1、单工无线呼叫系统 【摘要】 ： 本文主要介绍以 AT89S51单片机为核心的一个具有单工语音和英文数据传输功能无线呼叫系统。该系统的主站主要由单片机与双音频（ DTMF）信号编码器以及锁相频率发射机组成；从站主要由由单片机与高保真调频接收机以及双音频信号解码器组成。主站与从站通过锁相频率发射机与高保真调频接收机进行通讯。双音频（ DTMF）信号编码器与双音频信号解码器能对调频信号中的双音频（ DTMF）信号进行调制与解调。双音频（ DTMF）信号编码器与双音频信号解码器使得本系统具有数据传输能力。在传输语音信号的同时 也能传输一定的数据信息，对于小型的通讯系统具有一定的适用性。 【关键词】：
2、单片机 双音频（ DTMF） 锁相环 数据传输 【 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 the single chip, DTMF signal encoder and PLL f
3、requency 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 the system capable of transmitting the data. Th
4、e 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 一、方案比较与论证 1、编码方案的选择与论证 方案一：采用双音频（ DTMF）信号发生器 HT9200B将从单片机要发送的代码转换成双音频信号，该方案的优点是编码方式简单
5、，可以选择串行和并行两种模式，编程者可以根据自己的编程思想进行选择工作模式。 方案二：采用双音频（ DTMF） 信号发生器 HT9200A，该芯片只能是串行的工作模式。 经过比较，选择了方案一。 2、发射方案的选择与论证 方案一：采用 锁相频率合成器芯片 MB1501和压控振荡器（ VCO） MC1648构成锁相环进行频率合成后再进行发射。优点：频率合成灵活，方便。 方案二：采用变容二极管和晶体管构成频率在 30MHZ 40MHZ三点式振荡器进行频率发射。 方案三：采用晶振和晶体管构成的石英晶体振荡器，把频率调整在 30MHZ 40MHZ再进行发射。 方案四：采用 MC145152进行频率合成
6、， MC145152是采用外接拨码 开关的方法进行预置频率。优点：不懂单片机的也能可以制作。缺点：频率合成不够灵活。 经过比较和选择，再加上要考虑系统的稳定性，最终选择了方案一。 3、接收方案的选择与论证 方案一：采用窄带接收芯片 MC3363构成射频窄带接收机，接收来自主站的发射信号。 方案二：采用调频接收机接收，将调频接收机的接收频率范围调整在 30MHZ 40MHZ之间，调节频率即可接收到来自主站的信息。 方案三： 采用 SONY公司的收音机专用芯片 CXA1691作接收机，用该方案做接收机，其接收频带宽，是高保真的接收机。 考虑到从接收 机下来的 DTMF信号需要进行解码，而解码器 M
7、T8870对 DTMF信号的电压幅值有一定的要求，再比较这三个方案，最后决定采用方案三。 4、译码方案的选择与论证 方案一：采用多音频接收芯片 MT8870来完成 DTMF信号的接收、分离和译码，输出由相应 16种 DTMF频率组合的 4位并行二进制码。解码过程简单、方便，且可靠性好。 方案二：采用 CD22204芯片对接收来的 DTMF信号进行解码，起抗干扰能力比较强，内部有前置放大。 考虑到与 HT9200B配合使用方便，我们选择了方案一。 5、键盘方案的选择与论证 方案一 ：采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是可减少占用单片机的 I/O 口数目，使 CPU 有足够的资源
8、去处理其他的工作（多机通讯）。 方案二 ：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线 ,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多。 方案三：采用由 8255 驱动的 PC 机键盘。优点：占用单片机的 I/O 口少。缺点：键盘太大且驱动程序复杂，影响美观。 综合考虑以上的方案及题目要求，由于系统需要用到的 I/O端口比 较多，所以采用了方案一。 6、显示方案的选择与论证 方案一：采用传统的 8 位数码管（ LED）动态扫描显示传输的数据信息。 方案二：采用 16 位字符型液晶（ LCD）显示各种相关数据和信
9、息，充分利用 4 行液晶显示的大容量特性。 以上两种方案中，方案一软件驱动简单，硬件电路调试方便，但显示信息量少，功耗较大；而方案二采用的 16 位字符型液晶（ LCD）显示属于低功耗器件，使得系统更具智能化、人性化。经过比较选用方案二。 二、系统硬件设计 1、 系统的总体方案 本系统主机硬件以 AT89S51 为主控制模块，以双音频编 码器、锁相调频发射机、 LCD 显示器为受控模块。从机也以 AT89S51 为主控模块，以高保真接收机、双音频解码器、 LCD 显示器为受控模块。 主机通过键盘输入要传输的数据，单片机对键盘进行扫描和识别，对所要传输的数据进行双音频编码处理后，由锁相调频发射机
10、将其发射出去；从机将接收到的地址信号与本机信号进行核对确认准确后，接收主机发送过来的信号，并将接收的信号进行双音频解码，再单片机将控制 LCD 显示模块显示主机传输过来的数据，否则将进行出错显示。 本系统的硬件电路简单可靠，能准确地实现题目要求的各种功能，采用双音多频 编码和解码，使系统的语音和数据传输业务非常准确；且系统传送和接收数据都无须设置纠错位，使得系统的软件设计也变得简单可靠。系统的主站框图如图（ 1）示，系统从站的框图如下图（ 2）示。 A T 8 9 S 5 1单 片 机键 盘L C D 显 示H T 9 2 0 0 B 双音 频 编 码锁 相 调 频 发 射 机音频信号天 线图
11、 1 C X A 1 6 9 1 高 保 真接 收 机M T 8 8 7 0 双 音 频译 码 器A T 8 9 S 5 1单 片 机L C D 显 示天 线功 放蜂 鸣 器耳 机图 2 2、 单元电路（功能模块）的设计 （ 1） HT9200双音频（ DTMF）编码模块的电路设计 图 3 HT9200B 的 DTMF 信号编码电路如图（ 3）所示，是 HT9200B 的典型应用，只需要在 X1 和X2 两脚接上 3.579545MHZ 的晶体或陶瓷振荡器即可。 HT9200B 是一种高品质的 DTMF 信号发生器 ，可产生高质量、高稳定、高精度的 DTMF 信号，低功耗、总谐波失真低 ， 在
12、 单片机 的控制下可从 DTMF 引脚发出 16 个双音及 8个单音 。 HT9200B提供了可选择的串行及并行模式以 供用户 与各种应用设备连接 。本设计中选用了并行模式。 在 并行模式 下， HT9200B提供四位数据输 入 D0-D3以产生相应的 DTMF信号， S/P引脚接至高电平时选择并行工作模式，之后输入数据，最后将 CE下拉为低电平以传送 DTMF信号。 从CE下降至有 DTMF信号输出的间隔时间约 6ms， 其 并行数据代码与输出音频的对应关系如下 图（ 4）所示。 图（ 4） （ 2）锁相调频发射模块的电路设计 如图 3.2 4示， 利用 “ 吞除脉冲 ” 式串行数字锁相频率
13、合成器 MB1501 和压控振荡器E1648， 外接环路滤波器即可构成一个完 调频发射器。调节可变电感的值，使从压控振荡器的输出频率变化范围包含 30 ZMH 40 ZMH 。由于 从机的接收部分的接收部分的接受频率为39.3 ZMH ，所以要用软件控制发射频率锁定在 39.3 ZMH 。 图（ 5） MB1501 系列为日本富士通公司的大规模集成数字锁相频率合成器，采用 CMOS 工艺，是一种具有吞除脉冲功能的单片串行集成锁相频率合成器芯片。 “ 吞除脉冲”式锁相频率合成器组成框图如图（ 6）所示。 图（ 6） 由于 MB1501 芯片内设置了移位寄存器，所以该芯片必须采用串行输入方式实现分
14、频比的设置。为了使载波频率的变化有较高的精度，若取参考频率 fr为 5kHz，在外接 12 ZMH 晶体使内部振荡器频率为 12MHz 的情况下，参考分频比为 12 ZMH / 5kHZ =2400。因此仅需改变MB1501可编程分频器的吞除脉冲计数器分频比 A和可 编程计数器分频比 PN 即可控制锁相环的输出频率 0f ，使其工作在相应的工作频率上。当环路锁定时，振荡器的输出频率为 ： rfAPf )N( p0 其中 xf 为参考频率； PN ， A为分频比系数；工作时，前置分频器先按除 “ P + 1” 方式工作，当吞除计数器计到预置状态后，转换成除 “ P” 方式工作 。 （ 3） 调频
15、接收模块的电路设计 图（ 7） 如图（ 7）所示， 采用索尼公司的收音机专用芯片 CXA1691作高保真宽频接收机，振荡器采用 50 ZMH 的晶体，其接收性能非常优越。芯片的 4脚为直流音量控制端，改变该脚电位高低就可改变输出音量的大小。通过调节该变位器改变其双音频信号输出电压的幅值，使解码器MT8870能很准确地解码。它完全杜绝了采用传统音量控制电路因电位器不良而引起喇叭中嚓嚓声的通病，使的其输出的音频信号的电压很稳定。 （ 4） MT8870音频信号译码模块的电路设计 图（ 8） 如图（ 8）示，将从高保真调频接收机接收下来的 DTMF信号进行解码。由于 MT8870的编码方式和 HT9
16、200B的编码方式完全一致，所以用 MT8870配合编码部分使得系统的整和性很强，软件编程变得更加简单。当音频信号来到，被 MT8870解码后， MT8870的 15脚 STD 会由低电平向高电平跳变。将转换输出脚 10硬件置高，打开输出锁存器，等待着解码后的信号输出。解码输出的二进制码由 Q1 Q4输出后进入单片机，从而很好的完成解码的功能。 （ 5）键盘模块的电路设计 考虑到要增加英文短信的 数据传输业务，若每个字母用一个键，就要用到很多单片机的 I/O口，而单片机 AT89S51的 I/O口资源是有限的，就算采用矩阵式键盘也要用到很多的 I/O口。根据手机键盘，想到复用式键盘，即一个键代
17、表多个数字或字母。用 44 矩阵键盘（图（ 9）模拟手机复用式键盘（图（ 10），节省单片机的 I/O端，使单片机有足够的资源去处理其他的事情。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 3- D e c - 2004 S he e t of F i l e : C : W I N D O W S D e s k t op 重要资料切勿删除 27 27.D dbD r a w n B y :10kR10kR10kR10kRV c c + 5vR O W 0R O W 1R O W 2R
18、O W 3L I N E 0 L I N E 1 L I N E 2 L I N E 3 图（ 9） 1 ， 。 ？2 A B C 3 D E FM 14 G H I 5 J K L 6 M N OM 27 P Q R S 8 T U V 9 W X Y ZM 3* 清 除0空 格#确 认M 4从 机 号 选 择输 入 信 息群 呼单 独 呼 叫图（ 10） （ 6）显示部分模块设计以及工作原理的分析 采用 216 的字符型液晶显示模块 DCM162，配合复用式键盘使系统人机交互更加人性化。 4、 发挥部分的设计与实现 （ 1）从站数量扩展到 8个模块 采用 4个拨码开关与单片机的 4个 I/
19、O口相连进行设置从机的地址，只需要拨动拨码开关就可以改变丛机的地址。实现了实际只制作 1个从站，就构成了一点对多点的单工无线呼叫。 单片机只需要查询各个 I拨码开关的状态边知道自己是几号机。 （ 2）英文短信传输 采用复用式键盘（ 如上图（ 10）模拟手机键盘便可以实现英文数据传输业务。 （ 3）增大主、从机间的通信距离 在发射峰值功率不大于 20 mW 时，将输入的音频信号进行放大后再发射，这样就可以增大主、从机之间的通信距离。 三、系统软件设计 4.1 程序总体的流程图 单片机主站和从站的总流程图 主站：向所有的从机发送某个从机号码，要求该从机接收信号。主机的总流程图见图（ 11）。 从站：接收来自主站的校验码和数据。从机总流程图见图（ 12）。 系 统 初 始 化读 取 键 值确 认 呼 叫呼 叫 所 有 从 机是 否 有 键 按 下Y选 呼 或 群 呼 ？N输 入 从 站 号选 呼群 呼图（ 11） 接 收 来 自 主 站 的 机 号校 验 码自 身 的 机 号 ？接 收 信 号Y不 接 收 信 号NL C D 显 示图（ 12） 四、系统的组装
