信息电话机关键模块的研究与应用

2 信号采集模块方案设计

　　作为对输出数据的研究，经由MC14LC5447解调后的信号为异步串行信号，而且数据速率为1 200 bps，可使用单片机的串口模式1来进行数据接收，算法请见参考文献[1]。单片机除了进行数据采集，将串行数据包解包外，还将数据复原。

　　主中断程序大部分都在循环等待串口程序的中断响应，首先需要接收的是来电显示包的长度字段，接收到长度字段的好处就在于可以动态地接收来电数据包，而不必每次都等待接收固定的长度。虽然来电显示包长度不可能大于某个固定长度，但根据来电数据包的长度字段，动态接收数据，使采集的数据更容易处理，而且位于数据包尾的干扰信号也可以再次滤除，从而减轻其他程序的负荷。

　　当然，在此也可以通过单片机将数据分离出来并进行处理，但为了包的可分析性，单片机除了数据采集外，不做其他的工作。

　　某一次获取的数据如下：

图4 数据采集模块原理

　　图4给出了数据采集模块的原理，MC14LC5447的DOC信号输出连接到AT89C2051的第2引脚处（串行输入端口）；MC14LC5447的RDO信号输出连接到AT89C2051的第6引脚处（AT89C2051的外部中断0）；AT89C2051的第9引脚连接到MC14LC5447的第7引脚（PWRUP），来控制MC14LC5447的开与关。AT89C2051第7引脚连接到USB设备状态输出口，第1 引脚也连接到USB设备的状态输出口，第11引脚连接到USB设备的状态输入口，数据线连接到USB设备的并行数据输入口。其中第12、第13引脚需要外接上拉电阻。

　　利用单片机实现的方案较数字逻辑电路的方案有许多优点。主要有出错几率小，有存储控制功能，方便，更换灵活等。

　　利用存储转发方案提高了数据传输的安全性。由于USB203无USB的中断功能，所以接收数据只能用程序循环的方式来实现，但不恰当地使用循环会增加系统的负担。

3 电话信号处理模块设计

　　摘挂机信号可以由电话机叉簧线路取得。

　　经过检测，叉簧上共有两路信号： 一路为22~27 V的正弦波信号，位于叉簧第5、6引脚；另一路为15~20 V的负正弦波信号，位于叉簧第3、4引脚。第1、2引脚为信号输出。当叉簧上的弹片没有被压下时，第1、2引脚与第5、6引脚连通，信号为正交流信号，此时表示摘机；当挂机时，叉簧上的弹片被压下，此时，第1、2引脚与第3、4引脚连通，第1、2引脚上的信号为负交流信号。将此信号转换为逻辑0、1电平，即摘机时信号为逻辑1，挂机时信号为逻辑0，电路原理如图5所示。

图5 叉簧信号处理原理

　　通过分压电路与二极管进行滤波，负半周信号将被二极管滤除。由于10 MΩ的电阻分压，使得输出电平在1 V左右。经过测试，USB状态输入引脚需要1.6 V以上才认为输入信号为逻辑1，而低于1.6 V的将被认为是逻辑0。

　　摘机输入信号为正弦波，通过整流滤波电路后，能输出2.6 V左右的电平信号给USB设备，信号为稳定的逻辑1。

　　挂机信号为负值的正弦波，通过整流滤波电路后，能输出260 mV的电平信号给USB设备，信号为稳定的逻辑0。

4 USB传输模块设计

　　USB传输模块使用USB203作为传输接口，如图6所示。使用此模块的好处是，它为并串转换的传输模块，而且有4位控制信号输入和4位控制信号输出，并提供了DLL库文件，为二次开发提供了方便；但是此设备并没有使用中断控制方式，因此读取数据将是本系统的瓶颈。然而在本系统内并未用到大量的数据采集，数据长度仅仅为26位，即使为其他长度的复合来电显示数据包，长度也不会大于1 000位，所以是否为高速传输在此并不重要。本系统使用USB的原因在于，USB的简单易用和支持热插拔，这对于使用RS232通信口的设备较有优势；另外USB使用5 V电源，可以为外接设备提供电源，节省了外接设备的电源部分，从而减小了外接设备的体积。

图6 USB传输模块电路原理

图7USB接口程序算法流程图

　　在DLL中需要建立USB_CID函数，无参数，直接返回处理后的来电数据包中的来电号码，而且在无号码时将相应的错误代码返回。在此要注意的是，虽然单片机程序为可变长度存储，但依然有错误产生，原因是来电显示数据包的发送。当一次来电时，数据包会在第一和第二振铃间，如果呼叫者挂断电话，那么来电数据包将不再发送；或者被叫者拿起电话也将丢失来电数据包，那么来电包将被存储一部分，单片机在不重启的情况下将继续等待接收。当下一个来电到达时，这个新的来电数据包将被继续存储，直到满足第一个来电数据包的长度时，才结束接收，那么整个数据包将被接口程序获取并判断是否出错。如果是复合包，那么在来电号码数据包前出错的情况将被排除，但是如果在来电数据号码数据包内出错，那么接收到的号码将被发送，显示的可能是乱码，其算法流程如图7所示。表 1给出了状态字的定义。

表1 状态字定义

5 结论

　　信息电话USB接口设计，是来电显示电话与计算机的接口和相关的数据采集系统，是运用接口技术、计算机软件技术实现来电号码等相关信息在计算机上的显示或存储，并可以根据基本信息进行来电号码的分类统计。这些数据对相关部门服务质量和效率的提高将起到重要的作用，同时还可以为相关决策部门及时提供参考信息。

　　本装置完成数据采集和数据传送，而且通过软件接口完成对相关数据的分离。详细地研究了来电显示技术，单片机程序编制和使用VC++编写DLL。本装置不但可以嵌入到电话内，还可以作为单一的模块来使用，所以该系统有广泛的实用价值。

参考文献

[1] 常波，朱全银. 来电显示电话机USB接口数据采集与处理[J].陕西理工学院学报，2007,23(3): 11-14.
[2] 王辛之，钟爱琴，王雷，等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[3] 尹勇，王洪成.单片机开发环境μVision2使用指南及USB固件编程与调试[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[4] 陈启美，丁传锁.计算机USB接口技术[M].南京：南京大学出版社，2003.
[5] 马伟.计算机USB系统原理及其主/从机设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，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] 如何用单片机实现FSK来电显示解码[OL].http://www.softexam.cn/tech/catasecond.asp?catalogf=4&catalogs=15.

朱全银（副教授），主要研究方向为信息技术研究与应用。