Bao cao tot nghiep DIEU KHIEN, GIAM SAT THIET BI TU XA BAN DIEN THOAI DI DONG

Dựa trên điều đó, em quyết định chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG” với mong muốn phát triển đề tài theo một hướng cao hơn đó là ứng dụng nó để giải quyết mộ

GIỚI THIỆU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Tp.HCM, ngày tháng năm GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

THƯỢNG VĂN BÉ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Tp.HCM, ngày tháng năm GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TÔ HOÀNG LỘC

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Tp.HCM, ngày tháng năm

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người là vô cùng lớn, cùng với sự phát triển mạnh mẽ cũa khoa học kỹ thuật các thiết bị di động trở nên rất phổ biến, đặc biệt là Điện Thoại Di Động Dựa trên điều đó, em quyết định chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA ĐIỆN THOẠI DI

ĐỘNG” với mong muốn phát triển đề tài theo một hướng cao hơn đó là ứng dụng nó để giải quyết một số nhu cầu có thực trong xã hội hiện nay

Hiện tại đề tài chỉ dừng lại ở việc sử dụng Tone DTMF của điện thoại di động để điều khiển các thiết bị từ xa Và đề tài còn nhiều thiếu xót nên em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp cùng những lời phê bình quý báu của quí Thầy (Cô) cùng các bạn

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt khóa học (2007-2010) tại trường CĐ KỸ THUẬT CAO

THẮNG , qúi thầy cô truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức bổ ích đặc biệt là

các thầy cô trong khoa Điện tử - Tin học đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức về chuyên ngành rất cần thiết cho em sau khi ra trường Đặc biệt là trong thời gian làm đề tài em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức thực tế từ thầy hướng dẫn nên đã hoàn thành đề tài trong thời gian quy định

CAO THẮNG đã giảng dạy cho em nhiều kiến thức quí báu Bộ môn viễn thông cùng tất cả quí thầy cô trong khoa Điện tử - Tin học đã giảng dạy những kiến thưc chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học

Đặc biệt, thầy THƯỢNG VĂN BÉ – giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt

tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy qúi báu, Giúp em định hướng tốt trong khi thực thi đề tài Cùng tất cả bạn bạn đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

PHẦN 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI - 7

CHƯƠNG DẨN NHẬP - 8

1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI - 9

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - 10

3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM - 10

CHƯƠNG 2 MẠNG GSM - 11

2.1 ĐỊNH NGHĨA GSM - 12

2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM - 12

2.3 CÔNG NGHỆ CỦA MẠNG GSM - 13

2.4 CÔNG NGHỆ CDMA - 13

2.5 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MẠNG DI ĐỘNG - 13

2.6 BĂNG TẦN GSM 900 MHZ - 15

2.7 BĂNG TẦN GSM 1800 MHZ - 17

2.8 THỰC HIỆN CUỘC GOI TỪ THIẾT BỊ DI ĐỘNG ĐẾN THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 20

CHƯƠNG 3 MÁY DI ĐỘNG - 22

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG - 23

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - 23

3.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN - 26

3.5 KHỐI THU PHÁT TÍN HIỆU - 27

CHƯƠNG 4 MÃ ĐA TẦN - 29

4.1 HỆ THỐNG DTMF - 30

4.2 TIẾP NHẬN ÂM HIỆU DTMF - 31

4.3 SO SÁNH THỜI GIAN GỬI SỐ - 32

4.4 ỨNG DỤNG CỦA IC MT8870 - 32

4.4.1 SƠ ĐỒ CHÂN - 32

4.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - 36

CHƯƠNG 5 VI ĐIỀU KHIỂN - 38

5.1 SƠ LƯỢC VỀ PIC 16F877A - 39

5.2 SƠ ĐỒ KHỐI - 41

5.3 TỔ CHỨC BỘ NHỚ - 42

5.3.1 BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH - 42

5.3.2 BỘ NHỚ DỮ LIỆU - 42

5.4 CÁC THANH GHI ĐIỀU KHIỂN - 43

5.4.1 THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT - 43

5.4.2 THANH GHI MỤC ĐÍCH CHUNG GPR - 45

5.5 CÁC CỔNG XUẤT NHẬP CỦA PIC16F877A - 46

5.6 BỘ ĐỊNH THỜI - 49

5.6.1 TIMER0 - 49

5.6.2 TIMER1 - 51

5.6.3 TIMER2 - 52

5.8 GIAO TIẾP NỐI TIẾP - 55

5.9 CỔNG GIAO TIẾP SONG SONG PSP (PARALLEL SLAVE PORT) - 57

5.10 NGẮT - 58

5.11 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA OSCILLATOR - 60

5.12 CÁC CHẾ ĐỘ RESET - 60

5.13 ỨNG DỤNG CỦA IC DỊCH 74HC595 - 63

5.13.1 SƠ ĐỒ CHÂN - 63

5.13.2 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA IC 74HC595 - 64

5.13.4 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU - 65

CHƯƠNG 6 IC THU PHÁT ÂM THANH ISD2560 - 66

6.1 SƠ ĐỒ CHÂN - 67

6.2 MÔ TẢ CHỨC NĂNG - 73

6.3.1 MẠCH ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH( DÙNG CÁCH TRUY CẬP ĐỊA CHỈ TRỰC TIẾP) - 79

6.3.2 MẠCH THU PHÁT TIẾNG NÓI SỬ DỤNG CHẾ ĐỘ PUSH – BUTTON - 80

CHƯƠNG 7 LCD - 81

7.1 HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC - 82

7.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN - 82

7.3 SƠ ĐỒ KHỐI - 84

7.4 TẬP LỆNH CỦA LCD - 91

7.5 KHỞI TẠO LCD - 96

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT - 98

8.1 SƠ ĐỒ KHỐI - 99

8.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI - 99

8.2.1 KHỐI CẢM BIẾN BẮT MÁY, GÁC MÁY - 99

8.2.2 KHỐI KHUẾCH ĐẠI VÀ GIẢI MÃ TONE DTMF - 100

8.2.3 KHỐI PHÁT TONE THÔNG BÁO - 100

8.2.4 KHỐI NGUỒN - 100

8.2.5 KHỐI ĐỌC VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ - 100

8.2.6 KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ - 100

8.3.MẠCH CẢM BIẾN BẮT MÁY - 101

8.3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 101

8.3.2 TÍNH TOÁN - 101

8.3.3 HOẠT ĐỘNG - 102

8.4 MẠCH PHÁT ÂM THANH - 102

8.4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 102

8.4.2 TÍNH TOÁN - 103

8.4.3 HOẠT ĐỘNG - 103

8.5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ - 104

8.5.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 104

8.5.2 TÍNH TOÁN - 104

8.5.3 HOẠT ĐỘNG - 107

8.6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI VÀ GIẢI MÃ DTMF - 107

8.6.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 107

8.6.2 TÍNH TOÁN - 107

8.6.3 HOẠT ĐỘNG - 109

8.7 MẠCH NGUỒN - 110

8.7.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 110

8.7.2 HOẠT ĐỘNG - 110

8.8 MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN - 111

8.8.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 111

8.8.2 KẾT NỐI I/O - 111

8.9 LCD VÀ LM35 - 112

8.9.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - 112

8.9.2 HOẠT ĐỘNG - 112

CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ CHƯƠNG TRÌNH - 113

9.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT - 114

PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - 131

PHẦN 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC - 133

PHỤ LỤC - 134

THƯ VIỆN DEFS_16F877A.h - 134

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 139

PHẦN 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

TÀI

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG DẨN NHẬP

1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Mạch được thiết kế để điều khiển 4 thiết bị điện trong nhà nhờ ứng dụng Tone DTMF trong điện thoại, đồng thời kết hợp việc hiển thị nhiệt độ trong

phòng ra một LCD Mạch điện được kết nối với một ĐTDĐ qua Jack cắm Head

Phone Đây em sử dụng điện thoại Nokia với Jack cắm 2mm Muốn điều khiển thiết bị ta bấm số của ĐTDĐ đặt trong mạch điều khiển Trong vòng 3 đến 4 hồi chuông hệ thống sẽ tự động bắt máy Và phát câu thông báo mời nhập mật khẩu

Mật khẩu là được đặt là 1122, nhập xong ta nhấn phím (#) để hệ thống kiểm

tra Nếu trong quá trình nhập bấm nhầm số có thể bấm phím (*) để xóa rồi nhập lại Nếu mật khẩu sai hệ thống sẽ yêu cầu nhập lại, nhưng nếu nhập sai đến ba lẩn thì hệ thống sẽ gác máy Nếu đúng mật khẩu hệ thống sẽ phát thông báo yêu cầu lựa chọn

Nhấn phím 9 (1 lần) để chọn mở thiết bị, nếu thiết bị đang được mở sẽ có thông báo là thiết bị đã được mở, còn nếu thiết bị chưa mở thì sẽ mở thiết bị đó

Nhấn phím (*) để chọn tắt thiết bị , nếu thiết bị đang tắt sẽ có thông báo

là thiết bị đang tắt, còn nếu thiết bị chưa tắt thì sẽ tắt thiết bị đó

Nhấn phím 9 (2 lần liên tiếp) để kiểm tra trạng thái thiết bị

Nhấn các phím 1-2-3-4-5-6-7-8 để chọn các thiết bị

VD: Nhấn 9-4-3-2-1 mở TB4, TB3, TB2, TB1

9-9-1-2-3-4 tắt TB 1, TB 2, TB3, TB4

Khi hệ thống đã bắt máy nếu trong khoản thời gian 30 giây mà không có

phím nào được nhấn sẽ tự động gác máy Để dễ dàng cho việc sử dụng chúng ta

có thể đeo Head Phone trong lúc điều khiển hoặc mở loa ngoài của điện thoại

Nếu nhiệt độ bên ngoài vược quá 50oC thì chuông báo sẽ được bật lên

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa qua điện thoại di động với khả năng phản hồi trạng thái, kết quả điều khiển thiết bị bằng tiếng nói Đồng thời hiển thị nhiệt độ trong phòng qua một

LCD

3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ 1 vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Điều khiển từ xa rất đa dạng phong phú: trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển máy bay không người lái, tên lửa, phi thuyền, vệ tinh nhân tạo… trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăng tính tiện ích và tăng giá trị sử dụng cho các thiết bị

Điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại di động là sự kết hợp giữa các

ngành Điện – Điện tử và Viễn thông, sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển không nhỏ trong Khoa Học Kỹ Thuật , khắc phục được nhiều giới hạn trong

hệ thống điều khiển từ xa và báo động thông thường Hệ thống này không phụ thuộc vào khoảng cách, môi trường ,đối tượng điều khiển và đối tượng báo động

Thực tế là hệ thống điều khiển từ xa và tự động quay số báo động qua mạng điện thoại mặc dù có những đặc trưng nổi bật, nhưng chúng chỉ được ứng dụng ở những công trình có tầm cỡ lớn và chưa thực sự là một sản phẩm phổ biến trong dân dụng là do giá thành sản phẩm còn quá cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, em thực hiện đề tài : “Điều khiển thiết bị

từ xa qua điện thoại di động” với mục đích tạo ra một sản phẩm có độ tin cậy

cao nhưng giá thành sản phẩm hạ nhằm nâng cao đời sống tiện ích cho con người, góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Nhưng đề tài vẫn còn nhiều hạn chế nhất định như chưa thể tự động gọi ra bên ngoài để báo động khi có sự cố bất ngờ

CHƯƠNG 2 MẠ NG GSM

MẠNG GSM

2.1 ĐỊNH NGHĨA GSM

GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Communication" -

Mạng thông tin di động toàn cầu

GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị

trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc

2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM

Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện

thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi (CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn, đặc tính của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia

Ở Việt Nam và các nước trên Thế giới , mạng điện thoại GSM vẫn chiếm

đa số, Việt Nam có 3 mạng điện thoại GSM đó là :

- Mạng Vinaphone : 091 => 094

- Mạng Mobiphone : 090 => 093

- Mạng Vietel 098

2.3 CÔNG NGHỆ CỦA MẠNG GSM

Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA là viết tắt

của từ " Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian

Giải thích : Đây là công nghệ cho phép 7 máy di động có thể sử dụng

chung 1 kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1 khe thời gian để truyền và nhận thông tin

Giải thích : Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó

không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ TDMA

2.5 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MẠNG DI ĐỘNG

Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu vực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS

Cấu trúc mạng thông tin di động

Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vô tuyến

Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần: Trạm thu phát gốc (BTS)

và Trạm điều khiển gốc (BSC: là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC)

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định

Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo

Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động

HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng

ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý Mặc dầu các chức năng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản được báo hiệu

Băng tần GSM 1900MHz

Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần

900MHz , các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz

● Tần số thu và phát của máy di động là do tổng đài điều khiển

♦ So sánh 2 băng tần

Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz

875 thuê bao có thể liên lạc đồng thời trong một thời điểm cho một mạng

di động, đây là con số quá ít không đáp ứng được nhu cầu sử dụng, vì vậy tái sử dụng tần số là phương pháp làm tăng số thuê bao di động có thể liên lạc trong một thời điểm lên tới con số hàng triệu

● Phương pháp tái sử dụng tần số

Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác => gọi là

Cell , mỗi ô có một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thể phát chung một tần số ( như hình dưới thì các ô có cùng mầu xanh hay mầu vàng

Trong một Thành phố có thể có hàng trăm trạm thu phát BTS vì vậy nó

có thể phục vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thời điểm

Thành phố được chia thành nhiều ô hình lục giác, mỗi ô được đặt một trạm

thu phát BTS

● Phát tín hiệu trong mỗi ô

Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp

Phát đẳng hướng

Phát có hướng theo góc 120o

2.8 THỰC HIỆN CUỘC GOI TỪ THIẾT BỊ DI ĐỘNG ĐẾN THIẾT BỊ DI

ĐỘNG

Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

BSC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra…

+ Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC một kênh đang rỗi

+ MSC/VLR sẽ phân tích số điện thoại di động bị gọi để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLR

HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết bị

HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

MSC/VLR gửi thông điệp trả lời đến HLR

HLR phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR đang phục

vụ

MSC/VLR đã biết địa chỉ LA của thiết bị nên sẽ gửi thông điệp đến BSC quản lý LA này

BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA

Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại BSC

BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin cho MSC/VLR MSC/VLR phân tích thông điệp của BSC để tiến hành thủ tục bật trạng thái của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị…

MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết bị

di động chấp nhận trả lời thì kết nối được thiết lập

CHƯƠNG 3 MÁ Y DI ĐỘNG

MÁY DI ĐỘNG

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Sơ đồ khối của điện thoại di động

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Điện thoại di động có 3 khối chính đó là

Khối nguồn

Khối điều khiển

Khối Thu - Phát tín hiệu

Sau đây là chức năng và nguyên lý hoạt động của các khối

3.3 KHỐI NGUỒN

Chức năng :

Điều khiển tắt mở nguồn

Chia nguồn thành nhiều mức nguồn khác nhau

Ổn định nguồn cung cấp cho các tải tiêu thụ

Điện áp V.BAT cấp nguồn trực tiếp vào ba IC đó là IC nguồn, IC công suất phát và IC dung chuông led

Khi ta bật công tắc nguồn => tác động vào IC nguồn qua chân

PWR-ON => Mở ra các điện áp khởi động cấp cho khối điều khiển bao gồm :

+ VKĐ1 ( điện áp khởi động 1 ) 2,8V cấp cho CPU

+ VKĐ2 - 1,8V cấp cho CPU, Memory và IC mã âm tần

+ VKĐ3 - 2,8V cấp cho mạch dao động 26MHz

Sau khi được cấp nguồn, khối vi xử lý hoạt động, CPU sẽ trao đổi dữ liệu với Memory để lấy ra phần mềm điều khiển các hoạt động của máy, trong đó có các lệnh quay lại điều khiển khối nguồn để mở ra các điện áp cấp cho khối thu phát tín hiệu gọi là các điện áp điều khiển bao gồm :

+ VĐK1 (điện áp điều khiển 1) Cấp cho bộ dao động nội VCO

+ VĐK2 Cấp cho mạch cao tần ở chế độ thu

+ VĐK3 Cấp cho mạch cao tần ở chế độ phát

Điều khiển nạp bổ xung :

Dòng điện từ bộ xạc đi vào IC nạp và được CPU điều khiển thông qua lệnh CHA-EN để nạp vào Pin, khi Pin đầy thông qua chân báo Pin BSI đưa về

CPU mà CPU biết và ngắt dòng nạp

Sự hoạt động của khối nguồn được minh hoạ như sau :

- Minh hoạ sự hoạt động của điện thoại khi mở nguồn :

- Bước1 : Lắp Pin vào máy, máy được cấp nguồn V.BAT

- Bước 2 : Bật công tắc ON-OFF, chân PWR-ON chuyển từ mức cao xuống mức thấp

- Bước 3 : IC nguồn hoạt động và cho ra các điện áp VKĐ cung cấp cho khối điều khiển bao gồm dao động 13MHz, CPU và Memory

- Bước 4 : Khối điều khiển hoạt động và truy cập vào bộ nhớ Memory

để lấy ra chương trình điều khiển máy

- Bước 5 : CPU đưa ra các lệnh quay lại IC nguồn để điều khiển mở ra các điện áp cung cấp cho khối thu phát sóng hoạt động

3.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN

Bao gồm CPU ( Center Processor Unit - Đơn vị xử lý trung tâm )

CPU thực hiện các chức năng

- Điều khiển tắt mở nguồn chính, chuyển nguồn giữa chế độ thu và

phát

- Điều khiển đồng bộ sự hoạt động giữa các IC

- Điều khiển khối thu phát sóng

- Quản lý các chương trình trong bộ nhớ

- Điều khiển truy cập SIM Card

- Điều khiển màn hình LCD

- Xử lý mã quét từ bàn phím

- Điều khiển sự hoạt động của Camera

- Đưa ra tín hiệu dung chuông và chiếu sáng đèn Led

- MEMORY ( Bộ nhớ ) bao gồm

- ROM ( Read Olly Memory ) đây là bộ nhớ chỉ đọc lưu các chương trình

quản lý thiết bị, quản lý các IC, quản lý số IMEI, nội dung trong ROM do nhà sản xuất nạp vào trước khi điện thoại được xuất xưởng

bộ nhớ lưu tạm các chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của CPU

- FLASH đây là bộ nhớ có tốc độ truy cập nhanh và có dung lượng khá

lớn dùng để nạp các chương trình phần mềm như hệ điều hành và các chương trình ứng dụng trên điện thoại, khi hoạt động CPU sẽ truy cập vào FLASH để lấy ra phần mềm điều khiển máy hoạt động

các chương trình ứng dụng , tập tin ảnh, video, ca nhạc

3.5 KHỐI THU PHÁT TÍN HIỆU

Khối thu phát tín hiệu bao gồm:

- RX là kênh thu

- TX là kênh phát tín hiệu

* Kênh thu : Kênh thu có hai đường song song dùng cho 2 băng sóng

+ Băng GSM 900MHz có tần số thu từ 935MHz đến 960MHz + Băng DCS1800MHz có tần số thu từ 1805MHz đến 1880MHz

Ở việt nam chỉ sử dụng băng GSM 900MHz vì vậy tìm hiểu và sửa chữa điện thoại ta chỉ quan tâm đến băng sóng này, băng DCS 1800MHz ở nước ngoài

sử dụng Khi thu băng GSM 900MHz , tín hiệu thu vào Anten đi qua

Chuyển mạch Anten đóng vào đường GSM900MHz => Đi qua bộ lọc thu

để lọc bỏ các tín hiệu nhiễu => Đi qua bộ khuếch đại nâng biên độ tín hiệu => Đi qua bộ ghép hỗ cảm để tạo ra tín hiệu cân bằng đi vào IC Cao trung tần

Mạch trộng tần trộn tín hiệu cao tần với tần số dao động nội tạo ra từ bộ dao động VCO => tạo thành tín hiệu trung tần IF => đưa qua mạch khuếch đại trung tần khuếch đại lên biên độ đủ lớn cung cấp cho mạch tách sóng điều pha Mạch tách sóng lấy ra 2 dữ liệu thu RXI và RXQ >> Tín hiệu RXI và RXQ được đưa sang IC mã âm tần để xử lý và tách làm hai tín hiệu :

=> Tín hiệu thoại được đưa đến bộ đổi D - A lấy ra tín hiệu âm tần => khuếch đại và đưa ra loa => Các tín hiệu khác được đưa xuống IC vi xử lý theo hai đường IDAT và QDAT để lấy ra các tin hiệu báo dung chuông, tin nhắn

* Kênh phát

- Tín hiệu thoại thu từ Micro được đưa vào IC mã âm tần

- Các dữ liệu khác ( thông qua giao tiếp bàn phím ) đưa vào CPU xử lý và đưa lên IC mã âm tần theo hai đường IDAT và QDAT

- IC mã âm tần thực hiện mã hoá , chuyển đổi A - D và xử lý cho ra 4 tín hiệu TXIP, TXIN, TXQP, TXQN đưa lên IC cao trung tần

- IC cao trung tần sẽ tổng hợp các tín hiệu lại sau đó điều chế lên sóng cao tần phát

- Dao động nội VCO cung cấp dao động cao tần cho mạch điều chế

- Mạch điều chế theo nguyên lý điều chế pha => tạo ra tín hiệu cao tần trong khoảng tần số từ 890MHz đến 915MHz => tín hiệu cao tần được đưa qua mạch ghép hỗ cảm => đưa qua mạch lọc phát => khuếch đại qua tầng tiền khuếch đại => đưa đến IC khuếch đại công suất khuếch đại rồi đưa qua bộ cảm ứng phát => qua chuyển mạch Anten => đi ra Anten phát sóng về trạm BTS

- IC công suất phát được điều khiển thay đổi công suất phát thông qua lệnh APC ra từ IC cao trung tần

- Một phần tín hiệu phát được lấy ra trên bộ cảm ứng phát =>hồi tiếp về

IC cao trung tần qua đường DET để giúp mạch APC tự động điều chỉnh công suất phát APC ( Auto Power Control )

CHƯƠNG 4 MÃ ĐA TẦN

MÃ ĐA TẦN

4.1 HỆ THỐNG DTMF

Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại 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 multi frequency) là tổng hợp của hai âm thanh Nhưng điểm đặc 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 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

Bàn chuẩn phím 12 số

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

Bàn phím chuẩn 16 số

4.2 TIẾP NHẬN ÂM HIỆU DTMF

Tần số DTMF được chọn kỹ để ở tổng đài có lẫn với những âm hiệu khác

có thể xuất hiện Bộ thu có những mạch lọc rất tốt chỉ để tiếp nhận các tần số

DTMF và có những mạch đo thời gian để đảm bảo âm hiệu xuất hiện trong thời

gian ít nhất là 50ms trước khi nhận lại âm hiệu DTMF Sau khi được nối thông

đến người gọi, bộ thu đã được tách ra khỏi đường dây và thuê bao có thể dùng

bằng nút ấn để chỉnh tín hiệu DTMF đến người bị gọi như là mạch truyền đưa số

liệu tốc độ thấp

4.3 SO SÁNH THỜI GIAN GỬI SỐ

Gửi số bằng lưỡng âm đa tần DTMF nhanh hơn cách quay số rất nhiều về mặt nguyên tắccũng như trên thực tế Với DTMF thời gian nhận được một số là

50ms và thời gian nghỉ giữa hai số là 50ms, tổng cộng là 100ms cho mỗi số Giả

sử gởi đi 10 số:

Với DTMF mất: 100 ms x 10 = 1s

Với đĩa quay số : 5x10x100ms + 9x700ms = 11,3 s

Ngoài ưu điểm sử dụng dễ dàng, nhẹ, DTMF giảm thời gian chiếm dụng

bộ thu số rất nhiều, giảm bởi số lượng bộ thu số dẫn tới giảm giá thành tổng đài

7 8

10

5 6

9

16 3

OSC1 OSC2

STD

Pin 1 (in+): non-inverting op-amp: ngõ vào không đảo

Pin 2 (in-): investing op-amp: ngõ vào đảo

Pin 3 (GS) : gain select giúp truy xuất ngõ ra của bộ khuếch đạI vi sai đầu cuối qua điện trở hồi tiếp

Pin 4 (Vref): reference voltage: ngõ ra thông thường bằng VDD/2

Pin 5 (inh) : inhibit : ngõ vào khi chân này ở mức logic cao thì không nhận dạng được kí tự A,B,C ở ngõ ra (undelected)

Pin 6 (pwdn): power down: ngõ vào tác động mức cao Khi chân này tác động thì sẽ cấm mạch dao động và IC 8870 hoạt động

Pin 7 (osc1) : xung clock ngõ vào

Pin 8 (osc1) : xung clock ngõ ra NốI 2 chân 7, 8 vớI thạch anh 3.58MHz

sẽ tạo thành dao dộng nội

Pin 9 (Vss) : nối mass

Pin 10 (TOE): three stage output: ngõ ra Q1-Q4 hoạt động khi TOE ở mức cao

Pin 11 đến 14: ngõ ra Q1-Q4, khi chân TOE ở mức cao thì các chân này cung cấp mã tương ứng với các cặp tone dò tìm được theo bảng chức năng, khi TOE ở mức thấp thì dữ liệu ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao

Pin 15 (STD) : delayed steering: chân này ở mức cao khi gặp tần số tone

đã được ghi nhận và ngõ ra chốt dữ liệu , trở về mức thấp khi điện áp ST/GT nhỏ hơn điện áp ngưỡng VTST

Pin 16 (EST) : early steering: chân này lên mức 1 khi bộ thuật toán nhận được cặp tone và trở về mưc 0 khi mất tone

Pin 17 (ST/GT): steering input/guard tone output: khi điện áp VC lớn hơn VTST thì ST sẽ điều khiển dò tim cặp tone và chốt ngõ ra

Pin 18 (VDD) : điện áp cung cấp thường là +5v

Sơ đồ khối bên trong MT 8870 Bảng giải mã các tín hiệu DTMF:

F low F igh phím D0 D1 D2 D3

 Dial tone filter :

Khối này sẽ tách tín hiệu tone thành nhóm tần số thấp và nhóm tần số cao Nhóm tần số thấp từ 697 Hz đến 941 Hz và tần số cao từ 1209 Hz đến 1633 Hz

cả hai nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông bởi bộ dò Zero crossing

ngắn cho phép thì chân STD

4.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Điện áp tại ngõ vào ST/GT gọi là điện thế VC Ban đầu cặp tần số của mã tone được qua bộ lọc tần số (dial tone filter) Bộ này sẽ tách tín hiệu thành hai nhóm Một nhóm tần số thấp, một nhóm tần số cao Việc này thực hiện được nhờ

bộ lọc thông dãy bậc 6 Nhóm thứ nhất sẽ lọc thông dãy tần số từ 697HZ đến 941HZ và nhóm thứ hai sẽ lọc thông dãy tần số từ 1209 HZ đến 1633 HZ Hai nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông bởi bộ dò Zero crossing Sau khi có được xung vuông, xung này được xác định tần số và kiểm tra chúng có tương ứng với cặp tần số chuẩn DTMF hay không nhờ thuật toán trung bình phức hợp (complex averaging) Nhờ kỹ thuật này mà mạch sẽ bảo vệ được các tone