Luận án TN đề tài tổng đài nội bộ

KHÁI NIỆM TỔNG ĐÀI Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi Calling Side đến thiết bị đầu cuối bị gọi Call

LỜI MỞ ĐẦU

I GIỚI THIỆU CHUNG

Cùng với đời sống ngày càng nâng cao của con người, nhu cầu về thông tin liên lạc cũng vì thế mà càng quan tâm đặc biệt Thông tin- liên lạc nhanh chóng tiện lợi mang lại cảm giác thoải mái, dễ dàng cho con người, giúp con người xóa bỏ khoảng cách về khônggian, thời gian, giúp chúng ta có cảm giác gần gũi, quan tâm và chia sẻ lẫn nhau

Nhằm thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao ấy, ngành điện tử - viễn thông đã cho ra đời rất nhiều sản phẩm, hệ thống như: hệ thống tổng đài, máy phát thanh truyền hình, radio, điện thoại… nhằm kết nối mọi người ở nhiều nơi khác nhau Hệ thống tổng đài ra đời giúp việc thông tin liên lạc của con người trở nên nhanh chóng thuận tiện và dễ dàng hơn

Trong khuôn khổ đề tài ĐATN chuyên ngành điện tử - viễn thông, em xin thực hiện tổng đài nội bộ PABX 1 trung kế - 8 thuê bao

II NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Trong phạm vi đề tài mô hình hệ thống tổng đài nội bộ PABX 1-8 được thiết kế bao gồm:

- Mạch thoại nội bộ: kết nối thông thoại giữa các thuê bao nội bộ

- Mạch trung kế: kết nối thuê bao bên ngoài với thuê bao nội bộ hay thuê bao nội bộvới ra thuê bao bên ngoài

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG ĐÀI

I KHÁI NIỆM TỔNG ĐÀI

Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi ( Calling Side ) đến thiết bị đầu cuối bị gọi (Called Side)

Trong sự phát triển kỹ thuật về viễn thông, có hai bước ngoặc rõ ràng:

- Vào thập kỷ 1960 là sự xóa bỏ khoảng cách điện thoại, gọi được đi khắp thế giới, trái đất như co lại

- Vào thập kỷ 1980 là sự chinh phục thời gian, sự thành công của kỹ thuật số phân theo thời gian lẫn về chuyển mạch truyền dẫn

Ngày nay, kỹ thuật số và chuyển mạch, truyền dẫn… phân theo thời gian đã trở nên rất phổ biến và là phương thức làm việc chủ yếu trong các hệ tổng đài hiện nay Trong đó

kỹ thuật điều chế xung mã (PCM) được sử dụng rất hiệu quả trong các mạng truyền số liệu, tiếng nói, hình ảnh đang phát triển hiện nay, đó là mạng số liên kết dịch vụ ISDN

II PHÂN LOẠI TỔNG ĐÀI

1 Phân loại theo công nghệ: được chia làm 2 loại

1.1 Tổng đài nhân công

Tổng đài nhân công ra đời từ khi mới bắt đầu hệ thống thông tin điện thoại Trong tổng đài, việc định hướng thông tin được thực hiện bằng sức người Nói cách khác, việc kết nối thông thoại cho các thuê bao được thực hiẹn bằng thao tác trực tiếp của con người

Nhược điểm của tổng đài nhân công là:

• Thời gian kết nối lâu

• Dễ nhầm lẫn

• Khó mở rộng dung lượng

• Tón nhiều nhân công

1.2 Tổng đài tự động: được chia làm 2 loại chính

a Tổng đài cơ điện

- Kỹ thuạt chuyển mạch trong tổng đài cơ điện nhờ vào các bộ chuyển mạch cơ khí, được điều khiển bằng các mạch điện tử, bao gồm:

• Chuyển mạch quay tròn

• Chuyển mạch từng nấc

• Chuyển mạch ngang dọc

- Trong tổng đài cơ điện, việc nhận dạng thuê bao gọi, xác định thuê bao bị gọi, cấp

âm hiệu, kết nối thông thoại đều được thực hiện một cách tự động nhờ các mạch điều khiển bằng điện tử cùng với bộ chuyển mạch bằng cơ khí

- So với tổng đài nhân công, tổng đài cơ điện có những ưu điểm lớn:

• Thời gian kết nối nhanh chóng hơn, chính xác hơn

• Dung lượng tổng đài có thể tăng lên nhiều

• Giảm nhẹ công việc của điẹn thoại viên.

- Tuy nhiên tổng đài cơ điện có một số nhược điểm sau:

• Thiết bị cồng kềnh

• Tốn nhiều năng lượng

• Điều khiển kết nối phức tạp

Có thể tăng dung lượng thuê bao lớn mà thiết bị không phức tạp lên nhiều

2 Phân loại theo cấu trúc mạng điện thoại Việt Nam

- Hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng đài sau:

• Tổng đài cơ quan PABE (Private Automatic Branch Exchange): được sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và chỉ sử dụng các trung kế CO-line

• Tổng đài nông thôn RE (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu dân

cư đông, chợ… và có thể sử dụng các loại trung kế

• Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện tỉnh và

sử dụng tất cả các loại trung kế

• Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tổng đài nội hạt ở các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước, không có mạch thuê bao

• Tổng đài cửa ngõ quốc tế GTE (Gate Way Exchange): tổng đài này được dùng để chọn hướng và chuỷen mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế Để nối các mạng quốc gia với nhau, có thể chuyển quá giang các cuộc gọi

III CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG TỔNG ĐÀI

Mặc dù các hệ thống tổng đài được nâng cấp rất nhiều từ khi nó được phát minh ra, các chức năng cơ bản của nó như xác định các cuộc gọi thuê bao,kết nối với thuê bao bị gọi và sau đó tiến hành phục hồi lại khi các cuộc gọi đã hoàn thành hầu như vẫn như cũ

Hệ thống tổng đài nhân công tiến hành các quá trình này bằng tay, trong khi hệ tổng đài

tự động tiến hành các công việc này bằng các thiết bị điện

Trong trường hợp đầu, khi một thuê bao gửi đi một tín hiệu thoại tới tổng đài, nhân viên cắm nút trả lời đường dây bị gọi vào ổ cắm của dây chủ gọi để thiết lập cuộc gọi với phía bên kia Khi cuộc gọi đã hoàn thành, người vận hành rút dây nối ra và đưa nó về trạng thái ban đầu Hệ tổng đài nhân công được phân loại thành loại điện từ và hệ dùng ac-qui chung Đối với hệ điện từ thì thuê bao lắp thêm cho mỗi ăcqui một nguồn cung cấpđiện Các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được đơn giản chuyển đến người

Đối với hệ tổng đài tự động, các cuộc gọi được phát ra và hoàn thành thông qua các bước sau:

Nhận dạng thuê bao gọi

Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nối tới mạch điều khiển

Tiếp nhận số được quay

Khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, hệ tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi Hệ tổng đài thực hiện các chức năng này

Kết nối cuộc gọi

Khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, hệ tổng đài sẽ chọn các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và sau đó chọn một đường rỗi trong

số đó Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng

Chuyển thông tin điều khiển

Khi được nối tới tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số thuê bao bị gọi

Kết nối trung chuyển

Trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài trung chuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số thuê bao bị gọi được truyền đi

Kết nối tại trạm cuối

Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê bao bị gọi được truyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến hành Nếu máy không ở trạng thái bận thì một đường nối được nối với các đường trung kế được chọn để kết nối các cuộc gọi

Truyền tín hiệu chuông

Để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và chờ cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi Khi trả lời, tín hiêu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thành trạngthái máy bận

Tính cước

Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần thiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian gọi

Truyền tín hiệu báo bận

Khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo các buóc trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê bao chủ gọi

Do đó, các điểm cơ bản sau đây phải được xem xét khi thiết kế các chức năng này:

1 Tiêu chuẩn truyền dẫn

Mục đích đầu tiên cho viẹc đấu nối điện thoại là truyền tín nóivà theo đó là một chỉ tiêu của việc truyền dẫn để đáp ứng chất lượng gọi phải được xác định bằng cách xem, xét sự mất mát khi truyền , độ rộng dãi tần số truyền dẫn và tạp âm

2 Tiêu chuẩn kết nối

Điều này liên quan đến vấn đề dịch vụ đấu nối cho các thuê bao Nghĩa là chỉ tiêu về các yêu cầu đối với các thiết bị tổng đài và số các đường truyền dẫn nhằm bảo đảm chất lượng kết nối tốt Nhằm mục đích này, một mạng lưới tuyến tính linh hoạt có khả năng xử lí đường thông có hiệu quả với tỉ lệ cuộc gọi bị mất ít nhất phải được lập ra

3 Độ tin cậy

Các thao tác điều khiển phải được tiến hành phù hợp, đặc biệt các lỗi xuất hiẹn trong hệ thống với những chức năng điều khiển tập trung cóthể gặp phải hậu quả nghiêm trọng trong thao tác hệ thống Theo đó, hệ thống phải có được chức năng sữa chữa và bảo dượng hữu hiệu bao gồm việc chuẩn đoán lỗi, tìm và sữa chữa

4 Độ linh hoạt

Số lượng các cuộc gọi có thể xử lí thông qua các hệ thống tổng đài đã tăng lên rất nhiều vànhu cầu nâng cấp các chức năng hiện nay đã tăng lên Do đó, hệ thống phải đủ linh hoạt để mở rộng và sửa đổi được

5 Tính kinh tế

Do các hệ thống tổng đài điện thoại là cơ sở cho việc truyền thông đại chúng nên chúng phải có hiệu quả về chi phí và có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại chất lượng cao

Căn cứ vào các xem xét trên, một số tổng đài tự động đã được triển khai và lắp đặt kể từ khi nó được đưa vào lần đầu tiên

VI CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU TRONG ĐIỆN THOẠI

1 Giới thiệu

Trong mạng điện thoại, việc thiết lập và giải tỏa đường kết nối tạm thời tùy theo các chỉ thị và thông tin nhận được từ các đường dây thuê bao Vì vậy các tín hiệu báo hiệu trong điện thoại có vai trò quan trọng trong việc hoạt động của toàn bộ mạng lưới cũng như ở trong một số loại hình dịch vụ của mạng

2 Phân loại các thông tin âm hiệu

a Thông tin yêu cầu và giải tỏa cuộc gọi

- Thông tin yêu cầu cuộc gọi: khi đó thuê bao gọi nhấc tổ hợp và tổng đài sẽ kết nối đến thiết bị thích hợp để nhận thông tin địa chỉ ( số bị gọi)

- Thông tin giải tỏa: khi đó cả hai thuê bao gác máy tổ hợp (onhook) và tổng đài sẽ giải tỏa tất cả các thiết bị được làm bận cho cuộc gọi và xóa sạch bất kì thông tin nào khác được dùng cho việc thiết lập và kiểm giữ cuộc gọi.

b Thông tin chọn địa chỉ

Khi tổng đài đã sẵn sàng nhận thông tin địa chỉ, nó sẽ gửi một tín hiệu yêu cầu Đó chính là âm hiệu quay số đến thuê bao

c Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ

Thông tin này chỉ dẫn tình trạng của đường dây bị gọi hoặc lí do không hoàn tất cuộc gọi

d Thông tin giám sát

Chỉ rõ tình trạng nhấc/gác tổ hợp của thuê bao gọi và tình trạng on-off hook của thuê bao gọi sau khi đường nối thoại đã được thiết lập

- Thuê bao gọi nhấc tổ hợp

- Thuê bao bị gọi đã trả lời và việc tính cước đã bắt đầu

- Thuê bao bị gọi gác tổ hợp

- Thuê bao bị gọi đã gác tổ hợp kết thúc cuộc gọi và ngắt đường kết nối cuộc gọi sau một thời gian nếu thuê bao gọi không gác máy

3 Báo hiệu trên đường dây thuê bao

a Báo hiệu trên đường dây thuê bao gọi

Trong các mạng điện thoại hiện nay, nguồn tại tổng đài cung cấp đến các thuê bao thường là 48VDC-52VDC

 Yêu cầu cuộc gọi: khi thuê bao rỗi, trở kháng đường dây cao, trở kháng đường dây xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăngcao 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

 Tín hiẹu 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 chỉđược ngắt ra Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gửi một trong các tín hiệu sau:

- Nếu đường dây gọi bị rỗi, âm hiệu hồi âm chuông đến thuê bao gọi và dòng điện rung chuông đến thuê bao bị gọi

- Nếu đường dây bị bận hoặc không thể vào được thì âm hiệu bận sẽ đến thuê bao gọi

- Một thông báo đã được ghi sẵn gửi đến số thuê bao gọi để chỉ dẫn cuộc gọi hiện tại

bị thất bại, khác với trường hợp thuê bao bị gọi mắc bận

 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 sử dụng để hoạt động thiết bị đặc biệt đã được gắn vào thuê bao gọi ( như máy tín cước)

 Tín hiệu giải tỏa: Khi thuê bao gọi giải tỏa có nghĩa là on hook, tổng trở đường dây lên cao Tổng đài xác nhận tín hiệu này giải tỏa tất cả các thiết

bị liên quan đến cuộc gọi và xóa các thông tin trong bộ nhớ đang được

dùng để kiềm giữ cuộc gọi Thông thường tín hiệu này có trong khoảng thời gian hơn 500ms.

b Báo hiệu trên đường dây thuê bao bị gọi

 Tín hiệu rung chuông: Đường dây thuê bao rỗi nhận cuộc gọi đến, tổng đài sẽ gửi dòng điện rung chuông đến máy bị gọi Dòng điện này có tần

số 20Hz, 25Hz, 50Hz được ngắt khoảng thích hợp Âm hiệu hồi âm chuông cũng được gửi về thuê bao gọi

 Tín hiệu trả lời: Khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp nhận cuộc gọi, tổng trở đường dây xuống thấp, tổng đài phát hiện việc này sẽ cắt dòng điện rung chuông và âm hiệu hồi âm chuông bắt đầu giai đoạn đàm thoại

 Tín hiệu giải tỏa: Nếu sau khi giai đoạn đàm thoại, thuê bao bị gọi ngắt tổhợp trước thuê bao gọi sẽ thay đổi tình trạng tổng trở đường dây, khi đó tổng đài sẽ gửi tín hiệu đường dây lâu dài đến thuê bao gọi và giải tỏa cuộc gọi sau một thời gian

 Tín hiệu gọi lại bộ ghi phát: Tín hiệu gọi lại trong giai đoạn quay số trongkhoảng thời gian thoại được gọi là tín hiệu gọi lại bộ ghi phát

4 Hệ thống âm hiệu của tổng đài

Đường dây điện thoại hiện nay gồm có 2 dây và thường gọi đó là Tip và Ring có màu

đỏ và xanh Chúng ta không cần quan tâm đến dây nào mang tên là Tip hoặc Ring vì điều này thật sự không quan trọng Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn

từ tổng đài thông qua dây Tip và Ring Điện áp cung cấp thường là 48VDC, nhưng nócũng có thể thấp đến 47VDC hoặc cao đến 105VDC tùy thuộc vào tổng đài

Ngoài ra, để hoạt 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 Signal)

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao

đó biết có nguòi bị gọi Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số 25Hztuy 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

4s2s

48V

gửi đến theo dạng xung thường là 2 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 Signal)

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

- Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi

- Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiện cuộc gọi ngay lúc này Thuê bao phải chờ đến khi nghe tín hiệu mời gọi Khi thuê bao bị gọi đã nhấc máy trước khi thuê bao gọi cũng nghe được tín hiệu này

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng sin tần số 425Hz, có chu kì 1s (o.5s

có và 0.5s không)

0,5s0,5s

d Tín hiệu chuơng hồi tiếp

Tín hiệu hồi âm chuơng (RINGBACK TONE): là tín hiệu soay chiều cĩ tần số

f=425± 25Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s cĩ 4s khơng

e Gọi sai số

Nếu bạn gọi nhầm một số mà nĩ khơng tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu xung cĩ chu kì 1Hz và cĩ tần số 200Hz – 400Hz Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngày nay bạn sẽ nhậnđược thơng báo rằng bạn gọi sai số

f Tín hiệu báo gác máy

Khi thuê bao nhấc ống nghe (telephone receiver) ra khỏi điện thoại rất lâu mà khơng gọi cho

ai thì thuê bao sẽ nhận được một tín hiệu chuơng rất lớn ( để thuê bao cĩ thể nghe được khi ở

xa máy) để cảnh báo Tín hiệu này là tổng hợp của bốn tần số 1400Hz + 2050HZ + 2450Hz +2600Hz được phát dạng xung 0.1s cĩ và 0.1 s khơng

g Tín hiệu đảo cực

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 đĩ hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ở các trạm cơng cộng cĩ trang

bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước

4s2s

10V

Đảo cực

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

Vùng hoạt động(Hz)

Chuẩn(Hz)

2450+2600

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

OTHER REGISTER

128 byte RAM

128 byte RAM 8051\805 2

ROM 4K: 8031 4K: 8051 EPROM 4K: 8951

CHƯƠNG 2:KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN

AT89C51

Vi xử lí AT89C51 được chế tạo bởi hãng ATMEL, về cơ bản nó có cấu trúc bên trong,

sơ đồ chân cũng như sử dụng tập lệnh tương thích với họ MCS51 của hãng INTEL

I SƠ ĐỒ KHỐI CỦA AT89C51

Các đặc điểm của AT89C51 được tóm tắt như sau:

8 KB EPROM bên trong 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

128 Byte RAM nội Xử lí

xuất/ nhập I/O 8 bit 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

Giao tiếp nối tiếp 4µs cho hoạt

INT1\ INT0\

TIMER1 TIMER2

II KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN AT89C51

1 Sơ đồ chân AT89C51:

2 Chức năng các chân của AT89C51:

AT89C51 có tất cả 40 chân có chức năng

như các đường xuất nhập Trong đó có 24 chân có

tác dụng kép ( có nghĩa 1 chân có 2 chức năng),

mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập

hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần

của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

a Các Port:

o Port 0:

Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân

32-39 của 8951 Trong các thiết kế cỡ nhỏ không

dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các

đường I/O Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ

mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus

dữ liệu

o Port 1:

Port 1 là port I/O trên các chân 1-8 Các

chân được kí hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … có thể

dùng cho giao tiếp với thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

RD\

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0Ngõ vào ngắt cứng thứ 1Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoàiTín hiệu đọc dữ liệu bộ nhớ ngoài

AT89C51

9 18

30 31

1 2 3 4 5 6 7 8

21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17

39 38 37 36 35 34 33 32

RST XTAL2

ALE/PROG EA/VPP

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7

b Các ngõ tín hiệu điều khiển:

o Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nối tới chân OE (Output enable) của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh

o Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable):

Khi 8951 truy xuất bộ nhớ ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và đĩa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ

30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khikết nối chúng với IC chốt

o Ngõ tín hiệu EA (External Access):

Tín hiệu vào EA ở chân 31 thường được mắc mức 1 hnoặc mức 0 Nếu ở mức

1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 KB Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA đượclấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951

o Ngõ tín hiệu RST (Reset):

Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào reset của 8951 Khi ngõ vào tín hiệu này đưalên cao ít nhất là 2 chu kì máy, các thanh ghi bên trong được nạp các giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động reset

o Ngõ vào bộ dao động X1, X2:

Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz

o Chân 40 (Vcc): được nối lên nguồn 5V

III CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN

1 Tổ chức bộ nhớ

RAM và các thanh ghi chức năng đặc biệt

Bộ nhớ trong 8951 bao gồm EPROM và RAM RAM trong 8951 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanhghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

IC 8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951 nhưng 8951 vẫn có thể kết nói đến 64KB bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu

Hai đặc tính cần chú ý:

 Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị trong bộ nhớ và

có thể truy xuất trực tiếp

 Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài

A RAM

Bên trong 8951 được phân chia như sau:

 RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

 RAM đa dụng từ 30H đến FFH

 Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

RAM đa dụng:

 Ta thấy các byte đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H đến 7FH, 32 byte dưới

từ 00H đến 1FH cũng có thể dùng với mục đích tương tự Mọi địa chỉ trongvùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

 RAM có thể truy xuất từng bit: 8951 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong

đó có 128 bit có chứa các byte có chứa các địa chỉ từ 20H đến 2FH và các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặc tính mạnh của Microcontroller xử

lí đòi hỏi một chuỗi lệnh đọc – sửa – ghi để đạt được mục đích tương tự Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được tùng bit

 128 bit truy xuất từng bit này cũng cò thể truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng

B Các bank thanh ghi

 32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi Bộ lệnh

8951 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có các địa chỉ từ 00H đến 07H

 Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chị trực tiếp Các d ữ liệu dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này

 Do có 4 bank thanh ghi nên tại một thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất bởi các thanh ghi R0 đến R7 để chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái

C Các thanh ghi có chức năng đặc biệt

Các thanh ghi nội của 8951 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh

Các thanh ghi trong 8951 được định dạng như một phần của RAM trên chip

vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ ( ngoại trừ thanh ghi bộ đếm chương trình

và thanh ghi lệnh vì các thanh ghi này hiếm khi bị tác động trực tiếp) Cũng như R0 đến R7, 8951 có 21 thanh ghi có chức năng đặc biệt (SFR: Special Function Register) ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ từ 80H đến FFH

Chú ý: Tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21 thanhghi có chức năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ Ngoại trừ thanh ghi A

có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR có địa chỉ hóa từng bit hoặc từng byte

D Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program Status World)

BIT SYMBOL ADDRESS DESCRIPTION

Chức năng từng bit trạng thái chương trình

• Cờ Carry CY (Carry Flag): Cờ nhớ có tác dụng kép Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học

• Cờ Carry phụ AC (Auxiliary Carry Flag): khi cộng những giá trị BCD (Binary Code Decimal), cờ nhớ phụ AC được set nếu kết quả 4 bit thấp nằm trong phạm viđiều khiển 0AH ÷ 0FH Ngược lại AC=0

• Cờ 0 (Flag 0): là 1 bit cờ đa dụng

Những bit chọn bank thanh ghi truy xuất:

• RS1 và RS0 quyết định dãy thanh ghi tích cực Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bởi phần mềm khi cần thiết

• Tùy theo RS1, RS0 = 00, 01,10,11 sẽ được chọn bank tích cực tương ứng là

Bank0, Bank1, Bank2, Bank3

oBit tự động được set hay clear ở mỗi chu kì máy để lập Parity chẵn với thanh ghi

A Sự đếm các bit 1 trong thanh ghi A cộng với bit Parity luôn luôn chẵn

oBit Parity thường được dùng trong sự kết hợp với những thủ tục của Port nối tiếp

để tạo ra bit Parity trước khi phát đi hoặc kiểm tra bit Parity sau khi thu

• Thanh ghi B:

o Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi A cho các phép toán nhân chia.

o Thanh ghi B có thể được dùng như một thanh ghi đệm trung gian đa mục đích

Nó là những bit định vị thông qua những địa chỉ từ F0H÷F7H

chỉ 81H Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện thành trên đỉnh ngăn xếp Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp (PUSH) và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp (POP) Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu và lệnh lấy ra khỏi ngăn xếp sẽ làm giảm SP Khi Reset 8951, SP sẽ mang giá trị mặc định là 07H và dữ liệu đầu tiên sẽ được cất vào ô nhớ ngăn xếp có địa chỉ 08H Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động SP một giá trị mới thì bank thanh ghi 1có thể cà và 3 sẽ không dùng được vì vùng RAM này được dùng làm ngăn xếp

• Các thanh ghi Port (Port Register): bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90H, Port 2 ở địa chỉ A0H, và Port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các Port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng tiếp

• Các thanh ghi Timer (Timer Register):

8951 có chứa 2 bộ định thời/ bộ đếm 16 bit được dùng cho việc định thời , đếm sự kiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0: byte thấp) và 8CH (TH0: byet cao) Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1: byet thấp) và 8DH (TH1: byte cao) Việc khởi động timer được set bởi TimerMode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển Timer (TCON) ở địa chỉ 88H Chỉ

có TCON được địa chỉ hóa từng bit

• Các thanh ghi Port nối tiếp (Serial Port Register):

8951 chứa một Port nối tiếp cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với IC khác Một thanh ghi đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả hai dữ liệu truyền và nhận

• Các thanh ghi ngắt (Interrup Register):

8951 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi bị reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ A8H Cả hai được địa chỉ hóa từng bit

• Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register):

Thanh ghi PCON không có bit định vị Nó ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển

Thanh ghi PCON được tóm tắt như sau:

o Bit 7 (SMOD): Bit có tốc độ Baud ở mode 1, 2, 3 ở port nối tiếp khi set

o Bit 6, 5, 4 : không có địa chỉ

o Bit 3 (GF1): bit cờ đa năng 1

o Bit 2 (GF0): bit cờ đa năng 2

o Bit 1* (PD): set để khởi động mode Power Down và thoát để reset

o Bit 0 (IDL): set để khởi động mode Idle và thoát khi ngắt mạch hoặc reset

Các bit điều khiển Power Down và Idle có tác dụng chính trong tất cả các IC

họ MSC-51 nhưng chỉ được thi hành trong sự biên dịch của CMOS

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

I SƠ ĐỒ KHỐI

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ

1 Khối điều khiển trung tâm

Bao gồm vi xử lí 8951 Khối này điều khiển toàn bộ hoạt động của tổng đài, thực hiện các chức năng giám sát và nhận biết các trạng thái của thuê bao rồi từ đó gởi các lệnh điều khiển

4 7

+ Chân 1 (IN+): ngõ vào (Non Inverting Opamp)

+ Chân 2 (IN-): ngõ vào (Inverting Opamp)

+ Chân 3 (GS): Gain Select, giúp truy xuất ngõ ra của bộ khuếch đại vi sai đầu cuối qua điện trở hồi tiếp

+ Chân 4 (Vref): Reference Voltage (ngõ ra), thường bằng Vdd/2

+ Chân 5&6: nối với Vss

+ Chân 7: OSCM

+ Chân 8: OSC2

+ Chân 9: VSS.

+ Chân 10: TOE Ngõ ra Q1 – Q4 hoạt động khi TOE ở mức cao

+ Chân 11 – 14 (Q1 – Q4) : Khi TOE ở mức cao các chân này cung cấp mã tương ứng với các cặp tone tìm được ( theo bảng giải mã chức năng) Khi TOE ở mức thấp, các chân này ở trạng thái tổng trở cao

+ Chân 15 (STD): ở mức cao khi cặp tần số tone thu được đã ghi nhận và ngõ ra chốt thích hợp, trở về mức thấp khi điện áp trên ST/GT nhỏ hơn điện áp ngưỡng (Vtst)

+ Chân 16 (EST): ở mức cao ngay khi bộ thuật toán số đã dò tìm được cặp tone thích hợp (Signal Condition) Sự mất Signal Condition tức thời làm cho EST trở lại mức thấp

+ Chân 17 (ST/GT): Khi điện áp ra Vc > Vtst thì IC sẽ tiếp nhận cặp tone mới Ngõ ra GT sẽ xóa thời hằng RC bên ngoài

+ Chân 18: Vdd= 5V

7 8

1 0

5 6

9

.

.

.

.

.

.

.

.

Gồm các relay, các transistor, các diode và các điện trở

- Relay: gồm 5 chân, hoạt động ở điện áp 5V, nhiệm vụ chính là chuyển mạch cuộc gọi

- Transistor: dùng BC558, mắc E chung

- Diode: dùng IN 4004

- Điện trở: dùng các điện trở 4K7 và các điện trở 10K kéo lên

Sơ đồ chuyển mạch:

4 Khối tạo tone (Tone Generation)

Sơ đồ khối âm hiệu:

P 3 4

C 5

1 0 0 n

5 V D

5 Khối thuê bao

- Gồm 8 bộ chỉ thị trạng thái, mỗi bộ chỉ thị ứng với mỗi điện thoại

- Tất cả bộ chỉ thị được liên kết tới Port 2

- Khi một người nhấc điện thoại lên, một điện áp đặt trên điện trở R26 và kích hoạt transistor liên quan, kể từ lúc này một mức logic thấp xuất hiện trên cực C Mức logic này được đọc bởi vi điều khiển trên Port2

Sơ đồ khối thuê bao:

6 Khối nguồn

- Nguồn cấp chính là 220VAC, được hạ áp còn 24V và 72V

- Nguồn 24VAC qua cầu diode tạo ra điện áp DC, qua tụ điện áp này lọc ra 40DC, rồi đi qua IC 7818 tạo ra điện áp 18VDC Điện áp 18VDC được sử dụng cho hệ thống điện thoại nhờ 2 nguồn cấp dùng thông qua gyrator, một cho speech bus, cái còn lại cho standby bus

- Nguồn 72 VAC được sử dụng để cấp điện áp chuông cho điện thoại và được điều khiển bằng RING RELAY

Sơ đồ khối nguồn:

5 6 8

7 Khối trung kế

- Gồm mạch phát hiện chuông, mạch giữ cuộc gọi và mạch chơi tin nhắn

- Mạch phát hiện chuông: mạch này dùng để biến đổi các tín hiệu ngõ vào thành các xung Những xung này được đếm bởi Timer 1/ P3.5 trong vi điều khiển Hệ thống sẽ giữ cuộc gọi sau 2 tiếng chuông tương ứng với 37 xung

- Mạch giữ cuộc gọi: trong mạch này IC LCA10 đóng vai trò như một hook-swich, điều khiển bởi P1.6 Nó thực hiện 2 chức năng, thứ nhất giữ cuộc gọi vào, thứ hai là truyền tin nhắn âm thanh trên đường dây điện thoại

- Trình chơi tin nhắn: sử dụng UM66T được điều khiển bởi P3.7 Nhiệm vụ của IC này là phát tin nhắn âm thanh thông qua tụ C8

Sơ đồ khối trung kế:

III NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

1 Cuộc gọi nội bộ

Khi tổng đài bắt đầu hoạt động thì vi điều khiển thực hiện khởi tạo điều khiển thanh ghi cho Timer 1 đặt ở mode 2, chế độ counter và thực thi quá trình kiểm tra trạng thái củacác thuê bao

Lúc chưa nhấc máy, trở kháng đường dây lớn nên không có dòng điện chạy qua Khi nhấc máy, trở kháng nhỏ nên có dòng điện chạy qua điện trở R của thuê bao gọi, một điện

áp xuất hiện trên điện trở này khiến transistor dẫn, làm cho cực C của transistor BC548 ở mức logic thấp Mức logic thấp này được vi điều khiển 89C51nhận ở Port2 Từ lúc này

8951 biết được thuê bao nào nhấc máy nên tiến hành cho relay tương ứng chuyển mạch sang speech bus và cấp tone mời quay số Khi thuê bao nhận được tone mời quay số và thực hiện quay số thì tín hiệu quay số này được chuyển tới DTMF MT8870, tại đây MT8870 tiến hành giải mã tín hiệu ra dạng nhị phân và truyền tín hiệu này đến 89C51 Viđiều khiển sẽ tiến hành xử lí xem thuê bao nào bị gọi Sau khi phân tích sẽ gửi tín hiệu ra Port0, TST BC558 dẫn làm relay tương ứng chuyển mạch sang speech bus đồng thời chuyển relay chuông làm thuê bao bị gọi phát chuông Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, relay chuông bị ngắt và hai thuê bao tiến hành thông thoại Nếu cuộc gọi hoàn thành thì

vi điều khiển sẽ cho tiến hành reset hệ thống và quay lại tình trạng kiểm tra trạng thái các thuê bao

2 Cuộc gọi từ bên ngoài

Khi thuê bao bên ngoài gọi cho thuê bao nội bộ thì vi điều khiển sẽ tiến hành xử lí ngắt chương trình chính và thực hiện dịch vụ cuộc gọi Nếu thuê bao nội bộ ở chế độ rỗi thì sẽ có tín hiệu chuông xuất hiện Tín hiệu chuông này sẽ được 4N35 chuyển tín hiệu sin xoay chiều thành tín hiệu xung cung cấp đến Port 3.5 của vi điều khiển Vi điều khiển tiến hành đếm 37 xung tương đương 2 tiếng chuông để giữ cuộc gọi bên ngoài và điều khiển UM66T phát nhạc chờ cho thuê bao bên ngoài Lúc này relay chuyển mạch vào đường dây trung kế để thuê bao bên ngoài bắt đầu quay số nội bộ Sau khi quay số thì relay chuyển mạch trung kế trở về vị trí ban đầu, đồng thời vi điều khiển kết nối thuê bao

bị gọi vào speech bus, tiến hành đổ chuông cho thuê bao bị gọi rồi chuyển relay chuyển mạch trung kế vào đường dây trung kế để tiến hành thông thoại bình thường Khi cuộc gọi hoàn thành thì vi điều khiển sẽ trở về chương trình chính từ quá trình ngắt

1