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1、 摘 要随着信息技术的飞速发展以与人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求已从追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过渡。本文设计了住宅智能化中的防盗报警系统。该系统主要由自动检测与自动拨号报警两部分组成。自动检测是指通过热释电红外探测器感应人体发出的红外线进行盗情检测。自动拨号报警是指由单片机，自动拨号芯片，语音芯片以与网络构成的系统通过对感应信号的处理自动向用户和相关部门发出语音求救信号。本系统通过设计密码键盘来识别主人身份，该系统同时具有现场声光报警和记录盗情发生时间的功能。该系统以单片机控制技术，传感器技术和自动拨号技术为基础，单片机AT89S51，自动拨号芯片，语音芯
2、片为基本器件。通过对输入传感器信号的判断，处理，驱动相关模块，实现报警，记录，显示等功能。用热释电红外传感器模块感应监测一定围的移动人体，以输入报警信号，用蜂鸣器模拟声音报警，用发光二极管模拟光报警，用LCD1602液晶显示模块显示相关数据。该报警系统具有一定的智能防盗报警功能，可以基本满足住宅的智能安防要求，在人们日益追求住宅安全、舒适、经济的今天具有广泛的应用前景。关键词：智能报警系统；防盗；自动拨号；语音报警；热释电红外传感器AbstractWith the rapid development of information technology and the increase of p
3、eoples living standard, peoples residential needs from the pursuit of simple living space to pursue quality, function and service etc.The paper designs the residential intelligent alarming system. The system is mainly composed by two parts of automatic detection and automatic telephone dialing alarm
4、. The automatic detection means pyroelectric infrared sensors detect the pirates of the situation through inducing IR issued by the human body. Automatic telephone dialing alarm means that the system which consists of the MCU, automatically dial chip, voice chip and telephone network automatically s
5、ent to the user and the relevant departments voice distress signal through processing the sensors signal. The system through the password to identify the status of the host, this system also has the on-site sound-light alarm and record the time feeling of theft.This system with single-chip microcomp
6、uter control technology, AT89S51 single-chip, dial-up chip, pronunciation chip for basic components, through to the input sensor signal processing, the judge, driven,alarm, record module, display function.Pyroelectric sensor module with a sensor to monitor movement within the human body, to enter th
7、e alarm signal, alarm with a buzzer to sound, with light-emitting diode light alarm, with the LCD1602 display data.The alarm system has some intelligent burglaralarm, can basically meet the domestic security intelligence requirements, and in the growing pursuit of domestic security, comfort, economy
8、 today has a wide range of applications.Keywords: intelligent alarm system; Security; Automatic dial-up; Voice alarm; Sensors目 录1 绪论11.1室智能防盗系统的研究现状11.2我国住宅智能安全防系统展望22系统的总体设计方案23 系统的硬件设计33.1防盗探测模块33.2单片机控制模块63.3报警模块83.3.1现场声光报警部分83.3.2自动拨号报警部分93.4 键盘与密码输入模块153.4.1键盘电路153.4.2按键去抖动163.5 LCD显示模块174 系统的
9、软件设计214.1系统程序流程图214.2 部分模块软件程序设计215 硬件的制作265.1Protel99的使用步骤与经验265.2电路板的制作过程276 系统的软硬件调试276.1 硬件调试286.2软件调试287 总结与展望297.1 总结297.2展望29辞30参考文献31附录1 系统原理图32附录2 PCB图33附录3 系统程序3458 / 621 绪论随着微电子技术与网络技术的飞速发展，人们对于居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求，因此智能化住宅就随之出现，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃
10、、抢劫居高不下，因此家庭智能安全防系统是智能化小区建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗报警系统也就应运而生。所谓的智能安防，即指通过相关系统，将安防进行信息化、生动化，而且能把事件控制在发生之前，有效地防止相关危险事件的发生。智能安防一般包括系统控制模块、报警模块、传感器模块、显示模块等。本系统采用常用的AT单片机系列作为系统的核心控制部分，是一个利用热释电红外传感器模块作为信号输入控制部分的智能报警器。当热释电传感器模块感应到人体的移动时，会有控制信号输入单片机，单片机进行判
11、断、处理，进而自动拨打相关进行报警，同时输出报警声来引起相关人员的注意，记录下报警时间，方便主人回家后查阅。此系统具有信号接收灵敏度高，显示反映快，报警声音响的效果。1.1 室智能防盗系统的研究现状在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用已渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。但是经济的发展也带来了相当大的负面影响。城乡收入差距、区域收入差距进一步拉大，以与流动人口的迅速增加，社会保障制度的不健全，盗窃、抢劫等刑事案件也呈现出了增加趋势。人们越来越渴望有一个
12、安全生活的空间。犯罪分子的作案手段越来越高明，甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种以人防为主的防方式越来越不满足人们日常防的要求。因此，人们的日常安防工作中，引入了很多高科技手段，我们称之为技术防。因为技术防能够与时发现各种案情，并为案件的破获提供有力的证据，所以，越来越受到人们的重视。智能化住宅是信息化社会的产物，住宅智能化的容一般包括：住宅安全自动化(SA)，通信自动化(以)，保健自动化(HA)和管理自动化(MA)，因此也称为4A系统。在我国，住宅安全防报警系统己成为智能住宅中实现安全防护的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等
13、容。该系统是一种比较完善的安全防系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室分机用于接收室各探测器的报警信号。室分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器、温度探测器、红外与微波探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防系统也急需普与。在我国，以、等较发达的城市为龙头在近几年也形成了一股智能化住宅热。目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安防系统。可以预见，智能住宅、智能小区
14、将成为21世纪建筑业的发展主流。特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。1.2 我国住宅智能安全防系统展望智能化住宅近几年来在全球以与在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT产业向传统住宅产业以与人们生活渗透的必然结果。智能化住宅建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展智能住宅是住宅产业现代化的必然选择。按智能技术开发的功能和作用的不同，智能住宅中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。以防盗报警为例，探测智能是通过探
15、测器中的微处理器进行的，它不但对人体红外信号直接进行检测、分析和信号处理，而且对环境的变化可与时做出响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，做出恰当的智能判断；监控控智能则是由探测器中计算机自身的软件(程序块)来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品已经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅装设质优价廉、功能完善的安全防系统。同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅已开始引起人们的关注。作为智能住宅的一个组成部分，安全防系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。2 系统的总
16、体设计方案本方案采用单片机作为整个控制系统的核心。鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，因此本设计采用了AT89S51单片机系统。系统组成框图如图2-1所示。AT89S51主要负责系统的控制与协调工作。具体设计方案如下：首先，主要是从外部获取控制信号，其次，在单片机中进行数据处理与其控制，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到自动拨号报警电路和现场报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示等。这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，极缩短了总体设计和制造的时间，为发挥部分的制作以与其他功能扩展提供了充足的部空间和更多的外部接口。图2-1 系统组成框图为了实现设计要求的基本
17、功能，本系统必须包含五个基本功能模块：（1）防盗探测模块。（2）单片机控制模块。（3）报警模块。（4）键盘与密码输入模块。（5）LCD显示模块。其中单片机控制模块主要用于响应传感器信号和进行显示程序控制；防盗探测模块主要用于感应是否有物体通过，并形成电平信号输出；报警模块主要用于报警声响提示和自动拨号报警；键盘与密码输入模块主要用于用户输入密码和一些功能键设置；显示模块主要用于记录报警时间。由以上系统组成框架图可以看出，本系统的外围电路相对比较简单，功能的实现主要是从外部获取控制信号之后在单片机中进行数据处理，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进
18、行显示。所以本系统的单片机数据处理方面的程序相对比较复杂一些，所有的感应信号和显示数据的处理和输入控制都是在单片机中进行处理，这就要求在设计程序的时候要认真思考单片机存储空间的合理分配和管脚的分配问题。3 系统的硬件设计3.1防盗探测模块（1）传感器件选择传感器亦称变换器，广义而言，传感器是将被测的某一物理量（信号）按一定规律转换成与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）的输出装置。目前一般对传感器的理解往往是指非电物理量与电量的转换。而传感器的种类繁多，主要有温度传感器、光电传感器、湿度传感器、热释电传感器、磁传感器等。本系统主要用来感应监控围是否有人体通过，因此用热释电红外线传感器较合适
19、。（2）传感器原理介绍热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米围人的行动。菲涅尔透镜利用透
20、镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um围几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。（3）被动式热释电红外探头的优缺点优点：本身不发任何类
21、型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰。被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被接收。易受射频辐射的干扰。 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。（4）热释电红外传感器的抗干扰性能防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测围地面上地小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的围，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。（5）热释电传感器实物图如下：图3-1 热释电红外传感器实物图（6）热释电红外探测
22、器电路设计热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头P2288(传感器)与一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作围可在3V到5V之间)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚排列与各点波形如图3-2和3-3所示。图3-2 BISS0001管脚排列图图3-3 不可重复触发工作方式下各点波形当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在Tx时间，任
23、何IC7的变化都被忽略，直至延迟时间Tx结束。当Tx时间结束时，U0下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期，任何IC7的变化都不能使U0为有效状态。本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RR1、RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2、RC2为触发封锁时间Ti的调节端。基于BISS0001的人体红外信号处理电路如图3-4所示。热释电红外传感器P2288输出的电信号，经过由电阻R2、电容C3与C5组成的低通滤波电路，滤
24、除高频干扰噪声，送至BISS0001的14脚。经部二级放大和双向幅度鉴别后，通过逻辑控制延时电路在BISS0001的2脚输出高电平，并经电阻R7送至三极管9013，反相后变成低电平输出到单片机的外部中断0。图3-4 基于BISS0001的人体红外信号处理电路3.2 单片机控制模块此自动拨号报警系统是以单片机AT89S51为控制核心的系统。（1）AT89S51主要性能： 8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-33MHz 三级程序存储器锁定 128*8位部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 6个中断
25、源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片振荡器和时钟电路（2）AT89S51引脚结构：图3-5 单片机AT89S51引脚结构（3）管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高
26、，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号
27、和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复
28、位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程
29、序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3 报警模块3.3.1现场声光报警部分本设计把单片机的P1.7口作为现场声光报警控制的输出口，当传感器探测到有人体在探测围
30、移动时，会有控制信号输入，此时P1.7为低电平，三极管和发光二极管同时导通，蜂鸣器工作发声，发光二极管发光，进行现场报警。现场声光报警是通过编程使P1.7口输出符合方波振荡信号使蜂鸣器发声。根据延时程序的设定，蜂鸣器的报警声音将持续5秒，若5秒后系统仍能检测到信号，则驱动显示电路记录报警时间。现场报警电路图如图3-6所示。图3-6 现场声光报警电路3.3.2自动拨号报警部分（1）拨号电路本系统设计的自动拨号电路可通过网络实现自动寻呼，对所指定的机构或人员发出求救信号，简述事故性质与地点，使救援人员采取相应措施来制止事故，系统主要功能如下： 报警优先功能:主机用户机共用一条线，非报警时，不影响的
31、正常使用，机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时，优先拨打报警。自动拨号功能：可设定1-6组或手机，每组不超过15位数。用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码。可自行录制语音：语音播送，由使用者自行录制，存录“状况”(如有人闯入，失火，等)，使用者的，地址，等。自动探测通话状态：报警时自动探测对方机的使用状态，若对方为占线或响铃后无人接，则保留跳过，等下一轮续拨。由于是采用CMOS制造工艺，芯片集成度高，功耗低(只有57.8mW)，工作稳定可靠，因此在必须同时具备DTMF信号接收和发送的功能的系统中倍受人们的青睐。另外，MT8888可以方便与MCS51系列单片机接口，外围电路简单。
32、因此，MT8888被广泛应用于信用卡系统、寻呼系统、中继系统、移动通信、互连拨号以与个人电脑等领域。MT8888引脚排列如图3-7所示。图3-7 MT8888引脚排列图 MT8888芯片特点：具有多种工作模式，可有部控制寄存器选择，所以功能很强。如编程选择双音群（BURST）发送模式时，它间接发送任意个数的双音群信号，双音信号持续时间控制在51msms，符合DTMF信号解码标准。也可扩充为102ms2ms双音群模式，符合自动拨号标准。编程选择呼叫进程检测（call progress）模式时，能检测信号音。频率精度高，片对双音群模式的占空时间精确定时。 芯片工作方式：MT8888通过微处理器接口
33、由RS0、WR、RD、D0D3选择部寄存器，以控制电路的工作模式。它有5个寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)。其中CRA和CRB占用同一地址，先写CRA，后写CRB，是否写CRB由CRA的最高位控制。MT8888有多种工作方式，它们分别为： DTMF模式:发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。 呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测呼叫过程
34、中的各种信号音，只要信号的频率落在320HZ510HZ围，片呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由IRQ/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则IRQ/CP端始终保持低电平。 突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为511ms；在CP模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为102士2ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。 中断模式：此模式下若选择状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则IRQ/CP端下接至低电平。 DTMF拨号原理：现在的机多数是双音频，下面
35、就以双音频为例介绍拨号的原理。双音多频(DTMF)是指用两个特定的单音信号的组合来代表数字或功能。两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同。双音多频拨号方式中有16个按键，对应有8种不同的单音信号，因其采用的频率有8种，所以称为多频，如表3-8所示。从中任意抽出2种进行组合，又称其为8种取2的编码方法。根据国际电报咨询委员会(CCITT)Q.23号建议，DTMF选号方式选用8个频率，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率：679MHz，770MHz，852MHz，941MHz，高频群也有4种频率：1209MHz，1336MHz，1477MHz，1633MHz。从高
36、频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。用双音多频拨号方式传递音频信号，其传播速度快，不发生畸变，传输方便，抗干扰能力强，可以减少交换机的差错。表3-8 DTMF拨号方式中16键组合表1029 MHz1366 MHz1477 MHz1633 MHz679 MHz123A770 MHz456B862 MHz789C941 MHz*0#DMT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用16MHz的单片机80C51，也
37、无需插入等待周期。图3-9为MT8888的读写控制时序图。图3-9 MT8888的读写控制时序图在本系统中，MT8888与外围电路参见图3-10。它的接收部分采用单端输入，由R201、R202图3-10 拨号电路和C201组成，其输入电压增益为R202/R201=2。它的发送部分R205、R206、C204、C205和XTAL2构成，其中XTAL2为3.5795MHz的晶体振荡器，负责产生全部16种标准双音信号。它的控制部分由R203、 C201构成。另外，由于IRQ/CP端为开源输出，故要用上拉电阻R204，与单片机P3.5脚相连。C203为去藕电容。DTMF IN和DTMF OUT与接口电
38、路相连。（2）语音电路语音电路部分主要由ISD1420语音芯片控制。ISD1420语音芯片是由美国ISD（Information Storage Device）公司开发的高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。其片设有时钟振荡器、128K字节E2PROM(电可编程可擦除只读存贮器)、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。ISD1420引脚排列如图3-11所示。图3-11 ISD1420引脚排列 ISD系列语音芯片特点： 所需外围元件少，电路简单，操作方便。 采用直接模拟量存贮技术DAST(D
39、irect Analog Storage Technology)，再现优质原声。 零功率信息存贮，省掉备用电源。 信息可保存10年以上，可反复录放达10万次之多。 易于使用，语音固化无需专用编程或开发装置，可随意改变录音容。 较强的选址能力，可进行分段管理和分段存储多段信息。 具有自动省电模式，录音和回放后即刻进入等待模式，此时仅需0.5uA的维持电流。 自带时钟源，高抗干扰性能。 可直接驱动816喇叭工作，输出不失真功率大于50mW。也可作激励信号单端输出，外接功率放大器，输出功率为额定输出功率的1/4，约为120mW左右。 采用总线技术，适于同单片机接口。 芯片工作原理录音过程中，ISD1
40、420在进行存储操作之前，要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态围的最佳电平，这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制部分来完成。前置放大器通过隔直流电容与麦克风连接，隔直流电容用来去掉交流小信号中的直流成份(大约2mV20mV)。信号的放大分两步完成，先经过输入前置放大器，然后经过固定增益放大器。完成信号的通路要在模拟输出端(ANA OUT)和模拟输入端(ANA IN)两个管脚之间连接一个电容器。自动增益控制电路动态地监控放大器输出的信号电平并发送增益控制电压到前置放大器。前置放大器增益自动调节以便维持进入滤波器的信号为最佳电平，这样录音的信号能得到最高电平又使削波减
41、至最小。我们可以通过选择连接到AGC管脚的电阻和电容值来调节描述自动增益电路特性的两个时间常量，即响应时间和释放时间。下一个阶段的信号调整是由输入滤波器完成的。由于模拟信号的存储仍然是采用取样技术，因此还需要一个抗混淆滤波器以去掉(或至少减到可忽略不计的程度)取样频率1/2以上的输入频率分量。这样就满足了所有数据采集系统都遵循的奈奎斯特取样定律。语音的质量要想优于的音质，取样频率要用8kHz。低通滤波器的高频频限选在3.4kHz，可满足奈奎斯特取样定律，而且仍有足够宽的频带以得到高音质的语音。滤波器是一个连续时间五极点低通滤波器，在3.4kHz每个倍频程衰减40dB。信号的调整完成后，将输入波
42、形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由8kHz取样时钟取样，并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压，同时补偿与FowlerNordheim隧道效应相关的一些实际因素。取样时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序的写入存储阵列。放音时，录入的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形，平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器，两个输出管脚直接驱动扬声器。 芯片工作模式ISD1420具有多种工作模式，其地址输入端具有双重功能。它可以根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0A7的功能。
43、如果A6、A7有一个低电平，A0A7输入全解释为地址位，即作为起始地址用，此时地址线仅作为输入端，在操作过程中不能输出部地址信息。根据PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信号，地址输入被锁定。如果A6、A7同为高电平时，它们即为模式位。操作模式可以方便的与微控制器一起使用，也可通过硬件连线得到所需系统操作。地址0是ISD1420存储空间的起始端，所有初始操作都是从O地址开始，后面的操作可根据模拟模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中的录、放音转换将进入省电状态时，地址计数器复位为0。当PLAYE、PLAYL或REC变为低电平，同时A6、A7为高电平时，执行地址线所对应的操作模式。这种操
44、作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止。本系统的语音电路如图3-12所示。这是应用ISD1420作为基本录放音的电路，所有的地址线均设置为“0”，所以放音的起始地址是0。当按下REC键后，录音开始，数据从0地址开始存储，直到存储器满或者松开按键为止。当按下PLAY键后，则开始放音，直到PLAY松开或者存储器用完为止。LED2为录音指示灯，当处于录音状态时，ISD1420的25脚被拉成低电平，LED2发亮。语音信号由驻极体话筒拾取，从MIC和MIC REF两端输入芯片部的放大器放大，该放大器的输出信号从ANA OUT端引出，外部使用C302藕合至另一个放大器的输入端ANA IN，做进一
45、步放大，经功放后的音频信号从SP+和SP两端输出并推动扬声器发音。扬声器的接法也可以一端接地，另一端任意接SP+或SP，因此，在此电路里，SP+被用来与接口电路相连，以送出语音信号。C305和R305为增益调整电路。图3-12 语音电路（3）接口电路此电路起着很重要的作用，拨号电路、语音电路均需要通过它与外界相连，它完成线在系统与机之间的转换。平时机连在线上，系统与线断开，不会干扰通信。若需报警时，系统控制继电器转换，系统接上线，机与线隔离，不会影响系统的工作。为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为+5V。目前，交换机的工作电压为直流60V或者48V，通过外线a、b接入用户话机。为
46、了确保拨号电路的DTMF信号正常发送和语音电路语音信号的正常播出，须设置极性保护电路，由二极管桥路构成，不论用户如何将外线接入LINE IN口，都能确保电路部的2线为正电压。另外，有的交换机可提供的工作电流为50mA或者120mA，因此，极性保护电路中的二极管反向耐压必须大于180v，允许的正相电流必须大于180mA。可以选用IN4004、IN4007等。根据邮电部门关于入网的标准，摘机状态下的直流电阻应该小于等于300，因此，在极性保护电路后直接接一个20的大功率电阻，以模拟摘机挂机。当模拟摘机时，用户外线电压降至10V左右。模拟摘挂机由继电器吸合配合实现，V501与单片机P2.3口相连，模
47、拟挂机时，工作于截止状态，当单片机发出模拟摘机命令时，P2.3变为低电平，三机管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合，300电阻接入网，实现模拟摘机操作。拨号电路、语音电路可通过1:1隔离变压器与接口电路相连。接口电路如图3-13所示。图3-13 接口电路3.4 键盘与密码输入模块3.4.1键盘电路键盘与密码输入电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括:密码输入、修改密码输入、设置、紧急呼叫、录音、放音等功能。按键在单片机应用系统中是一个关键部件，他用来实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是属于人机通道电路。这里采用节省单片机I/O端口的44矩阵键盘电路。矩阵键盘又称行列式键盘，他是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的矩阵键盘。在行线和列线的每一个交叉点上设置一个按键。这样键盘的按键个数是44=16个。这种行列式键盘结构能够有效的提高单片机系统中I/O口的利用率。矩阵键盘电路如图3-14所示。D0-D9分别代表十个数字键，D10为清屏键，D11为密码确认键，D12为密码修改键，D13为录音键，D14为放音键，D15为紧急呼救键。图3-14 矩阵键