Luận văn: Thiết kế mạch tính cước điện thoại ppt

Đồ n Môn Hoc II – Lê Minh Thế – 97ĐT04

1 Khoa Điện – Điện Tử

Tháng 6-2001

Lưu hành nội bộ



Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
  
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC I1
Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THẾ
Lớp : 97 ĐT04
Nghành: Điện Tử –Viễn Thông
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Việt Hùng
1)Tên đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI

2) Các số liệu ban đầu
:
- Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng vi điều khiển 8051.
- Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng phương pháp đảo cực .Với
đề tài máy tính cước điện thoại này, điện thoại được đặt ở các dòch vụ thuê bao
công cộng, nhiệm vụ chủ yếu là tính toán chính xác thời gian đàm thoại và đổi
ra số tiền ứng với thời gian đã gọi, ngoài ra còn có thể hoạt động như đồng hồ
chỉ thò thời gian. Từ mục đích này nên máy tính cước phải đạt những yêu cầu
sau:
- Được sử dụng trên toàn nước không cần thay đổi về phần cứng.
- Thể hiện đúng số quay ở hai chế độ Pulse và Tone.
- Thời gian đàm thoại kể từ khi thông thoại đối với mấy có đăng ký đảo
cực tại tổng đài một cách chính xác .
- Lưu trữ tạm thời tất cả các thông số của cuộc gọi như: số quay số, giá
tiền của mỗi cuộc gọi và thời gian gọi.

3) Nội dung các phần thuyết trình tính toán:
- Giới thiệu vể các kiến thức liên quan đến đề tài.
- Giới thiệu sơ lược về Tổng Đài ,nguyên lý tính cước điện thoại bằng phương
pháp đảo cực .
- Giới thiệu về nguyên lý hoạt động của mạch tính cước .
- Nêu rõ chức năng ngyên lý hoạt động của từng khối trong mạch tính cước và
cách tính toán thiết kế .
- Vẽ mạch bằng chương trỉnh OrCad Realease 9. Mô phỏng chương trình Vi xử lý
mạch tính cước bằng TS Cotrol Simulator 8051.



Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04

Khoa Điện – Điện Tử
3
BẢNG NHẬN XÉT
CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ
Lớp : 97 ĐT04
Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI
Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Việt Hùng

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
4
BẢNG NHẬN XÉT
CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ
Lớp : 97 ĐT04
Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI
Giáo viên phản biện:
Nhận xét của giáo viên phản biện :

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
5
MỤC LỤC
nnnnnn

TRANG
PHẦN I : DẪN NHẬP
I. Đặt vấn đề
II. Mục đích yêu cầu của đề tài.
III. Giới hạn đề tài.
PHẦN II : Lý Thuyết
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI
I. Sơ lược về mạng điện thoại
II. Các chức năng của hệ thống tổng đài.
III. Các thông tin báo hiệu trong điện thoại.

IV. Kỹ thuật gởi số bằng xung lưỡng âm đa tần
(Dual tone multifrequency : DTMF).
CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI
I. Phương pháp tính cước.
II. Nguyên tắc tính cước.

V. Quay số và giá cước hiện nay.
Phần III : THIẾT KẾ
CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
I. Sơ đồ khối.
II. Chức năng các khối.
III. Giải thích sơ lược nguyên lý hoạt động của mạch
Chương II : Thiết kế và giải thích nguyên lý hoạt động
của máy theo từng khối
I. Khối xử lý trung tâm (CPU).
II. Khối tạo xung CK.
III. Khối Ram – Rom.
IV. Khối chốt đòa chỉ.
V. Khối nhận âm hiệu – Giải mã bàn phím
VI. Khối giải mã đòa chỉ – hiển thò.
VII. Khối nguồn.


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
6
Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra những
thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau. Kỹ thuật truyền số liệu sử
dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840 với sự ra đời của máy điện
tín . Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được mã hoá (mã Morse) dọc theo đường
dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp
cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến
nay ,kỹ thuật Viễn –Thông đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là
tạo ra mạng Internet , các dòch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu
…. đến khắp nơi trên thế giới.

Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dòch vụ (ISP) hay các Tổng đài điện
thoại (Central Office) cần phải có thiết bò tính cước dể tính cước cuộc gọi hay cước truy cập .
























Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra
những thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau. Kỹ thuật
truyền số liệu sử dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840
với sự ra đời của máy điện tín . Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được

mã hoá (mã Morse) dọc theo đường dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách
mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát
minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến nay ,kỹ thuật Viễn –Thông
đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là tạo ra mạng
Internet , các dòch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu ….
đến khắp nơi trên thế giới.

Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dòch vụ (ISP) hay các Tổng
đài điện thoại (Central Office) cần phải có thiết bò tính cước



vvvvvv


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
7
PHẦN I: DẪN NHẬP
x
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:


Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin liên lạc, kỹ thuật vi
điện tử và vi xử lý . Ngày nay con người đã có thể tạo ra các mạng số liên kết
dòch vụ mà ở đó con người có thể truyền tất cả các dạng thông tin (tiếng nói,
hình ảnh ,văn bản, dữ liệu ,fascimile…) dưới dạng số từ thuê bao này đến thuê
bao kia .Ngoài ra các bộ vi xử lý còn được sử dụng rộng rãi trong tất cả các
loại thiết bò đầu cuối như Digital telephone ,Telephone video, Telex, PC …
trong đó sự đóng góp của các bộ vi xử lý vào mạng điện thoại đã tạo ra một

bước tiến đáng kể trong việc thiết kế và quản lý các mạng điện thoại .
Tuy nhiên , khi các loại hình dòch vụ mới ra đời ngày càng nhiều thì việc quản
lý ,tính cước thuê bao ,tính cước truy cập hay giải quyết sự cố trên đường
truyền lại là những vấn đề gây không ít khó khăn cho các nhà cung cấp dòch
vụ hay các Tổng đài trung tâm.Trong khi đó, ngoài những thuê bao chính như
cơ quan , công sở,nhà riêng … nước ta còn có một mạng lưới thuê bao công
cộng dày đặc chiếm số lượng đáng kể từ Thành phố đến các tỉnh thành .Do
đó, để giải quyết bài toán trên cần phải có một thiết bò đặt tại các trạm Điện
thoại công cộng ,cho phép người gọi biết được số đã quay,thời gian đàm thoại
và tính chính xác số tiền của mỗi cuộc gọi.
Xuất phát từ nhu cầu nêu trên cộng vời những kiến thức đã học ở trường
em chọn đề tài máy tính cước điện thoại, nhằm giải quyết phần nào khó khăn
mà các thuê bao công cộng đã gặp phải.
Với máy tính cước này, người gọi có thể biết số quay số, thời gian đàm
thoại và giá tiền cuộc gọi: nội hạt, liên tỉnh, nước ngoài. Nhờ đó mà các dòch
vụ thuê bao công cộng phục vụ khách hàng được tốt hơn.
II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Điện thoại công cộng là một đề tài thuộc phạm vi chuyên môn trong
ngành viễn thông, cho nên để nghiên cứu kỹ thì phải cần một thời gian. Với
thời gian 6 tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa kiến thức về viễn
thông có hạn cho nên để thực hiện đề tài này em tập trung vào giải quyết
những vấn đề sau:
- Thiết kế phần cứng máy tính cước điện thoại.
- Xác đònh chính xác thời gian đàm thoại (chỉ thực hiện đối với thuê bao
có đăng ký đảo cực) và qui ra giá tiền.
- Lưu trữ các giá trò của cuộc gọi.


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04

Khoa Điện – Điện Tử
8
PHẦN II: LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

nnnn


I.SƠ LƯC VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI :

MẠNG ĐIỆN THOẠI HIỆN NAY ĐƯC PHÂN
THÀNH 5 CẤP TỔNG ĐÀI:
 Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1.
 Cấp thấp nhất g là tổng đài cấp 5 (cấp cuối)
Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế
được 10.000 đường dây thuê bao.
Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoại
được phân biệt như sau:
 Phân biệt mã vùng.
 Phân biệt đài cuối.
 Phân biệt thuê bao.
Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở
kháng khoảng 600 Ω.
Tổng đài cuối sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC.
Hai dây dẫn được nối với jack cắm.
 Lõi giữa gọi là Tip (+).
 Lõi bọc gọi là Ring (-).
 Vỏ ngoài gọi là Sleeve.
Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng
chạy trong thuê bao là 20mA DC và áp rơi trên Tip và Ring còn +4VDC.

II. CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU TRONG ĐIỆN THOẠI:
NGYÊN LÝ KẾT NỐI GIỮA THUÊ BAO GỌI & THUÊ BAO BỊ GỌI:
- Trong các mạng điện thoại hiện nay, nguồn tại tổng đài cung cấp đến các
thuê bao thường là 48VDC .


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
9
 Yêu cầu cuộc gọi: khi thuê bao rỗi, trỡ kháng đường dây cao, trở kháng
đường dây sẽ xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng
cao. Dòng tăng cao này được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu một cuộc
gọi mới và sẽ cung cấp đến thuê bao âm hiệu mời quay số(Dial Tone).
 Tín hiệu đòa chỉ:
Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gửi các
chữ số đòa chỉ. Các chữ số đòa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số,
quay số ở chế độ Pulse và quay số ở chế độ Tone.
 Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn:
Sau khi nhận đủ đòa chỉ, bộ phận đòa chỉ
được ngắt ra. Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong
các tín hiệu sau:
- Nếu đường dây gọi đang rỗi, âm hiệu hồi âm chuông (Ring back tone) sẽ
đến thuê bao gọi và dòng điện rung chuông (Ringing tone) đến thuê bao bò gọi.
- Nếu đường dây bò bận hoặc không thể vào được thì âm hiệu báo bận
(Busy tone) sẽ đến thuê bao gọi.
 Tín hiệu trả lời trở về:
Ngay khi thuê bao bò gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu
đảo cực được phát lên thuê bao gọi.Việc này cho phép khởi động mạch tính
cước bắt đầu hoạt động .
 Tín hiệu giải tỏa:

Khi 1 trong 2 thuê bao gác máy ,giả sử thuê bao A gác
máy (off hook), tổng trở đường dây điện thoại lên cao. Tổng đài xác nhận tín
hiệu này và gởi tín hiệu Busy tone đến thuê bao B đồng thời giải tỏa tất cả các
thiết bò liên quan đến cuộc gọi khi thuê bao B gác máy .

 HỆ THỐNG ÂM HIỆU CỦA TỔNG ĐÀI:

- Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và
Ring có màu đỏ và xanh. Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ
tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring. Điện áp cung cấp thường là 48 VDC,
nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC tùy thuộc vào
tổng đài.
Ngòai ra, Để họat động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài gửi một số tín
hiệu đặc biệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận .v.v Sau
đây ta sẽ tìm hiểu về các tín hiệu điện thoại và ứng dụng của nó.
a. Tín hiệu chuông (Ring Tone):


0 t


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
10

3s 4s
Khi một thuê bao bò gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho
thuê bao đó biết có người bò gọi. Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC
thường có tần số 25Hz tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn
đến 16Hz. Biên độ của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 V

RMS
đến 130 V
RMS

thường là 90 V
RMS
. Tín hiệu chuông được gửi đến theo dạng xung thường là 3
giây có và 4 giây không (như hình vẽ). Hoặc có thể thay đổi thời gian tùy thuộc
vào từng tổng đài.
b. Tín hiệu mời gọi (Dial Tone):

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác
được sử dụng trong hệ thống điện thoại. Tín hiệu này được tạo ra bởi hai âm
thanh (tone) có tần số 350Hz và 440Hz.



c. Tín hiệu báo bận (Busy Tone):

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi
hai âm có tần số 480Hz và 620Hz. Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s
không).
0,5s 0,5s

0,5 s
d. Tín hiệu chuông hồi tiếp (Ring back tone)
:
Khi thuê bao A gọi cho thuê bao B ,nếu cuộc gọi được kết nối (nghóa là
thuê bao B không bò bận và sẵn sàng kết nối cuộc gọi ).Khi ấy,Tổng đài sẽ gửi
một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông ở

thuê bao bò gọi. Tín hiệu chuông hồi tiếp này được tổng hợp bởi hai âm có tần
số 440Hz và 480Hz.
g. Tín Hiệu Đảo Cực:

Đ
ảo cực
0
t
0 t


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
11



- Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê
bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi đó hệ thống
tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê
bao gọi. Ở các trạm công cộng có trang bò máy tính cước, bưu điện sẽ cung cấp
một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước.

BẢNG TÓM TẮT TẦN SỐ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI
Vùng họat động
(Hz)
Chuẩn
(Hz)
Dạng tín hiệu Đơn
vò

Tín hiệu chuông 16 – 60 25 Xung 2s on 4s off Hz
Tín hiệu mời gọi 350+440 Liên tục Hz
Tín hiệu báo bận 480+620 Xung 0,5s on 0,5s off Hz
Tín hiệu chuông hồi tiếp 440+480 Xung 2s on 4s off Hz
Tín hiệu báo gác máy 1400+2060+
2450+2600
Xung 0,1s on 0,1s off Hz
Tín hiệu sai số 200-400 Liên tục Hz

II. KỸ THUẬT GỞI SỐ BẰNG XUNG LƯỢNG ÂM ĐA TẦN (DUAL
TONE MULTIFREQUENCY ,DTMF ):
1. Hệ thống DTMF:

Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống
điện thọai hiện đại hiện nay. Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch-Tone, hệ
thống được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát
triển rộng rãi. Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống
xung kiểu cũ.
DTMF (dual tone multifrequency) là tổng hợp của hai âm thanh.
Nhưng điểm đặt biệt của hai âm này là không cùng âm nghóa là: tần số của
hai âm thanh này không có cùng ước số chung với âm thanh kia. Ví dụ như
750 và 500 thì có cùng ước số chung là 250 (750=250 x 3, 500= 250 x 2) vì vậy
750 và 500 là hai thanh cùng âm không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF.


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
12
Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được
nhiễu tín hiệu do đó tổng đài có thể biết chính xác được phím nào đã được

nhấn. Ngoài ra nó còn giúp cho người ta sử dụng điện thoại thuận tiện hơn.
Ngày nay hầu hết các hệ thống điện thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF. Bàn
phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng ma trận chữ nhật gồm có 3 cột và 4
hàng tạo nên tổng cộng là 12 phím nhấn: 10 phím cho chữ số (0-9), hai phím
đặc biệt là ‘* ’ và ‘# ’. Mỗi một hàng trên bàn phím được gán cho một tần số
tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số tone cao (hình 2). Mỗi một phím sẽ có
một tín hiệu DTMF riêng mà được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng
và cột mà phím đó đang đứng. Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận.
Ngày nay để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển
thêm một cột nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4
như hình 3.


1209Hz 1336Hz 1477Hz

697Hz

770Hz

852Hz

941Hz

Hình 2 : Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF
1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz

697Hz

770Hz

852Hz

941Hz

Hình 3 : Bàn
p
hím chuẩn 16
p
hím DTMF
*
0
#
9
1 2
8
4 5 6
7
3
*
0
#
9
1 2
8
4 5 6
7
3 A
B
C
D

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
13




CHƯƠNG II
NGUYÊN LÝ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI
I. Phương pháp tính cước :
- Có nhiều phương pháp tính cước trong hệ thống điện thoại công cộng .Trong phạm
vi đồ án môn học này ta chỉ quan tâm đến các phương pháp tính cước thông dụng .Có
nghóa là khi thuê bao bò gọi nhấc máy ,thời gian đàm thoại bắt đầu thì mạch sẽ thực
hiện tính cước cho đến lúc kết thúc cuộc gọi .
1. Tính cước bằng phương pháp đảo cực nguồn điện :
- Khi nhận ra thuê bao bò gọi nhấc máy trả lời, tổng đài sẽ đảo chiều của điện áp DC
trên đôi dây điện thoại của thuê bao gọi .Trong hệ thống tổng đài điện thoại tự động
,tín hiệu đảo cực sẽ khởi động đồng hồ tính cước của thuê bao gọi .Khi đàm thọai kết
thúc nghóa là một trong hai thuê bao gác máy ,điện áp trên đôi dây lại đảo chiều lần
nữa chấm dứt hoạt dộng của thuê bao gọi .
2. Tính cước bằng phương pháp đếm xung :
-
Sau khi thực hiện kết nối giữa hai thuê bao , tổng đài sẽ cấp các Tone gián đoạn có
tần số qui đònh trước .Trong một khoảng thời gian được qui đònh là đơn vò cơn bản để
tính cước , số Tone hiện diện trong một đơn vò thời gian cơ bản sẽ tỷ lệ với giá cước .
- Như vậy ,tuỳ theo khoảng cách giữa hai thuê bao mà số Tone trong một đơn vò thời
gian sẽ khác nhau .Khi ta gọi liên tỉnh hay điện thoại di động thì tương ứng số Tone
nhận được để tính cước sẽ tăng lên càng nhiều .

- Bộ phận tính cước chỉ làm một việc đơn giản là đếm số Tone này để qui đổi ra giá
cước cuộc gọi.
3. Tính cước bằng cách phát hiện tín hiệu ring –back Tone :
-
Trong hai phương pháp tính cước trên thì tổng đài phải gửi cho thuê bao tín hiệu đảo
cực hoặc xung tuần hoàn .Tuy nhiên, trong thực tế tại những thuê bao công cộng hoặc
những thuê bao không có dòch vụ trên thì người ta sẽ tính cước dựa vào tín hiệu hồi
âm chuông ( Ring- back Tone). Ta đã biết rằng ,sau khi thuê bao quay số tổng đài sẽ
nhận biết xung quay số nhờ hệ thống DTMF. Khi đó tổng đài sẽ thực hiện kết nối
giữa hai thuê bao, bên thuê bao gọi sẽ nghe được tín hiệu hồi âm chuông (f = 425 Hz,
chu kỳ 1 giây có ,4 giây không ).Khi thuê bao bò gọi nhấc máy trả lời ,tín hiệu hồi âm
chuông sẽ mất. Do vậy, phát hiện hết tín hiệu Ring –back Tone chính là phát hiện
hai thuê bao đã thông thoại .Tín hiệu này sẽ khởi động cho mạch tính cước hoạt động
.Khi kết thúc cuộc gọi thì nội dung của bộ đếm thời gian chính là khoảng thời gian
thông thoại cần tính cước .


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
14
4. PHƯƠNG THỨC QUAY SỐ:
 Gọi nội hạt :



 Gọi liên tỉnh :



 Gọi quốc tế :

5. MÃ VÙNG VÀ GIÁ CƯỚC CÁC TỈNH ,THÀNH PHỐ :
 Nội Hạt:

Nhấc N
g
he Dial Tone
Q
ua
y
So
á
Nhấc Má
y
N
g
he Dial Tone 0 Mã Vùn
g
Số Thuê Bao
Nhấc Má
y
N
g
he Dial Tone 00 Mã
Q
uốc Gia Số Thuê Bao

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
15
PHẦN III THIẾT KẾ
CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ
HOẠT ĐỘNG
¤n
n¤


I. SƠ ĐỒ KHỐI:
















LED HIỂN THỊ



CPU
CHỐT
DATA
RAM NHỚ
NGOÀI
EPROM
XUNG CK GIẢI MÃ
ĐỊA CHỈ
KHUẾCH
ĐẠI CÔNG
SUẤT
ĐẢO CỰC RƠLAY
GIẢI MÃ
DTMF
NGUỒN
CUNG CẤP



Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
16
II. CHỨC NĂNG CÁC KHỐI
1. Khối CPU:
Là bộ não của hệ thống máy tính, nó quản lý tất cả các hoạt động trong hệ thống và
thi hành các hoạt động đếm và tính cùc điện thoại trên dữ liệu. Nó là tập hợp các
mạch logic thực hiện các hoạt động đem về các lệnh và thực thi các lệnh.

2. Khối EPROM :

Đây là khối lưu trữ chương trình hoạt động chính của khối CPU, nội dung không bò
mất khi mất điện. Chương trình phần mềm được nạp ở đây.

3. Khối RAM nhớ ngoài:

Lưu trữ tạm thời các thông số của cuộc gọi, cũng như khả năng thay đổi chương trình
do người sử dụng lập. Ram ngoài có thể được đọc hoặc ghi khi có tín hiệu điều khiển
ghi hoặc đọc từ CPU

4. Khối Chốt Đòa Chỉ:

Lưu trữ các đòa chỉ do CPU đưa vào và chuyển các đòa chỉ này đến các khối RAM
nhớ ngoài và EPROM , thực hiện nhờ IC chốt 74LS 373.

5. Khối Giải Mã Đòa Chỉ:

Khi có tín hiệu xung clock tác động về ngõ vào của xung clock. Khi có tín hiệu từ
CPU gởi về thì ngõ ra sẽ tác động cho hệ thống led 7 đoạn hoạt động.

6. Khối Thu DTMF:

Đây là IC 8870 dùng để giải mã tone, giải mã các số từ bàn phím của điện thoại và
đưa dữ liệu về cổng xuất nhập dữ liệu qua bus dữ liệu.

7. Khối Khuếch Đại Công Suất
:
Bao gồm các transistor dẫn bảo hòa khuếch đại công suất cho hệ thống led 7 đoạn,
các transistor được kích từ khối giải mã đòa chỉ và từ port 1 của vi điều khiển.

8. Khối Xung CK:

Tạo ra xung clock có tần số cố đònh để các khối trong máy hoạt động đồng bộ với
nhau.

9. Khối Đảo Cực:

Nhận biết được và xử lý khi có tín hiệu từ tổng đài gửi đến cho thuê bao bên kia nhấc
máy thông thoại thì tính tiền.



Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
17
10. Khối Hiển Thò:
Hiển thò các thông số về giá thành, thời gian và số cuộc gọi cũng như tình trạng của
máy ở thời điểm hiện tại.

11. Khối Nguồn:

Tạo ra một nguồn điện áp thỏa mãn yêu cầu về điện áp cung cấp cho tất cả các linh
kiện trong mạch.

III. GIẢI THÍCH SƠ LƯC VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA MẠCH:

- Khi hệ thống được cung cấp nguồn, nguồn điện áp sẽ đến tất cả các vi
mạch của máy. CPU được cấp nguồn sẽ bắt đầu hoạt động ở đòa chỉ 0000H.
- Khi có yêu cầu thực hiện cuộc gọi tức là máy ở chế độ nhấc tổ hợp (off
hook) CPU sẵn sàng tiếp nhân số gọi.

- Khi người gọi thực hiện bấm số gọi, CPU sẽ lưu trữ tạm thời số gọi vào
Ram và đồng thời đưa ra mạch hiển thò để hiển thò các số vừa gọi.
- Sau khi chấm dứt cuộc gọi, máy sẽ hiển thò giá tiền và số cuộc gọi.


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
18
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
n¡«¡n
I. KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU):
n Trong máy tính cước, khối CPU chính là phần quan trọng nhất, nó tiếp nhận
và xử lý tất cả các thông tin hoạt động liên quan đến việc tính cước của máy.Ở
đây ta chọn Vi điều khiển 8051 vì nó có các đặc điểm nổi bật như mạch dao
động được tích hợp sẵn bên trong ,việc lập trình bằng ngôn ngữ (Assembly) dễ
dàng ,người lập trình có thể can thiệp vào từng bit của các port xuất nhập bằng
một lệnh duy nhất.
- Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển mọi hoạt động của máy
tính cước, việc điều khiển bao gồm các hoạt động sau:
- Nhận biết trạng thái nhấc máy, gác máy của thuê bao. Khi thuê bao nhấc
máy, khối điều khiển sẽ nhận biết trạng thái của thuê bao và hiển thò đồng hồ
sẳn sàng nhận tín hiệu xung từ bàn phím.
- Nhận biết xung quay số và giải mã xung quay số (nếu thuê bao sử dụng
dạng pulse) hoặc nhận các bit dữ liệu đã được giải mã từ khối giải mã tone để
biết số mà thuê bao muốn gọi. Sau đó CPU kiểm tra xem số gọi là quốc tế, liên
tỉnh hay nội hạt, CPU sẽ điều khiển cho ra giá tiền cụ thể cho từng nước, từng
tỉnh, nội hạt với thời gian tương ứng khác nhau được viết trong chương trình.
II. KHỐI TẠO XUNG CK:
 Trong máy tính cước, tất cả các hoạt động của mạch đều có liên quan đến xung
clock cung cấp cho CPU. Vì các bộ Timers/Counters sẽ dựa vào tần số xung clock này

mà thực hiện các công việc được lập trình sẵn và người lập trình cũng dựa vào tần số
xung này để viết chương trình trì hoãn của máy.
 Vi điều khiển 8051 có 2 Timer bên trong ,khi dược dùng làm đồng hồ thì các Timer
sẽ đếm giờ theo tần số thạch anh gắn vào XTAL1 và XTAL2. Ta chọn thạch anh có
tần số làm việc là 7,373 MHz. Các tụ C
1
, C
2
dùng để ổn đònh tần số dao động của
thạch anh.








18
19
C
2
C
1
X1

8031

X2

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
19

III
. KHỐI RAM – ROM:
- 8051 có khả năng mở rộng bộ nhớ lên đến 64Kb bộ nhớ chương trình(ROM) và 64Kb
bộ nhớ dữ liệu ngoài(RAM). Khi dùng thêm bộ nhớ ngoài ,Port 0 không còn là Port I/O
thuần tuý nữa .Nó được kết hợp giữa Bus dữ liệu (D0 ÷ D7) và Bus đòa chỉ của byte thấp
(A0 ÷ A7) bằng tín hiệu chốt ALE để chốt byte thấp của đòa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ
bộ nhớ .Trong nửa chu kỳ đầu của bộ nhớ ,byte thấp của đòa chỉ được cấp cho Port 0 và
được chốt bằng xung ALE. Một IC chốt 74HC373 (hoặc tương đương ) sẽ giữ byte đòa
chỉ thấp trong phần còn lại của chu kỳ bộ nhớ .Trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ Port 0
được dùng như Bus dữ liệu và được đọc hoặc ghi tuỳ theo lệnh.
1. ROM :
- Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ được thiết kế để lưu trữ các dữ liệu cố
đònh. Trong lúc hoạt động bình thường, dữ liệu mới không thể được ghi vào ROM mà
dữ liệu chỉ có thể được đọc từ ROM. Khi ROM được lập trình thì khi ngừng cấp nguồn
các dữ liệu bên trong ROM không bò mất.
- EPROM (Esarable Programable ROM) là loại ROM có thể lập trình lại được .Trong
mạch tính cước , để có thể thỏa mãn nhu cầu thò trường do giá tính cước ở mỗi thời điểm
có thể khác nhau .Ta cần phải có loại ROM có thể được xóa và lập trình lại nhiều lần
để cập nhật lại giá cước điện thoại.
- Xuất phát từ yêu cầu trên , ta chọn loại ROM có khả năng mở rộng bộ nhớ chương
trình lên đến 8 Kbytes. Đó là EPROM 2764

Giao tiếp giữa 8051 và EPROM
 Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài :
- Truy xuất giữa 8051 và EPROM được cho phép bởi tín hiệu PSEN.Một chu kỳ máy
của 8051 có 12 xung nhòp , khi sử dụng thạch anh 7,3728 Mhz thì xung nhòp của 8051 là
D Q
74HC373
G
Port 0

EA
8051
ALE

Port 2

PSEN
D0 – D7

A0 – A7

EPROM

A8 – A15

OE

Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
20
T = s 3,5
3728,7
12
µ
= Trong một chu kỳ máy sẽ có 2 xung ALE và 2 byte được đọc từ
bộ nhớ chương trình (nếu lệnh hiện hành là lệnh 2 byte thì byte thứ hai dẽ được loại bỏ)
2. RAM :
- Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên có nghóa là
bất kỳ ô nhớ nào cũng dễ dàng truy xuất trong bộ nhớ.
- Bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ tạm thời chương trình và dữ liệu, nội dung các ô nhớ
trong RAM thay đổi liên tục khi vi xử lý thực hiện chương trình.Tuy nhiên ,dữ liệu lưu
trữ tạm thời trong RAM sẽ bò xoá sạch khi mất nguồn cung cấp .Điều này có thể được
khắc phục bằng cách dùng nguồn dự phòng .
- Do yêu cầu của mạch tính cước có thể nhớ tới 255 cuộc đàm thoại bao gồm số tiền,
số cuộc gọi,… nên SRAM được chọn sẽ là 6264 có dung lượng nhớ 8 Kbytes

NC

Giao tiếp giữa 8051 và RAM

Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài :
- Bộ nhớ dữ liệu ngoài RAM 6264 được cho phép ghi/ đọc bằng các tín hiệu WR và
RD ( các chân P3.6 và P3.7 thay đổi chức năng ).
- Kết nối Bus đòa chỉ và Bus dữ liệu giữa RAM 2764 và 8051 cũng giống như
EPROM 6264 và do đó cũng có thể lên đến 8 Kbytes. Ngoài ra , chân RD của 8051
được nối tới chân cho phép xuất (OE) của RAM và chân WR được nối tới chân ghi
(WR) của RAM.
 Kết Nối Bộ Nhớ EPROM Và RAM Vào CPU :
- Bộ nhớ EPROM và RAM được kết nối với CPU thông qua các bus đòa chỉ, bus dữ
liệu và bus điều khiển. Khả năng mở rộng bộ nhớ của 8051 lên đến 64Kbytes nhưng
trong phạm vi máy tính do chương trình làm việc cũng tương đối lớn nên ta chọn hai
IC nhớ SRAM và EPROM có tổng dung lượng nhớ là 16 Kbytes.

D0 – D7

A0 – A7

RAM

A8 – A15

OE
WR
CS
Port 0

EA
8051
ALE

Port 2

RD
WR

PSEN
D Q
74HC373
G


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
21
a. Bus đòa chỉ (Address Bus):
Là bus một chiều chuyển tải thông tin từ CPU 8051 đến các IC nhớ. Do 8051
có thể điều khiển bộ nhớ mở rộng lên đến 64 Kbytes tức là có tới 16 đường đòa chỉ
ra A
0
….A
15
mà các IC nhớ chỉ có 16 Kbytes. Vì vậy ta sử dụng 13 bit thấp đòa chỉ
của CPU từ A
0
… A

12
để kết nối song song với 13 đường đòa chỉ của SRAM và
EPROM. Các bit đòa chỉ còn lại sẽ dùng cho việc điều khiển.

b. Bus dữ liệu (Data Bus):
Là bus dữ liệu hai chiều có chức năng chuyển dữ liệu qua lại giữa CPU và các IC nhớ. Do
vậy 8 đường dữ liệu của CPU 8031 sẽ nối song song với 8 đường dữ liệu của SRAM và
EPROM.

c. Bus điều khiển (Control Bus):
Bus điều khiển là bus khá quan trọng trong mạch vì nó quyết đònh xem khi nào
SRAM hay EPROM sẽ được đọc dữ liệu và khi nào SRAM sẽ ghi dữ liệu.
Mỗi SRAM và EPROM có dung lượng nhớ 8 Kbytes nên việc qui đònh nội dung đòa
chỉ ô nhớ như sau:
- Đối với EPROM do CPU có đặc điểm khi máy được cấp nguồn thì sẽ bắt đầu hoạt
động ở đòa chỉ 0000H nên đòa chỉ của EPROM bắt đầu từ 0000H và kết thúc ở đòa chỉ
1FFFH.
- Đối với SRAM, đòa chỉ bắt đầu là 8000H và kết thúc ở 9FFFH. Sở dó ta chọn đòa
chỉ này vì theo thiết kế phần cứng chân đòa chỉ cuối cùng của CPU (A
15
) được dùng làm
chân điều khiển và được nối đến chân CS\ của SRAM.

IV. KHỐI NGUỒN :

-+
1
2
3
4
47
LM7805
1
2
3
VI
GND
VO
6V
+
1000u
+
1000u
1
1
1N4007
1 2
1N4007
12

Os
TD
9V
O


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
22
 Cung cấp nguồn 5V cho tất cả các vi mạch từ nguồn bên ngoài 9V thông qua vi mạch
ổn áp 7805, các tụ dùng kèm theo mạch để nâng cao chất lượng nguồn điện cho mạch.
 Do SRAM lưu trữ các thông số của cuộc gọi nên phải có một nguồn pin dự phòng cho
SRAM để đề phòng các dữ liệu bò mất khi nguồn không còn. Nguồn dự phòng là một pin có
thể sạc lại được có giá trò điện áp bằng 3.6 V
DC
.
 Nguyên Lý Hoạt Động
:
- Khi có nguồn 9V qua bộ nắn điện cầu , công tắc bật ON qua IC ổn áp 7805 đưa vào
nuôi mạch ,đồng thời nguồn qua D1 qua điện trở 47Ω sạc vào pin 6V.
- Khi mất điện ,pin 6V sẽ phóng qua D2 cung cấp nguồn cho mạch giúp mạch không
bò mất dữ liệu.(Tụ 1000µF là tụ tăng cường )

 Mạch pick up cho bộ nhớ
:

∪ Nguyên lý:
Khi có nguồn 5V, một phần qua D1 , R và nạp vào pin, một phần nuôi bộ nhớ
qua D2.
Khi mất điện, pin lập tức phóng qua D3 nuôi bộ nhớ.

∪ Thiết kế:
- Chọn D1, D2, D3 là loại 1N4007
- Vcc là 5V
- Sụt áp qua Diode là 0.7V
- Điện áp nguồn nuôi Ram là:
V
ng Ram
= Vcc – Vd = 5V – 0.7V = 4.3V
- Điện áp cho nguồn nuôi pin dự trữ:
Vpin = Vcc – V
d3
– V
R
= 3V
⇒ V
R
= Vcc – V
d3
- V
pin

= 5V – 0.7V – 3V

⇒ V
R
= 1.3V
mà V
R
= I.R
3V
1N4007
D2
1 2
1N4007
D1
12
1N4007
D3
12
R6
1k
1 1
+5V


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
23
Chọn dòng nạp cho pin I = 15mA
⇒ R =
Ω==
mA 15
V 1,3

6,86
I
R
V

Chọn R = 220Ω

 Mạch RESET
:

- Để Reset CPU 8051 chân RST (chân reset của 8051) phải ở mức cao ít nhất trong
hai chu kỳ máy.
Ta có : T
máy
= µs 0,6
12
MHz 3728,7
=
Để Reset hệ thống T phải ≥ 2T
máy
⇒ T = s 3,2
MHz 3728,7
24
µ
=
Biến trở cần đủ nhỏ để tránh trường hợp dòng nạp cho tụ phân cực bên trong
8051 chọn R1 = 100Ω. Điện áp ở chân RST là:

RST
V =

τ
−
t

e.V
CC
⇒
CC
RST
V
V
e =
τ
−
t



RST
CC
V
V
ln
t
=
τ
⇒
RST
CC
V

V
ln
t

=τ

τ = RC : Thời hằng nạp điện của mạch

Giả sử điện áp của V
rst
là 3V
⇒ RC = 3.9 10
-6

Do V
rst
có thể lớn hơn → để đảm bảo dòng reset ta chọn:
C = 10µF ; R = 8.2 K

 Mạch reset hệ thống
:






RST
CC
V

V
lnR
t
C =
+5V+5V
RST
100
SW
8,2K
10uF


Đồ n Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04
Khoa Điện – Điện Tử
24



Chân Reset của 8051 tác động ở mức cao
- Khi cho nguồn 5V vào, thì tụ được nạp đầy. Sau đó tụ được phóng qua chân
reset và toàn bộ mạch được reset từ đầu.Mạch Reset phải thỏa mãn 2 chức năng:
Reset lúc cấp nguồn và Reset bằng tay.
Đồ n Môn Hoc II – Lê Minh Thế – 97ĐT04

24
Khoa Điện – Điện Tử

VCC
VCC
PORT1
33 pF
7,3728 MHz
33 pF
C1
10 uF
R1
8,2 K
SW
AM2764
10

9
8
7
6
5
4
3
25
24
21
23
2
20
22
27
1
11
12
13
15
16
17
18
19
A0
A1
A2
A3
A4
A5

A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
CE
OE
PGM
VPP
O0
O1
O2
O3
O4
O5
O6
O7
D2
12
HM6264A
10
9
8
7
6
5
4
3

25
24
21
23
2
20
26
22
27
11
12
13
15
16
17
18
19
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12

CS1
CS2
OE
WE
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
R1
220
D3
1 2
D1
1N4007
12
3V
VCC
1
74LS373
3
4
7
8
13
14
17

18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OC
G
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
3,3k

8051
31
19
18
9
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
7
8
39
38
37
36
35
34
33
32
21
22
23
24
25

26
27
28
17
16
29
30
11
10
EA/VP
X1
X2
RESET
INT0
INT1
T0
T1
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P0.0
P0.1
P0.2
P0.3
P0.4

P0.5
P0.6
P0.7
P2.0
P2.1
P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
RD
WR
PSEN
ALE/P
TXD
RXD
LED
DISPLAY