được 10.000 đường dây thuê bao

Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoại được phân biệt như sau:

Phân biệt mã vùng

Phân biệt đài cuối

Phân biệt thuê bao

Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở kháng khoảng 600 Ω

Tổng đài cuối sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC

Hai dây dẫn được nối với jack cắm

Lõi giữa gọi là Tip (+)

Lõi bọc gọi là Ring (-)

Vỏ ngoài gọi là Sleeve

Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng chạy trong thuê bao là 20mA DC và áp rơi trên Tip và Ring còn +4VDC

II CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU TRONG ĐIỆN THOẠI:

NGYÊN LÝ KẾT NỐI GIỮA THUÊ BAO GỌI & THUÊ BAO BỊ GỌI:

- Trong các mạng điện thoại hiện nay, nguồn tại tổng đài cung cấp đến các

thuê bao thường là 48VDC

Yêu cầu cuộc gọi: khi thuê bao rỗi, trỡ kháng đường dây cao, trở kháng đường dây sẽ xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng cao Dòng tăng cao này được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu một cuộc gọi mới và sẽ cung cấp đến thuê bao âm hiệu mời quay số(Dial Tone)

Tín hiệu địa chỉ: Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gửi các chữ số địa chỉ Các chữ số địa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số, quay số ở chế độ Pulse và quay số ở chế độ Tone

Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: Sau khi nhận đủ địa chỉ, bộ phận địa chỉ được ngắt ra Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong các tín hiệu sau:

- Nếu đường dây gọi đang rỗi, âm hiệu hồi âm chuông (Ring back tone) sẽ đến thuê bao gọi và dòng điện rung chuông (Ringing tone) đến thuê bao bị gọi

- Nếu đường dây bị bận hoặc không thể vào được thì âm hiệu báo bận (Busy tone) sẽ đến thuê bao gọi

Tín hiệu trả lời trở về: Ngay khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu đảo cực được phát lên thuê bao gọi.Việc này cho phép khởi động mạch tính cước bắt đầu hoạt động

Tín hiệu giải tỏa: Khi 1 trong 2 thuê bao gác máy ,giả sử thuê bao A gác máy (off hook), tổng trở đường dây điện thoại lên cao Tổng đài xác nhận tín hiệu này và gởi tín hiệu Busy tone đến thuê bao B đồng thời giải tỏa tất cả các thiết bị liên quan đến cuộc gọi khi thuê bao B gác máy

HỆ THỐNG ÂM HIỆU CỦA TỔNG ĐÀI:

- Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring có màu đỏ và xanh Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring Điện áp cung cấp thường là 48 VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC tùy thuộc vào tổng đài

Ngòai ra, Để họat động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài gửi một số tín hiệu đặc biệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận v.v Sau đây ta sẽ tìm hiểu về các tín hiệu điện thoại và ứng dụng của nó

a Tín hiệu chuông (Ring Tone):

0 t

3s 4s

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao đó biết có người bị gọi Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số 25Hz tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz Biên độ của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 VRMS đến 130 VRMS

thường là 90 VRMS Tín hiệu chuông được gửi đến theo dạng xung thường là 3 giây có và 4 giây không (như hình vẽ) Hoặc có thể thay đổi thời gian tùy thuộc vào từng tổng đài

b Tín hiệu mời gọi (Dial Tone):

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác được sử dụng trong hệ thống điện thoại Tín hiệu này được tạo ra bởi hai âm thanh (tone) có tần số 350Hz và 440Hz

c Tín hiệu báo bận (Busy Tone):

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi hai âm có tần số 480Hz và 620Hz Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không)

0,5s 0,5s

0,5 s

d Tín hiệu chuông hồi tiếp (Ring back tone):

Khi thuê bao A gọi cho thuê bao B ,nếu cuộc gọi được kết nối (nghĩa là thuê bao B không bị bận và sẵn sàng kết nối cuộc gọi ).Khi ấy,Tổng đài sẽ gửi một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông ở thuê bao bị gọi Tín hiệu chuông hồi tiếp này được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz

g Tín Hiệu Đảo Cực:

0 t

- Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện Khi đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ở các trạm công cộng có trang bị máy tính cước, bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước

BẢNG TÓM TẮT TẦN SỐ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI

Vùng họat động (Hz)

Chuẩn (Hz)

Dạng tín hiệu Đơn

vị Tín hiệu chuông 16 – 60 25 Xung 2s on 4s off Hz

Tín hiệu báo bận 480+620 Xung 0,5s on 0,5s off Hz Tín hiệu chuông hồi tiếp 440+480 Xung 2s on 4s off Hz

2450+2600

Xung 0,1s on 0,1s off Hz

II KỸ THUẬT GỞI SỐ BẰNG XUNG LƯỠNG ÂM ĐA TẦN (DUAL TONE MULTIFREQUENCY ,DTMF ):

1 Hệ thống DTMF:

Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thọai hiện đại hiện nay Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch-Tone, hệ thống được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống xung kiểu cũ

DTMF (dual tone multifrequency) là tổng hợp của hai âm thanh Nhưng điểm đặt biệt của hai âm này là không cùng âm nghĩa là: tần số của hai âm thanh này không có cùng ước số chung với âm thanh kia Ví dụ như

750 và 500 thì có cùng ước số chung là 250 (750=250 x 3, 500= 250 x 2) vì vậy

750 và 500 là hai thanh cùng âm không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF

Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được nhiễu tín hiệu do đó tổng đài có thể biết chính xác được phím nào đã được nhấn Ngoài ra nó còn giúp cho người ta sử dụng điện thoại thuận tiện hơn Ngày nay hầu hết các hệ thống điện thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF Bàn phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng ma trận chữ nhật gồm có 3 cột và 4 hàng tạo nên tổng cộng là 12 phím nhấn: 10 phím cho chữ số (0-9), hai phím đặc biệt là ‘* ’ và ‘# ’ Mỗi một hàng trên bàn phím được gán cho một tần số tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số tone cao (hình 2) Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng mà được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phím đó đang đứng Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận

Ngày nay để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển thêm một cột nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4 như hình 3

1209Hz 1336Hz 1477Hz

697Hz

CHƯƠNG II

I Phương pháp tính cước :

- Có nhiều phương pháp tính cước trong hệ thống điện thoại công cộng Trong phạm

vi đồ án môn học này ta chỉ quan tâm đến các phương pháp tính cước thông dụng Có nghĩa là khi thuê bao bị gọi nhấc máy ,thời gian đàm thoại bắt đầu thì mạch sẽ thực hiện tính cước cho đến lúc kết thúc cuộc gọi

1 Tính cước bằng phương pháp đảo cực nguồn điện :

- Khi nhận ra thuê bao bị gọi nhấc máy trả lời, tổng đài sẽ đảo chiều của điện áp DC trên đôi dây điện thoại của thuê bao gọi Trong hệ thống tổng đài điện thoại tự động ,tín hiệu đảo cực sẽ khởi động đồng hồ tính cước của thuê bao gọi Khi đàm thọai kết thúc nghĩa là một trong hai thuê bao gác máy ,điện áp trên đôi dây lại đảo chiều lần nữa chấm dứt hoạt dộng của thuê bao gọi

2 Tính cước bằng phương pháp đếm xung :

- Sau khi thực hiện kết nối giữa hai thuê bao , tổng đài sẽ cấp các Tone gián đoạn có tần số qui định trước Trong một khoảng thời gian được qui định là đơn vị cơn bản để tính cước , số Tone hiện diện trong một đơn vị thời gian cơ bản sẽ tỷ lệ với giá cước

- Như vậy ,tuỳ theo khoảng cách giữa hai thuê bao mà số Tone trong một đơn vị thời gian sẽ khác nhau Khi ta gọi liên tỉnh hay điện thoại di động thì tương ứng số Tone nhận được để tính cước sẽ tăng lên càng nhiều

- Bộ phận tính cước chỉ làm một việc đơn giản là đếm số Tone này để qui đổi ra giá cước cuộc gọi

3 Tính cước bằng cách phát hiện tín hiệu ring –back Tone :

- Trong hai phương pháp tính cước trên thì tổng đài phải gửi cho thuê bao tín hiệu đảo cực hoặc xung tuần hoàn Tuy nhiên, trong thực tế tại những thuê bao công cộng hoặc những thuê bao không có dịch vụ trên thì người ta sẽ tính cước dựa vào tín hiệu hồi âm chuông ( Ring- back Tone) Ta đã biết rằng ,sau khi thuê bao quay số tổng đài sẽ nhận biết xung quay số nhờ hệ thống DTMF Khi đó tổng đài sẽ thực hiện kết nối giữa hai thuê bao, bên thuê bao gọi sẽ nghe được tín hiệu hồi âm chuông (f = 425 Hz, chu kỳ 1 giây có ,4 giây không ).Khi thuê bao bị gọi nhấc máy trả lời ,tín hiệu hồi âm chuông sẽ mất Do vậy, phát hiện hết tín hiệu Ring –back Tone chính là phát hiện hai thuê bao đã thông thoại Tín hiệu này sẽ khởi động cho mạch tính cước hoạt động Khi kết thúc cuộc gọi thì nội dung của bộ đếm thời gian chính là khoảng thời gian thông thoại cần tính cước

4 PHƯƠNG THỨC QUAY SỐ:

Gọi nội hạt :

Nhấc Máy Nghe Dial Tone 00 Mã Quốc Gia Số Thuê Bao

PHẦN III THIẾT KẾ CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ

RAM NHỚ NGOÀI

EPROM

ĐỊA CHỈ

KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

DTMF

NGUỒN CUNG CẤP

II CHỨC NĂNG CÁC KHỐI

1 Khối CPU:

Là bộ não của hệ thống máy tính, nó quản lý tất cả các hoạt động trong hệ thống và thi hành các hoạt động đếm và tính cuớc điện thoại trên dữ liệu Nó là tập hợp các mạch logic thực hiện các hoạt động đem về các lệnh và thực thi các lệnh

2 Khối EPROM :

Đây là khối lưu trữ chương trình hoạt động chính của khối CPU, nội dung không bị mất khi mất điện Chương trình phần mềm được nạp ở đây

3 Khối RAM nhớ ngoài:

Lưu trữ tạm thời các thông số của cuộc gọi, cũng như khả năng thay đổi chương trình

do người sử dụng lập Ram ngoài có thể được đọc hoặc ghi khi có tín hiệu điều khiển ghi hoặc đọc từ CPU

4 Khối Chốt Địa Chỉ:

Lưu trữ các địa chỉ do CPU đưa vào và chuyển các địa chỉ này đến các khối RAM nhớ ngoài và EPROM , thực hiện nhờ IC chốt 74LS 373

5 Khối Giải Mã Địa Chỉ:

Khi có tín hiệu xung clock tác động về ngõ vào của xung clock Khi có tín hiệu từ CPU gởi về thì ngõ ra sẽ tác động cho hệ thống led 7 đoạn hoạt động

6 Khối Thu DTMF:

Đây là IC 8870 dùng để giải mã tone, giải mã các số từ bàn phím của điện thoại và đưa dữ liệu về cổng xuất nhập dữ liệu qua bus dữ liệu

7 Khối Khuếch Đại Công Suất:

Bao gồm các transistor dẫn bảo hòa khuếch đại công suất cho hệ thống led 7 đoạn, các transistor được kích từ khối giải mã địa chỉ và từ port 1 của vi điều khiển

- Khi hệ thống được cung cấp nguồn, nguồn điện áp sẽ đến tất cả các vi

mạch của máy CPU được cấp nguồn sẽ bắt đầu hoạt động ở địa chỉ 0000H

- Khi có yêu cầu thực hiện cuộc gọi tức là máy ở chế độ nhấc tổ hợp (off hook) CPU sẵn sàng tiếp nhân số gọi

- Khi người gọi thực hiện bấm số gọi, CPU sẽ lưu trữ tạm thời số gọi vào Ram và đồng thời đưa ra mạch hiển thị để hiển thị các số vừa gọi

- Sau khi chấm dứt cuộc gọi, máy sẽ hiển thị giá tiền và số cuộc gọi

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

n¡«¡n

I KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU):

n Trong máy tính cước, khối CPU chính là phần quan trọng nhất, nó tiếp nhận và xử lý tất cả các thông tin hoạt động liên quan đến việc tính cước của máy.Ở đây ta chọn Vi điều khiển 8051 vì nó có các đặc điểm nổi bật như mạch dao động được tích hợp sẵn bên trong ,việc lập trình bằng ngôn ngữ (Assembly) dễ dàng ,người lập trình có thể can thiệp vào từng bit của các port xuất nhập bằng một lệnh duy nhất

- Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển mọi hoạt động của máy tính cước, việc điều khiển bao gồm các hoạt động sau:

- Nhận biết trạng thái nhấc máy, gác máy của thuê bao Khi thuê bao nhấc máy, khối điều khiển sẽ nhận biết trạng thái của thuê bao và hiển thị đồng hồ sẳn sàng nhận tín hiệu xung từ bàn phím

- Nhận biết xung quay số và giải mã xung quay số (nếu thuê bao sử dụng dạng pulse) hoặc nhận các bit dữ liệu đã được giải mã từ khối giải mã tone để biết số mà thuê bao muốn gọi Sau đó CPU kiểm tra xem số gọi là quốc tế, liên tỉnh hay nội hạt, CPU sẽ điều khiển cho ra giá tiền cụ thể cho từng nước, từng tỉnh, nội hạt với thời gian tương ứng khác nhau được viết trong chương trình

II KHỐI TẠO XUNG CK:

Trong máy tính cước, tất cả các hoạt động của mạch đều có liên quan đến xung clock cung cấp cho CPU Vì các bộ Timers/Counters sẽ dựa vào tần số xung clock này mà thực hiện các công việc được lập trình sẵn và người lập trình cũng dựa vào tần số xung này để viết chương trình trì hoãn của máy

Vi điều khiển 8051 có 2 Timer bên trong ,khi dược dùng làm đồng hồ thì các Timer sẽ đếm giờ theo tần số thạch anh gắn vào XTAL1 và XTAL2 Ta chọn thạch anh có tần số làm việc là 7,373 MHz Các tụ C1 , C2 dùng để ổn định tần số dao động của thạch anh

1819

C2

8031 X2

III KHỐI RAM – ROM:

- 8051 có khả năng mở rộng bộ nhớ lên đến 64Kb bộ nhớ chương trình(ROM) và 64Kb bộ nhớ dữ liệu ngoài(RAM) Khi dùng thêm bộ nhớ ngoài ,Port 0 không còn là Port I/O thuần tuý nữa Nó được kết hợp giữa Bus dữ liệu (D0 ÷ D7) và Bus địa chỉ của byte thấp (A0 ÷ A7) bằng tín hiệu chốt ALE để chốt byte thấp của địa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ Trong nửa chu kỳ đầu của bộ nhớ ,byte thấp của địa chỉ được cấp cho Port 0 và được chốt bằng xung ALE Một IC chốt 74HC373 (hoặc tương đương ) sẽ giữ byte địa chỉ thấp trong phần còn lại của chu kỳ bộ nhớ Trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ Port 0 được dùng như Bus dữ liệu và được đọc hoặc ghi tuỳ theo lệnh

1 ROM :

- Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ được thiết kế để lưu trữ các dữ liệu cố định Trong lúc hoạt động bình thường, dữ liệu mới không thể được ghi vào ROM mà dữ liệu chỉ có thể được đọc từ ROM Khi ROM được lập trình thì khi ngừng cấp nguồn các dữ liệu bên trong ROM không bị mất

- EPROM (Esarable Programable ROM) là loại ROM có thể lập trình lại được Trong mạch tính cước , để có thể thỏa mãn nhu cầu thị trường do giá tính cước ở mỗi thời điểm có thể khác nhau Ta cần phải có loại ROM có thể được xóa và lập trình lại nhiều lần để cập nhật lại giá cước điện thoại

- Xuất phát từ yêu cầu trên , ta chọn loại ROM có khả năng mở rộng bộ nhớ chương

trình lên đến 8 Kbytes Đó là EPROM 2764

Giao tiếp giữa 8051 và EPROM

Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài :

- Truy xuất giữa 8051 và EPROM được cho phép bởi tín hiệu PSEN.Một chu kỳ máy của 8051 có 12 xung nhịp , khi sử dụng thạch anh 7,3728 Mhz thì xung nhịp của 8051 là

D Q 74HC373

- Do yêu cầu của mạch tính cước có thể nhớ tới 255 cuộc đàm thoại bao gồm số tiền, số cuộc gọi,… nên SRAM được chọn sẽ là 6264 có dung lượng nhớ 8 Kbytes

NC

Giao tiếp giữa 8051 và RAM

Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài :

- Bộ nhớ dữ liệu ngoài RAM 6264 được cho phép ghi/ đọc bằng các tín hiệu WR và

RD ( các chân P3.6 và P3.7 thay đổi chức năng )

- Kết nối Bus địa chỉ và Bus dữ liệu giữa RAM 2764 và 8051 cũng giống như EPROM 6264 và do đó cũng có thể lên đến 8 Kbytes Ngoài ra , chân RD của 8051 được nối tới chân cho phép xuất (OE) của RAM và chân WR được nối tới chân ghi (WR) của RAM

Kết Nối Bộ Nhớ EPROM Và RAM Vào CPU :

- Bộ nhớ EPROM và RAM được kết nối với CPU thông qua các bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển Khả năng mở rộng bộ nhớ của 8051 lên đến 64Kbytes nhưng trong phạm vi máy tính do chương trình làm việc cũng tương đối lớn nên ta chọn hai

IC nhớ SRAM và EPROM có tổng dung lượng nhớ là 16 Kbytes

G

a Bus địa chỉ (Address Bus):

Là bus một chiều chuyển tải thông tin từ CPU 8051 đến các IC nhớ Do 8051 có thể điều khiển bộ nhớ mở rộng lên đến 64 Kbytes tức là có tới 16 đường địa chỉ

ra A0 ….A15 mà các IC nhớ chỉ có 16 Kbytes Vì vậy ta sử dụng 13 bit thấp địa chỉ của CPU từ A0 … A12 để kết nối song song với 13 đường địa chỉ của SRAM và EPROM Các bit địa chỉ còn lại sẽ dùng cho việc điều khiển

b Bus dữ liệu (Data Bus):

Là bus dữ liệu hai chiều có chức năng chuyển dữ liệu qua lại giữa CPU và các IC nhớ Do vậy 8 đường dữ liệu của CPU 8031 sẽ nối song song với 8 đường dữ liệu của SRAM và EPROM

c Bus điều khiển (Control Bus):

Bus điều khiển là bus khá quan trọng trong mạch vì nó quyết định xem khi nào SRAM hay EPROM sẽ được đọc dữ liệu và khi nào SRAM sẽ ghi dữ liệu

Mỗi SRAM và EPROM có dung lượng nhớ 8 Kbytes nên việc qui định nội dung địa chỉ ô nhớ như sau:

- Đối với EPROM do CPU có đặc điểm khi máy được cấp nguồn thì sẽ bắt đầu hoạt động ở địa chỉ 0000H nên địa chỉ của EPROM bắt đầu từ 0000H và kết thúc ở địa chỉ 1FFFH

- Đối với SRAM, địa chỉ bắt đầu là 8000H và kết thúc ở 9FFFH Sở dĩ ta chọn địa chỉ này vì theo thiết kế phần cứng chân địa chỉ cuối cùng của CPU (A 15 ) được dùng làm chân điều khiển và được nối đến chân CS\ của SRAM

IV KHỐI NGUỒN :

O

Cung cấp nguồn 5V cho tất cả các vi mạch từ nguồn bên ngoài 9V thông qua vi mạch ổn áp 7805, các tụ dùng kèm theo mạch để nâng cao chất lượng nguồn điện cho mạch

Do SRAM lưu trữ các thông số của cuộc gọi nên phải có một nguồn pin dự phòng cho SRAM để đề phòng các dữ liệu bị mất khi nguồn không còn Nguồn dự phòng là một pin có thể sạc lại được có giá trị điện áp bằng 3.6 VDC

Nguyên Lý Hoạt Động :

- Khi có nguồn 9V qua bộ nắn điện cầu , công tắc bật ON qua IC ổn áp 7805 đưa vào nuôi mạch ,đồng thời nguồn qua D1 qua điện trở 47Ω sạc vào pin 6V

- Khi mất điện ,pin 6V sẽ phóng qua D2 cung cấp nguồn cho mạch giúp mạch không

bị mất dữ liệu.(Tụ 1000µF là tụ tăng cường )

Mạch pick up cho bộ nhớ:

- Sụt áp qua Diode là 0.7V

- Điện áp nguồn nuôi Ram là:

1N4007 D1

1 2

1N4007 D3

1 2

Chọn dòng nạp cho pin I = 15mA

mA15

V1,3

6,86I

R

V

Chọn R = 220Ω

=

MHz3728,7

Biến trở cần đủ nhỏ để tránh trường hợp dòng nạp cho tụ phân cực bên trong

8051 chọn R1 = 100Ω Điện áp ở chân RST là:

t = τ

τ = RC : Thời hằng nạp điện của mạch

Giả sử điện áp của Vrst là 3V

t

C =

+5V +5V

RST

100 SW

8,2K 10uF

Chân Reset của 8051 tác động ở mức cao

- Khi cho nguồn 5V vào, thì tụ được nạp đầy Sau đó tụ được phóng qua chân reset và toàn bộ mạch được reset từ đầu.Mạch Reset phải thỏa mãn 2 chức năng: Reset lúc cấp nguồn và Reset bằng tay

20 22 27 1

11 12 13 15 16 17 18 19

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 CE OE PGM VPP

O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7

20 26 22 27

11 12 13 15 16 17 18 19

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 CS1 CS2 OE WE

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

R1 220 D3

D1 1N4007

1 11

2 5 6 9 12 15 16 19

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OC G

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

1 2 3 4 5 6 7 8

39 38 37 36 35 34 33 32

21 22 23 24 25 26 27 28

17 16 29 30 11 10

EA/VP X1

X2

RESET

INT0 INT1 T0 T1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RD WR PSEN ALE/P TXD RXD

LED DISPLAY