课程设计报告
题 目： 通信设备整机安装与调试
班 级： 通信1001
学 号： 3100205124
姓 名： 邓毓周
指导老师：江昆儒蔡志明叶轻舟
2013年 6 月 22 日
目录
封面..................................................1
目录..................................................2
一、《通信设备安装调试》课程设计任务书.................3
第一部分 进程安排...................................3
第二部分 实践内容...................................3
（1）课题名称.................................................3
（2）实践目的.................................................3
（3）实践方式.................................................4
（4）实践说明.................................................4
(5) 参考方案.................................................5
(6) 实践报告要求.............................................7
二、硬件电路的说明....................................7 （1）振铃的检测电路...........................................7
（2）模拟摘挂机电路（三极管模拟开关）。........................8
（3）MT8870芯片解码电路.......................................9
（4）AT89C51单片机控制核心...................................11
(5) 电源电路................................................13
三、原理图和PCB板图.................................13
四、软件流程图.......................................15
五、程序代码.........................................16
六、心得体会.........................................19
一、《通信设备安装调试》课程设计任务书
第一部分进程安排
本次实践时间为1周，共5天。具体时间安排如下：
注：1、学生可根据现成的印制板设计，也可自行制作PCB板。
2、方案不仅仅限于指导书提供的方案。学生和指导老师交流后可自行设计感兴趣的相关课题。
第二部分实践内容
(1）、课题名称
通讯设备安装与调试
(2)、实践目的
1、了解通信系统的构成；
2、学习用所学的理论知识分析和设计简易的通讯设备；
3、学习系统方案分析，培养学生的设备调试和故障检测能力；
4、掌握系统设计开发流程，学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。
(3)、实践方式
本实践属于开放性、设计性实践，具体做法是：学生可参考指导老师提供课题和参考方案，或者自行设计方案完成本课程的研究。
（4）、实践说明
通信是传递信息的手段，即将信息从发送器传送到接收器。通讯设备作为通信不可或缺的部件贯穿于通信的整个链路。对于模拟通信来说，通讯设备主要有信号变换器、调制解调器、传输设备等。对于数字系统来说，通讯设备还涉及到编解码器、加解密器等。
本实践要求设计一种简易通讯设备，能够实现收发双方信息的传递。其中信息传输方式可以采用有线、无线，也可以基于现有的通信媒介进行通信。
图1 模拟通信系统
图2 数字通信系统
（5）、参考方案
下面提供2种参考方案
（一）方案一：基于电话的远程遥控系统
基于电话的远程遥控系统主要是要通过电话交换网络实现对远程电器设备的遥控。
主体部分是以单片机为中心，它负责对电话线中音频信号的分离，并对采集的音频信号进行接收分析，进而输出各种控制信号。
图3 系统总体框架
如图3所示，处于不同地点的两部固定电话机，操作者利用电话机A拨打并联本系统的电话机B，在拨通后，操作者根据电话机键盘上的按键0～9和*、#即可实现对远处电器的控制。在实际操作中，固定电话机A也可用移动电话代替，移动电话拨打固定电话B接入到电信的固定电话网络中，因此操作者对于电器的控制不受时间和地点的限制。
系统主要有以下几个功能需求：
⑴实现异地远程遥控，即操作者与受控对象的距离不受限制，二者通过电话建立联系；
⑵系统能对异地的电器实现开关控制，主要是通过接通和断开电器的电源来实现；
⑶系统要能够模拟电话的摘机和挂机；
⑷为了防止恶意操作，系统要有一个密码检测。
图4 系统功能模块
系统主要功能模块如下：
⑴铃音检测、计数——进行铃声检测，并进行振铃计数。
⑵自动摘挂机——能够模拟摘机。
⑶密码校验——防止非法用户恶意操纵电器
⑷双音频信号解码
⑸输入信息分析——用软件编程实现；
⑹控制电器开关——驱动触发器或者继电器；
⑺无线发送控制（发挥部分）；
⑻无线接收译码锁存（发挥部分）；
⑼语音提示（发挥部分）。
（二）方案二：基于单片机的网络通信
单片机上网技术，是当前的一个热门技术。基于单片机的网络通信主要是通过单片机上网实现单片机数据采集、网络连接和数据传输。在工业生产中，现场采集主要由单片机完成，采集的数据通过总线传到控制中心。本方案不采用总线，而是采用单片机直接上网，实现现场采集数据直接通过网络进行传输，该方式传输距离不受限制、便于信息共享和处理，具有很好的灵活性。
图5 系统框图
系统主要功能要求：
（1） 现场采集节点采用单片机，具体单片机型号自行决定；
（2） 在单片机上实现TCP/IP 协议栈；
（3） 能够实现采集数据的网络传输。
本系统设计包括硬件部分和软件部分。硬件部分单片机、网络接口芯片及其接口电路等；软件涉及数据采集、TCP/IP 协议栈、网络数据传输的通信协议等。
（6）、实践报告
要求：
1. 给出实践课题题目、实践目的、实践原理、实践内容和要求；
2. 给出系统设计方案、电路原理图、各个电子元器件的型号、参数；
3. 软件流程及程序代码；
4. 设计过程遇到的问题、思考及解决方法；
5. 系统的功能扩展实现情况；
6. 心得体会。
7. 查阅相关资料，对系统的发展背景、应用前景在序言中进行阐述。
二、硬件电路的说明
（1）振铃的检测电路
当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为45±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。振铃信号由图示P1、P2点接入。根据振铃信号电压比较高的特点，可以先经过RC回路进行滤波，滤除在信道中的各种杂波和干扰，使用高压稳压二极管进行降压然后，输入至光电耦合器，保证从光电耦合器输入的波形是时通时断的标准正弦波，经过光电耦合器的隔离转换后，输出很标准的方波。方波信号就可以直接输入至单片机的中断计数器输入口（图示为T0口），配合单片机中程序，完成整个振铃音检测和计数的过程。即实现铃音检测、计数。
该电路的R7起到限流的作用，起到保护光电耦合器的作用。由于电话线上具有48V的电压，所以采用10K的电阻就能够起到保护的作用。该电路的C3起到隔直流的作用，C3、R7构成RC电路，亦可以起到滤波作用。由于电话线上有双音频的正弦信号和直流信号。所以接C3起到滤除直流成分，避免干扰。该电路中的LED9当通过正信号时会发亮，当遇到副信号的时候会熄灭。从而达到观测信号的目的。该电路的R6起到限流的作用，由于光电耦合器的3和4管脚要接高电平所以通过R11实现保护的功能。
(2)、模拟摘挂机电路（三极管模拟开关）
该电路将电话线信号通过整流桥将双极性的正弦信号整成只有单极性的正弦信
号，并有降压稳压作用。通过单片机的程序控制实现电话的模拟摘挂机的功能。
具体控制是：
当振铃信号通过振铃检测电路，由单片机通过程序设计中断来计数，计数打满5次振铃的时候PICK(P1.7口)端口的电位从低电平变为高电平，从而使Q1、Q2由截止状态变为导通状态。只要Q1导通，就可以把接收到的信号从发送端送到MT8870的输入端进行解码。所以这个导通的过程可以被称作实现模拟摘机过程。此电路也像一个开关电路，在其他的设计当中，也经常用到三极管来模拟开关。
由于电话信号的电压经过整流桥电路后，电压已经降低到8V左右，在经过三极管后降压到7V左右。所以选用330V的电阻，就能满足电路摘机的状态。该电路中的R3,R4,R8,R9实现起到偏置作用，为三极管的工作设置合理的静态工作点。
（3）MT8870芯片解码电路
在介绍电路之前先讲解下MT8870芯片的：
在一些大型电视监控系统中，常常需要在多处监控点安装多个摄像机。在监控系统的主控台或分控台处，能对摄像机、云台和防护罩等实施控制，控制云台的转动，能对摄像机调焦距和广角，同时能控制防护罩的雨刷、加温和风扇动作。这么多远距离的控制信号显然不能通过一一对应控制的方式，否则会造成工程成本过大，施工难度增加。为此，选用了编、解码的传输方式进行控制，编、解码方式采用双音多频（DTMF）。DTMF编、解码方式在电话拨号系统中应用非常广泛，其突出的优点是抗干扰能力很强，电视监控系统的具体控制要求是：在主控台或分控台处，将所有控制信号进行DTMF编码，然后发送出去；在监控点处，解码器将DTMF接收进行解码，根据解码内容，做相应控制动作。根据以上要求，设计了以专用DTMF解码集成电路MT8870为核心的解码器。
1.MT8870芯片介绍
MT8870是MITEL公司生产的DTMF解码器，为CMOS电路，DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，可直接与MCS-51系列单片机接口。图1为MT8870引脚分配图。其引脚说明如下：IN+、IN-为运放的同、反相输入，DTMF信号输入端；FB为运放输出端，通过外部接入的反馈电阻可调节其内部放大器增益；VREF为基准电压输出；IC为内部连接点，应接至VSS端；OSCI、OSCO为振荡器输入、输出，可外接3.58MHZ晶振；EN为数据输出控制端，当它为高电平时允许输出数据；D1~D4为数据输出端；CID为延迟控制输出端；CI/GTO为控制输入端/时间监测输出端；ECO为初始控制输出端；VDD、VSS为正负电源。
MT8870能将DTMF信号译码成四位二进制码，表1为MT8870的译码表。
2.MT8870与89C51单片机接口电路
图2为MT8870与89C51单片机的接口电路。在电路中89C51单片机的P1.0~P1.3读取MT8870的译码数据；P1.4与MT8870的EN端相连，控制MT8870的数据输出；MT8870的CID端反向后与单片机的中断请求IN0相连接，可发出中断请求。
其工作原理如下：MT8870如接收到一有效的DTMF信号后，ECO端首先变为高电平，经积分电路使控制输入端CI电平升高。若CI端电平低于门限电平时，MT8870内部的四位二制码保持不变，CID端保持低电平；若CI端高于门限电平，MT8870内部的四位二进制码被更新，CID输出由低电平变为高电平，经反向器后向89C51单片机发出中断申请，通知单片机主控台现在已有控制信息发出，89C51单片机接到中断申请后，P1.4端由低电平变为高电平，并通过P1.0~P1.3读取MT8870的译码数据，根据译码数据内容相应控制云台、镜头和雨罩的动作。MT8870如无DTMF信号输入或DTMF信号连续失真，则ECO端为低电平，CI端也为低电平，CID端输出低电平，经反向器后不会向89C51单片机发出中断申请。
解码原理：
该电路是由一块MT8870芯片控制实现DPTM的解码的的。MT8870芯片是MT8870是双音多频接收芯片，可用来完成DTMF信号的接收、分离和译码；能输出由相应16和DTMF频率组合4位并行二进制码。
MT8870的10脚EN与15脚DV接在一起，当一个有效双音频信号被接收后，DV输出记电平。在脚EN为高电平时允许数据输出，经过解码的信号为4位二进制数，通过Q1,Q2,Q3,Q4，4条数据线送入到AT89C51中，由单片机内部程序对来判断接受到的信息，并做相应的处理，实现密码的处理和相应功能键的执行。
图示中D1,D2,D3,D4与单片机P1.0,P1.1,P1.2,P1.3相连。
（4）AT89C51单片机控制核心
1）.AT89C51简介：
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
2）.电路原理图及其说明：
该电路是整块板的核心部分，它将处理振铃信号检测电路送来的信号经过T0口接受，然后经过程序的定时器计数，当达到一定的五次振铃的时候，将PICK（P1.7）端口由低电平设置为高电平。让三极管导通，从而实现模拟摘挂机的功能。
当由AT8870电路送来的Q1,Q2,Q3,Q4的电话信号，通过P1.0,P1.2,P1.3,P1.4进入单片机使得单片机判断送来的电话信号是否是正确的密码，达到避免恶意干扰的目的。从而提高系统的安全性。
当密码输入正确的情况下，即可以由AT89C51设置P2端口的电平情况实现灯的亮灭情况，这里应LED灯来模拟电器继电器开关，灯亮表示相应的电器打开。
3）。具体电路部分的分析：
1：RESET端口接出来的开关电路
是实现整块单片机的复位的功能。由于单片机在运行一次后会保存运行后的数据。所以当需要重新开始的时候。该电路模块就能实现电路的复位的功能。由于单片机中的RESET是高电平有效。所以通过一个下拉电阻即可以实现当按键按下的时候高电平，使得单片机复位的效果。
2：X1,X2端口接出来的晶振电路
是为单片机提供12M的时钟频率。从而使单片机正常的运行。
3：P2口的LED灯电路
是为了模拟家用电器。从而能将单片机控制的情况更形象的表现出来。各电阻是限流电阻，起到保护的作用。该LED灯是共阳的，低电平有效。
(5) 电源电路
该电源电路接了两个电容达到了滤波的功能，从而避免交流信号的干扰，得到更加纯正的直流信号。
三、原理图器和PCB板图
原理图：
PCB板图：
四、软件流程图
五、程序代码
#include<reg51.h>
#define error 0x00
#define true 0x01
sbit pick = P1^4; //模拟摘机
sbit led1 = P2^0;
sbit led2 = P2^1;
sbit led3 = P2^2;
sbit led4 = P2^3;
sbit led5 = P2^4;
sbit led6 = P2^5;
sbit led7 = P2^6;
sbit led8 = P2^7;
char i1;
const unsigned char cod[6] = {0x08,0x05,0x05,0x04,0x04,0x06}; //密码 100226
unsigned char temp[7] = 0;
unsigned char flag = 0;
bit sym=0; //振铃是否结束的标记
/*******************密码校验程序*******************/
unsigned char compare_code()
{
unsigned char t;
for(t=0;t<6;t++)
{
if(temp[t]==cod[t])
{
continue;
}
else
{
return error;
}
}
return true;
}
/****************计数器T0初始化**********************/
void init_t0()
{
EA = 1; //总中断开
ET0 = 1; //T0中断开
IP = 0X02; //T0为高优先级中断
TMOD = 0X06; //T0为计数器，工作在方式2
TR0 = 1; //启动T0计数器
TH0 = 0xfb;
TL0 = 0xfb; //计数5个脉冲后中断 0xfb
}
/**************T0计数中断服务程*********************/
void isr_t0(void) interrupt 1
{
TH0 = 0xfb;
TL0 = 0xfb;
IE = 0; //关闭所有中断
//TF0 = 0; //软件清零计数器0溢出的中断标志
IP = 0; //取消中断优先级的设置
TR0 = 0; //关闭定时器0
sym = 1; //表示振铃结束
P2 = 0xff; //熄灭所有控制的LED
pick = 1; //模拟摘机
}
/****************INT0中断服务程序*******************/
void isr_int0() interrupt 0
{
//IE0 = 0; //软件将INT0中断请求标志位清零
temp[flag] = P1&0x0f; //读取解码后的值
if(flag<7)
{
flag++;
}
else
{
flag = 0;
}
}
/**********************主程序*********************/
void main()
{
unsigned char value;
unsigned char i;
init_t0();
pick=0;
P2 = 0xfe; //振铃检测指示，第一盏灯亮
while(1)
{
//led8=0;
while(sym)
{
led8=0;
sym = 0;
//P1 = 0x00;
IE = 0x81; //打开总中断和INT0中断
IP = 0x01; //INT0中断优先级最高
TCON = 0x01; //边沿触发方式
flag=0;
while(1)
{
if(temp[6]==0x03) //#键确认 0x0c
{
value = compare_code();
if(value)
{
P2=0xfd; //密码正确指示,第 7 灯亮
flag=0; //密码正确，清零以便下次数据的读入
for(i=0;i<7;i++)
{
temp[i]=0; //数值清零
}
while(value)
{
//led7=1;
//led8=1;
while(!flag); //程序停在此处，等待解码的数值
//P2=0xff;
switch(temp[flag-1])
{
case 0x05:P2 = 0xff;break; //0 全灭
case 0x08:i1++;if(i1%2==1) {led1 = 0 ;break;} else led1=0; break; //1
case 0x04:P2=0xfd;break; //2
case 0x0c:P2=0xfc;break; //3
case 0x02:P2=0xfb;break; //4
case 0x0a:P2=0xfa;break; //5
case 0x06:P2=0xf9;break; //6 第
case 0x0e:P2=0xf8;break; // 7
case 0x01:P2=0xf7;break; //8
case 0x09:P2 = 0x00;break; //9 led全亮
//case 0x0b:pick=0;flag=0;IE=0;value=0;break;
case 0x0d:pick=0;value=0;IE=0;init_t0();flag=0;P2=0xfe;break;
// case 0x0b:pick=0;value=0;IE=0;init_t0();flag=0;break;//*键，重新等待振铃号
default:break;
}
}
}
else
{
P2=0xfb;//密码错误时，第三盏灯亮
temp[6]=0;
flag=0;//密码错误时，重新开始记录读入的数据
}
break;
}
}
}
}
}
六、心得体会
这次的课程设计是大学课程里头的最后一次专业综合性的课程设计，总结了大学以来我们所学的专业知识和考察我们动手的能力。理论部分主要是电路的知识和单片机运用的知识。而在实践方面，我们之前就有过制作PCB板的经验，和从事过单片机运用的开发。
到目前为止，我们学习的功能电路和部件有：放大电路、振荡电路、调制、解调、反馈控制、频率变换等。在实际应用中，各种功能电路作为局部电路在电子设备中发挥作用。在去年的暑假中我参加了为期一个月的电子设计大赛的培训，并参加了9月份的20##年福建省大学生电子设计大赛。深深意识到我们要设计的电路都是从这些基础上的电路模块而来，并加以改进，使之能够达到我们能够让它们为我们的系统服务，它们处于最佳工作状态，使系统整体的性能更加完善，更好的体现所设计系统的价值。
本次课程设计是以AT89C51单片机为核心，上学期我们进行了为期一个学期的单片机学习，是以汇编语言为基础的讲解51系列单片机。如今我们用C语言进行单片机编程，更高级的语言编程使开发的过程更加高效简洁。汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。其 主 要 优 点 是 占 用 资 源 少、程 序 执 行 效 率 高。但 是 不 同 的CPU，其 汇 编 语 言 可 能 有 所 差 异，所以不易移植。C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。
本次实践的调试过程我也总结了一些经验与方法,希望可以得到老师的指点，做一些改进，可以积累我的经验，为今后走上企业的研发打下基础。
(一)、调试方法
由于本系统较为复杂，因此我们把调试分为模块来调试。
1.模拟摘机调试
首先，针对模拟摘机，编写一个摘机程序。然后给系统供5V电压，观相应LED灯是否会亮，同时检测振铃信号检测电路是否可以正常工作。若振铃五次以后，LED灯的状态发生变化，则说明模拟摘机没有问题。
2.振铃检测调试
利用单片机T0计数中断，对振铃脉冲进行计数，如果有计数让一个发光二极管点亮。然后给系统供5V的电压，并接上电话线到程控交换机，在次程控交换机的另外一端接上电话，用此电话拨打该系统的电话号码。如果观察到发光二极管有点亮，并可进入输入密码模式下则说明振铃检测没有问题。
3.整机调试
当1，2步骤都成功以后，就可以进制整机的调试。第一步，把编写好的程序烧到单片机里，再接上电话线，给系统供电；第二步，用电话拨打系统所在的号码，等到振铃5次以后，查看状态是否有变。第三步，输入密码并按确认键后是否有相应的LED灯的状态发生变化；第四步，按下功能键是否有相应的LED灯打开。挂机后是否还原为初始状态。
（二）测试结果
在这次的调试过程当中，发生了一些小问题，比如在振铃测试过程中并不是很准确的五次振铃以后进入输入密码的状态，有时要多记，有时要少计，原因是滤波电容过大，不能及时放电导致不能产生矩形波信号。在更换了电容之后就解决了这个问题。