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本裝置利用來電顯示服務(wù)，通過FSK解碼芯片MC14LC5447完成對來電顯示數(shù)據(jù)的解碼；使用AT89C2051單片機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存 儲；通過 DLL動態(tài)鏈接庫控制USB203（8位并行輸入USB傳輸模塊），完成對存儲數(shù)據(jù)的傳輸，并對該數(shù)據(jù)進行分析處理。通過本裝置，可完成對來電數(shù)據(jù)的采 集、分析與處理，使用改進后的軟件接口進行數(shù)據(jù)傳輸，且提供可用于VC、VB和DELPHI語言編程環(huán)境的接口函數(shù)。
關(guān)鍵詞 主叫號碼顯示 移頻鍵控（FSK） 單片機 USB接口設(shè)計 USB203
來電顯示是近年來電信部門推出的一種新的業(yè)務(wù)——顯示被叫方的電話號碼和呼叫時間等信息。來電顯示電話機和來電顯示器產(chǎn)品應(yīng)用十分廣泛，其技術(shù)也相當成熟。
圖1 來電顯示信號解碼模塊電路原理
傳統(tǒng)的來電顯示信息電話僅將數(shù)據(jù)顯示在自身的話機上，而無法將數(shù)據(jù)提供給計算機或其他設(shè)備。所以，開發(fā)來電顯示電話與計算機的接口和相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是十分必要的，也是有實用價值的。
本裝置共分為4個子模塊設(shè)計，分別為來電顯示信號解碼模塊、信號采集模塊、電話信號處理模塊、USB傳輸模塊。其中USB傳輸模塊通過接口函數(shù)調(diào)用，且通過接口函數(shù)即可得到來電顯示號碼。
1 來電顯示信號解碼模塊設(shè)計
來電顯示信號解碼模塊主要采用FSK解 碼芯片MC14LC5447實現(xiàn)，其原理如圖1所示。來電顯示輸出有兩路信號，分別為DOC、DOR。其數(shù)據(jù)格式不同的地方在于，DOC處理了來電顯示的 信道占用信號（由前導的300個連續(xù)的0、1交替的位組成），而DOR為芯片解碼后的數(shù)據(jù)，沒有刪減。由于兩路信號的差別僅在于信道占用信號的不同，那 么，使用DOC將比DOR方便，因為DOC的數(shù)據(jù)流即為來電顯示的數(shù)據(jù)流。
數(shù)據(jù)檢測有兩路，分別為RDO與CDO。RDO為振鈴檢測輸出，在沒有振鈴的情況下，RDO輸出高電平，當有振鈴時，RDO輸出低電平直到振鈴 結(jié)束；CDO為載波檢測輸出，在沒有載波時，CDO輸出高電平，當有載波時，CDO輸出低電平直到載波結(jié)束。RDO不受芯片開關(guān)（PWRUP）信號的限 制，而在芯片開關(guān)為高電平時，無論是否檢測到載波信號，都將始終保持高電平。
TIP和RING為電話線，連接無要求，可隨意連接。TIP線與RING線的區(qū)別在于承載的電壓不同，TIP線電壓為負電壓，RING線電壓為正電壓。兩線路之間的壓差為60 V或48 V（地區(qū)差異）。
PWRUP信號接地可以作為測試端（PWRUP接地使芯片始終處于打開狀態(tài)），DOR信號在本測試中始終存在干擾信號，但當有來電時，信號正 常。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般不使用DOR作為數(shù)據(jù)信號輸出。CDO需要PWRUP支持，如果使PWRUP接地，并使芯片始終處于工作的狀態(tài)，則CDO 可做觸發(fā)信號使用。考慮到系統(tǒng)的低功耗要求，必須使芯片在不使用的狀態(tài)下關(guān)閉；但芯片在關(guān)閉狀態(tài)下，CDO無任何信號發(fā)出，而RDO不受電源控制，更容易 使用。另外，將芯片關(guān)閉也可以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時提高數(shù)據(jù)的安全可靠性。
圖2 來電顯示時序
圖2是DOC信號的測試結(jié)果（數(shù)字示波器中采集結(jié)果）。由于分時分段采集，僅作數(shù)據(jù)參考，時間幀和校驗幀不為一次采集的結(jié)果。圖3是經(jīng)過圖形化處理后的時序。
 圖3 來電顯示時序(計算機圖形化處理后)
由采樣時序圖可知，來電顯示波形按異步串行數(shù)據(jù)格式排列，以0作為起始位，1作為終止位；但與多種資料不同的是，無字段校驗位，按排列應(yīng)是每個 數(shù)據(jù)包的第9位，類型字段和長度字段以及最后的校驗字段除外。可以看到，采集的數(shù)據(jù)均無校驗位。來電顯示數(shù)據(jù)包的速率為1 200 bps，由數(shù)字示波器測量也可得到，每位數(shù)據(jù)占用時間為830 μs（由于數(shù)字示波器的時間精度不能準確地調(diào)整到1 μs，所以只能精確到830 μs），基本與1 200 bps的速率相同（1 s÷1 200位≈833.333 μs），所以來電數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。需要指出的是，在來電數(shù)據(jù)包結(jié)束后，即在本采樣包81H結(jié)束后，實際上還有數(shù)據(jù)信號，每位信號占用的時間為410 μs，數(shù)據(jù)速率為2 400 bps。此信號是空閑信號，所以在采集時需要通過濾波器進行濾除。
2 信號采集模塊方案設(shè)計
作為對輸出數(shù)據(jù)的研究，經(jīng)由MC14LC5447解調(diào)后的信號為異步串行信號，而且數(shù)據(jù)速率為1 200 bps，可使用單片機的串口模式1來進行數(shù)據(jù)接收，算法請見參考文獻[1]。單片機除了進行數(shù)據(jù)采集，將串行數(shù)據(jù)包解包外，還將數(shù)據(jù)復原。
主中斷程序大部分都在循環(huán)等待串口程序的中斷響應(yīng)，首先需要接收的是來電顯示包的長度字段，接收到長度字段的好處就在于可以動態(tài)地接收來電數(shù)據(jù) 包，而不必每次都等待接收固定的長度。雖然來電顯示包長度不可能大于某個固定長度，但根據(jù)來電數(shù)據(jù)包的長度字段，動態(tài)接收數(shù)據(jù)，使采集的數(shù)據(jù)更容易處理， 而且位于數(shù)據(jù)包尾的干擾信號也可以再次濾除，從而減輕其他程序的負荷。
當然，在此也可以通過單片機將數(shù)據(jù)分離出來并進行處理，但為了包的可分析性，單片機除了數(shù)據(jù)采集外，不做其他的工作。
某一次獲取的數(shù)據(jù)如下：
圖4 數(shù)據(jù)采集模塊原理
圖4給出了數(shù)據(jù)采集模塊的原理，MC14LC5447的DOC信號輸出連接到AT89C2051的第2引腳處（串行輸入端口）； MC14LC5447的RDO信號輸出連接到AT89C2051的第6引腳處（AT89C2051的外部中斷0）；AT89C2051的第9引腳連接到 MC14LC5447的第7引腳（PWRUP），來控制MC14LC5447的開與關(guān)。AT89C2051第7引腳連接到USB設(shè)備狀態(tài)輸出口，第1 引腳也連接到USB設(shè)備的狀態(tài)輸出口，第11引腳連接到USB設(shè)備的狀態(tài)輸入口，數(shù)據(jù)線連接到USB設(shè)備的并行數(shù)據(jù)輸入口。其中第12、第13引腳需要外 接上拉電阻。
利用單片機實現(xiàn)的方案較數(shù)字邏輯電路的方案有許多優(yōu)點。主要有出錯幾率小，有存儲控制功能，方便，更換靈活等。
利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方案提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｓ捎赨SB203無USB的中斷功能，所以接收數(shù)據(jù)只能用程序循環(huán)的方式來實現(xiàn)，但不恰當?shù)厥褂醚h(huán)會增加系統(tǒng)的負擔。
3 電話信號處理模塊設(shè)計
摘掛機信號可以由電話機叉簧線路取得。
經(jīng)過檢測，叉簧上共有兩路信號： 一路為22~27 V的正弦波信號，位于叉簧第5、6引腳；另一路為15~20 V的負正弦波信號，位于叉簧第3、4引腳。第1、2引腳為信號輸出。當叉簧上的彈片沒有被壓下時，第1、2引腳與第5、6引腳連通，信號為正交流信號，此 時表示摘機；當掛機時，叉簧上的彈片被壓下，此時，第1、2引腳與第3、4引腳連通，第1、2引腳上的信號為負交流信號。將此信號轉(zhuǎn)換為邏輯0、1電平， 即摘機時信號為邏輯1，掛機時信號為邏輯0，電路原理如圖5所示。
圖5 叉簧信號處理原理
通過分壓電路與二極管進行濾波，負半周信號將被二極管濾除。由于10 MΩ的電阻分壓，使得輸出電平在1 V左右。經(jīng)過測試，USB狀態(tài)輸入引腳需要1.6 V以上才認為輸入信號為邏輯1，而低于1.6 V的將被認為是邏輯0。
摘機輸入信號為正弦波，通過整流濾波電路后，能輸出2.6 V左右的電平信號給USB設(shè)備，信號為穩(wěn)定的邏輯1。
掛機信號為負值的正弦波，通過整流濾波電路后，能輸出260 mV的電平信號給USB設(shè)備，信號為穩(wěn)定的邏輯0。
4 USB傳輸模塊設(shè)計
USB傳輸模塊使用USB203作 為傳輸接口，如圖6所示。使用此模塊的好處是，它為并串轉(zhuǎn)換的傳輸模塊，而且有4位控制信號輸入和4位控制信號輸出，并提供了DLL庫文件，為二次開發(fā)提 供了方便；但是此設(shè)備并沒有使用中斷控制方式，因此讀取數(shù)據(jù)將是本系統(tǒng)的瓶頸。然而在本系統(tǒng)內(nèi)并未用到大量的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)長度僅僅為26位，即使為其他 長度的復合來電顯示數(shù)據(jù)包，長度也不會大于1 000位，所以是否為高速傳輸在此并不重要。本系統(tǒng)使用USB的原因在于，USB的簡單易用和支持熱插拔，這對于使用RS232通信口的設(shè)備較有優(yōu)勢；另 外USB使用5 V電源，可以為外接設(shè)備提供電源，節(jié)省了外接設(shè)備的電源部分，從而減小了外接設(shè)備的體積。
圖6 USB傳輸模塊電路原理
圖7 USB接口程序算法流程圖
在DLL中需要建立USB_CID函數(shù)，無參數(shù)，直接返回處理后的來電數(shù)據(jù)包中的來電號碼，而且在無號碼時將相應(yīng)的錯誤代碼返回。在此要注意的 是，雖然單片機程序為可變長度存儲，但依然有錯誤產(chǎn)生，原因是來電顯示數(shù)據(jù)包的發(fā)送。當一次來電時，數(shù)據(jù)包會在第一和第二振鈴間，如果呼叫者掛斷電話，那 么來電數(shù)據(jù)包將不再發(fā)送；或者被叫者拿起電話也將丟失來電數(shù)據(jù)包，那么來電包將被存儲一部分，單片機在 不重啟的情況下將繼續(xù)等待接收。當下一個來電到達時，這個新的來電數(shù)據(jù)包將被繼續(xù)存儲，直到滿足第一個來電數(shù)據(jù)包的長度時，才結(jié)束接收，那么整個數(shù)據(jù)包將 被接口程序獲取并判斷是否出錯。如果是復合包，那么在來電號碼數(shù)據(jù)包前出錯的情況將被排除，但是如果在來電數(shù)據(jù)號碼數(shù)據(jù)包內(nèi)出錯，那么接收到的號碼將被發(fā) 送，顯示的可能是亂碼，其算法流程如圖7所示。表 1給出了狀態(tài)字的定義。
表1 狀態(tài)字定義
5 結(jié)論
信息電話USB接口設(shè) 計，是來電顯示電話與計算機的接口和相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是運用接口技術(shù)、計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)來電號碼等相關(guān)信息在計算機上的顯示或存儲，并可以根據(jù)基本 信息進行來電號碼的分類統(tǒng)計。這些數(shù)據(jù)對相關(guān)部門服務(wù)質(zhì)量和效率的提高將起到重要的作用，同時還可以為相關(guān)決策部門及時提供參考信息。
本裝置完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送，而且通過軟件接口完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的分離。詳細地研究了來電顯示技術(shù)，單片機程序編制和使用VC++編寫DLL。本裝置不但可以嵌入到電話內(nèi)，還可以作為單一的模塊來使用，所以該系統(tǒng)有廣泛的實用價值。
參考文獻
[1] 常波，朱全銀. 來電顯示電話機USB接口數(shù)據(jù)采集與處理[J].陜西理工學院學報，2007,23(3): 11-14.
[2] 王辛之，鐘愛琴，王雷，等.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.
[3] 尹勇，王洪成.單片機開發(fā)環(huán)境μVision2使用指南及USB固件編程與調(diào)試[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2004.
[4] 陳啟美，丁傳鎖.計算機USB接口技術(shù)[M].南京：南京大學出版社，2003.
[5] 馬偉.計算機USB系統(tǒng)原理及其主/從機設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.
[6] Gary Legg.Usb Goes Wireless[OL].http://www.techonline.com/community/tech_topic/Bluetooth/37308，2004.
[7] Bellcore Caller ID specification[OL].http://www.epanorama.net，1991.
[8] 如何用單片機實現(xiàn)FSK來電顯示解碼[OL].http://www.softexam.cn/tech/catasecond.asp?catalogf=4&catalogs=15.
朱全銀（副教授），主要研究方向為信息技術(shù)研究與應(yīng)用。 |
66821730(技術(shù)支持)
