Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại trên cơ sở của chíp DTMF

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ một vai trò quan trọng trong việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước. Điều khiển từ xa rất đa dạng phong phú: trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển
máy bay không người lái, tên lửa, tàu vũ trụ, vệ tinh nhân tạo…trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăng tính
tiện ích và tăng giá trị sử dụng cho các thiết bị.
Đối với hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của
kỹ thuật này, bên cạnh đó mạng internet ngày nay cũng khá phổ biến nhưng chưa thật sự rộng rãi, ngược lại
với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy mô toàn thế giới và rất phổ biến, đã mở ra một hướng mới
trong lĩnh vực tự động điều khiển.
Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng tăng, đồng thời các thiết bị điện
thoại ngày càng được phổ biến rộng rãi. Do đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là
phương thức thuận tiện nhất cho công việc, tiết kiệm thời gian, vừa đảm bảo các tính năng tiện ích cho các
thiết bị vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và an toàn cho tính mạng, tài sản của con người do cháy nổ hoặc
do chạm chập điện gây ra.
Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển xa bằng điện thoại, giúp ta điều khiển các thiết bị điện ở
những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc những dây chuyền sản xuất để
thay thế con người.
Dựa vào mạng điện thoại có sẵn, có thể thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị từ xa với sự trợ giúp
của kỹ thuật vi điều khiển. Hệ thống này được thiết kế trên mô hình đóng ngắt các thiết bị, khi có sự cố xẩy
ra thiết bị sẽ báo động tại chỗ bằng các tín hiệu cảnh báo. Ngoài ra, hệ thống chỉ có thể điều khiển được khi
nhấn đúng mã và không thể xảy ra trường hợp người ngoài có thể điều khiển hệ thống do vô tình quay số
ngẫu nhiên.
Chính vì vậy mà tác giả đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại
trên cơ sở của chíp DTMF” cho luận văn của mình.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
+ Ý nghĩa khoa học:
Điều khiển thiết bị từ xa thông qua hệ thống thông tin liên lạc là sự kết hợp giữa các ngành Điện –
Điện tử và Viễn thông. Sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã hình
thành một hướng nghiên cứu và phát triển trong khoa học kỹ thuật. Điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng
điện thoại khắc phục được nhiều giới hạn trong hệ thống điều khiển từ xa thông thường. Hệ thống này không

phụ thuộc vào khoảng cách, môi trường, đối tượng điều khiển. Điểm đặc trưng nổi bậc của hệ thống là tính
lưu động của tác nhân điều khiển (người điều khiển) và đối tượng được điều khiển là cố định.
+ Ý nghĩa thực tiễn:
Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, nhưng để tạo ra được một sản phẩm có giá trị ứng
dụng cao thì đây chính là một điều kiện tốt nhất để người thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực
của mình trong suốt khoá học tích luỹ từ kiến thức của bản thân và từ trường lớp. Người thực hiện đề tài phải
nỗ lực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong
khi thực hiện đề tài.
Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại trên cơ sở của chíp DTMF” hoàn thành
sẽ góp phần vào việc tăng tính đa dạng, giảm thiểu thời gian và chi phí cho các hệ thống điều khiển… Đồng
thời đây là một giải pháp phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại ngày nay.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển từ xa có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực liên quan như:
Tổng đài điện thoại, điện thoại cố định, phương thức làm việc giữa tổng đài và thuê bao, vi mạch điện tử, vi
điều khiển…
+ Tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây điện thoại sử dụng tín hiệu DTMF
để giao tiếp giữa người điều khiển và thiết bị.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tài liệu: Nghiên cứu các tài liệu (sách, báo, tạp chí khoa học, Internet…), thu thập và
lưu trữ dữ liệu liên quan đến hệ thống điều khiển từ xa.
Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên các hệ thống thiết bị hiện có và thiết kế
chế tạo sản phẩm mới, với mục đích cải tiến, khắc phục những nhược điểm mà các hệ thống trước mắc phải.
5. Mục tiêu nghiên cứu
Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đề tài này kết hợp với những kiến thức tích luỹ
được trong suốt khoá học không cho phép người thực hiện đề tài thực hiện được hoàn chỉnh toàn bộ các yêu
1
cầu tạo ra một sản phẩm ưu việt. Do đó người thực hiện đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu về tổ chức hệ
thống điều khiển thiết bị từ xa qua đường điện thoại, xây dựng thiết bị đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
Các mục tiêu cụ thể là:
- Xây dựng các khối chức năng của hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây thoại sử dụng chíp

DTMF.
- Dùng chíp vi điều khiển AT89S52 để điều khiển chíp MT8888 thu tín hiệu DTMF.
- Thông qua kết nối bằng đường dây điện thoại, người điều khiển sẽ điều khiển các thiết bị từ xa.
- Chế tạo thiết bị, kiểm tra đánh giá để tiếp tục phát triển, hoàn thiện và ứng dụng trong đời sống
thực tế.
6. Bố cục của Đề tài
Ngoài các phần Mở đầu, Mục lục, Danh mục các hình vẽ (bảng, biểu…), Kết luận, Tài liệu tham
khảo. Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 05 chương như sau:
Chương 1: Tổ Chức Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Từ Xa Qua Đường Dây Điện Thoại
Chương 2: Tổng Quan Về Tổng Đài Điện Tử – Phương Thức Làm Việc Của Tổng Đài Và Các Thuê
Bao Điện Thoại
Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng Hệ Thống
Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm Vận Hành Hệ Thống
Chương 5: Thực Nghiệm
2
NỘI DUNG
Chương 1. TỔ CHỨC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA ĐƯỜNG ĐIỆN THOẠI
1.1. Sơ đồ cấu trúc Hệ thống
Một hệ thống điều khiển từ xa bao gồm ba thành phần chính: Trung tâm điều khiển, đường dây truyền
dẫn tín hiệu, hệ thống và thiết bị cần điều khiển giám sát từ xa.
Hình 1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống giám sát điều khiển từ xa
Từ sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển từ xa, bộ giải mã thu - phát tín hiệu DTMF được sử dụng
là chíp MT8888. Tác giả thiết kế sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây thoại:
Hình 1.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị từ xa
1.2. Chức năng các khối trong Hệ thống
1.2.1. Khối giải mã thu DTMF (Dual Tone Multi Frequency)
Chức năng chính của khối này là thu và giải mã tín hiệu DTMF cho hệ thống khi thực hiện nhận
cuộc gọi đến (yêu cầu hệ thống thực hiện điều khiển thiết bị). Khối này sử dụng Chíp giải mã thu phát
DTMF MT8888.
1.2.2. Khối phát tín hiệu chuông

Khi có cuộc gọi đến yêu cầu hệ thống điều khiển thiết bị thì hệ thống lúc này được coi như một thuê
bao điện thoại thông thường. Vì vậy, thiết bị vẫn nhận các cuộc gọi đến bình thường và tổng đài sẽ gửi cho
hệ thống tín hiệu chuông báo có cuộc gọi đến. Khối cảm biến tín hiệu chuông sẽ nhận tín hiệu này và báo
cho khối vi xử lý biết có cuộc gọi đến.
1.2.3. Khối kết nối thuê bao
Khi thực hiện việc kết nối sẽ đóng cho một tải giả (có nội trở tương đương với nội trở của một máy
điện thoại cố định thông thường) kết nối đường dây. Khi đó, tổng đài sẽ phát hiện mức điện áp sụt giảm trên
đường dây (còn khoảng 15V) và sẽ cho máy điện thoại gọi đến kết nối với hệ thống.
1.2.4. Khối điều khiển thiết bị
Khối này chủ yếu là các mạch Relay, các Relay chấp hành các lệnh từ khối vi xử lý. Thực chất đây
là khối chấp hành thụ động.
1.2.5. Khối nút nhấn bên ngoài
Trong trường hợp hệ thống bị hỏng mất điều khiển từ xa, khối này hỗ trợ cho hệ thống đóng hoặc ngắt
thiết bị tại chỗ bằng phím cứng.
3
1.2.6. Khối vi xử lý
Đây chính là trái tim của hệ thống, phần quan trọng nhất quyết định đến sự hoạt động của toàn bộ hệ
thống. Tại đây khối vi xử lý sẽ nhận, xử lý và phản hồi toàn bộ những thông tin từ các khối chức năng. Khối
này sử dụng một phần mềm hệ thống linh hoạt và mềm dẻo để điều khiển mọi hoạt động và đưa ra các lệnh
để các khối khác thi hành. Vi điều khiển được sử dụng cho khối này là vi điều khiển AT89S52.
1.2.7. Khối nguồn
Khối này sẽ đảm bảo cho đầu ra đủ hai mức điện áp +12V DC và 5V DC bằng phẳng và ổn định cấp
cho toàn hệ thống.
1.2.8. Khối phát hiện sự cố và cảnh báo tại chỗ
Khi hệ thống phát hiện có sự cố thì ngay lúc đó khối cảnh báo sẽ hoạt động, gửi cảnh báo đến người
sử dụng bằng cách đưa ra cảnh báo tại chỗ bằng loa và đèn nháy. Khối này bao gồm loa báo động, đèn nháy
được lắp đặt tại khu vực cần cảnh báo.
1.2.9. Khối hiển thị
Màn hình LCD có khả năng hiển thị mật khẩu, các câu thông báo và trạng thái các thiết bị.
Kết luận chương 1: Tác giả đã xây dựng tổ chức hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây điện

thoại. Hệ thống điều khiển gồm các khối cơ bản như: khối trung tâm, khối thu tín hiệu DTMF, khối tải giả,
khối điều khiển thiết bị
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN TỬ – PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA TỔNG
ĐÀI VÀ CÁC THUÊ BAO ĐIỆN THOẠI
2.1. Tổng quan về Tổng đài điện tử
2.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển tổng đài
Để khắc phục những hạn chế và nhược điểm của các loại tổng đài điện thoại nhân công, các nhà chế
tạo tổng đài điện thoại đã cho ra đời tổng đài tự động cơ điện và từng bước hoàn thiện chúng. Tổng đài tự
động từng nấc đầu tiên điều khiển trực tiếp đã được chế tạo năm 1892. Mặc dù nó được hoàn thiện trên cơ sở
nhiệm vụ của tổng đài nhân công nhưng nó còn rất nhiều nhược điểm như chứa nhiều các bộ phận cơ khí,
khả năng và tính linh hoạt bị hạn chế kích thước quá cồng kềnh.
Năm 1926 ở Thụy Điển đã xuất hiện một số loại tổng đài ngang dọc đầu tiên, tổng đài này sản xuất
ra dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch và hoàn thiện các bộ phận chức năng của tổng đài
từng nấc. Các tổng đài này cũng chỉ là tổng đài điều khiển trực tiếp.
Vào những năm 1965 tổng đài điện thoại điện tử đầu tiên theo nguyên lý chuyển mạch không gian
tương tự đã được đưa vào khai thác ở nước Mỹ. Tổng đài loại này cần cho mỗi cuộc gọi một tuyến vật lý
(một mạch dây) riêng.
Năm 1970 tổng đài điện thoại số đầu tiên được sản xuất, lắp đặt và đưa vào khai thác đầu tiên ở nước
Pháp.
2.1.2. Khái niệm về tổng đài số
Nhu cầu ngày càng đòi hỏi lớn về chất lượng, dịch vụ, dung lượng chuyển mạch của tổng đài. Các
trung tâm chuyển mạch cũng được mở rộng và phát triển đáp ứng nhu cầu đó, phục vụ cho cuộc sống của thế
kỷ thông tin. Ngày nay, hệ thống tổng đài số đã dần thay thế cho các loại tổng đài cũ, nó mở ra một thời kỳ
mới cho ứng dụng viễn thông vào cuộc sống. Khi ta dùng phương pháp truyền dẫn số, tổng đài số đã mang
lại nhiều lợi ích so với truyền dẫn tương tự. Sử dụng tổng đài số và các đường truyền dẫn số, bộ mã hoá và
giải mã cho thoại đơn giản dễ biến đổi thực hiện các chức năng.
2.1.3. Các chức năng của hệ thống tổng đài
Đối với hệ tổng đài tự động các cuộc gọi được phát ra và hoàn thành thông qua các bước sau:
+ Nhận dạng thuê bao chủ gọi.
+ Tiếp nhận số được quay.

+ Kết nối cuộc gọi.
+ Chuyển thông tin điều khiển.
4
+ Kết nối trung chuyển.
+ Kết nối tại trạm cuối.
+ Truyền tín hiệu chuông.
+ Tính cước.
+ Truyền tín hiệu.
+ Hồi phục hệ thống.
2.2. Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao
Đường dây điện thoại cố định hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring. Tất cả các
điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring. Nhằm hiểu rõ, áp dụng
tốt vào việc thiết kế mạch điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại, ta đi tìm hiểu một vài đặc tính của điện
thoại, hoạt động giữa tổng đài và các thuê bao.
2.2.1. Đặc tính của điện thoại cố định
• Thuê bao điện thoại nối với tổng đài bằng đường dây thuê bao.
• Cung cấp một chiều cho đường dây thuê bao (48V DC, 35 mA).
• Điện áp khi gác máy 48V DC, khi nhấc máy 15V DC.
• Băng thông làm việc 300Hz ÷ 3400Hz.
• Tỉ số S/N > 29,5dB.
• Tổng trở DC khi gác máy khoảng 20KΩ.
• Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ.
• Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω.
• Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω.
- Hệ thống tín hiệu giao tiếp giữa tổng đài và thuê bao (theo tiêu chuẩn Châu Âu) :
+ Tín hiệu mời quay số (Dial tone): là tín hiệu sin tần số f = 425 ± 25Hz, biên độ 2V
RMS
trên nền DC,
phát liên tục.
Hình 2.1. Tín hiệu mời quay số

+ Tín hiệu báo bận (Busy tone): là tín hiệu sin tần số f = 425± 25Hz, biên độ 2V
RMS
trên nền DC,
phát ngắt quãng 0,5s có và 0,5s không.
Hình 2.2. Tín hiệu báo bận
+ Tín hiệu hồi âm chuông (Ringback Tone): là tín hiệu sin tần số f= 425± 25Hz, biên độ 2V
RMS
trên nền 10V
DC, phát ngắt quãng 2s có, 4s không.
5
Hình 2.3. Tín hiệu hồi âm chuông
+ Tín hiệu chuông (Ring Tone): là tín hiệu sin tần số f = 25Hz, biên độ V
PP
= 75V trên nền DC 48V,
phát ngắt quãng 2s có, 4s không.
Hình 2.4. Tín hiệu chuông
+ Tín hiệu đảo cực
Hình 2.5. Tín hiệu đảo cực
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.
2.2.2. Hệ thống DTMF (Dual Tone Multi Frequency)
Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện nay. Hệ
thống được hình thành vào những 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. Tín hiệu DTMF là những âm
thanh sử dụng trong điện thoại cho âm thanh quay số. Tín hiệu DTMF là tổng của 2 sóng hình sin tại tần số
cao và thấp nghĩa là khi có một phím được nhấn thì trên đường dây xuất hiện 2 tần số khác nhau thuộc nhóm
tần số thấp và tần số cao.
Lợi ích 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 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 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 2.6). Mỗi một phím sẽ được một tín hiệu DTMF
riêng và được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phím đó đang đứng.
6
Hình 2.6. Bàn phím DTMF
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 2.7
Hình 2.7. Bàn phím DTMF ma trận vuông
2.2.3. Phương thức quay số
Quay số có thể bằng đĩa quay số hay bằng bàn phím.
+ Quay số bằng đĩa quay: Đĩa quay số là một cấu kiện cơ khí. Khi quay một số, tay người làm quận
lò xo dụng cụ quay số, khi thả tay ra, đĩa quay số trở về vị trí tĩnh nhờ lực giãn của lò xo. Nhờ vai trò của
một cơ cấu ổn định tốc độ trong đĩa quay mà tốc độ quay về phía này ổn định, bảo đảm những xung quay số
có bề rộng chuẩn 38ms, cự ly chuẩn 62ms, số xung đúng bằng số được quay (riêng số 0 là 10 xung), từng số
quay lại cách nhau một khoảng chuẩn đủ lớn để tránh nhầm lẫn số.
+ Quay số bằng bàn phím: Có thể tạo ra số thuê bao bị gọi bằng bấm phím trên bàn phím, tuy vậy
công việc này vẫn gọi là quay số. Kết quả bấm phím cũng có thể tạo ra xung quay số như trên, nhờ các mạch
tạo xung trong IC. Nhưng bàn phím được thiết kế là để hướng tới tín hiệu quay số mã đa tần lưỡng âm
DTMF.
Hình 2.6 ở trên biểu thị bàn phím DTMF tương quan các đôi tần số tạo ra để mã hoá số thuê bao.
Các con số ghi tương ứng theo hàng và cột là giá trị tần số, đơn vị Hz, yêu cầu sai số <1,8%, độ dài xung
50ms, khoảng ngắt giữa xung 50ms. Vậy quay số DTMF rút ngắn thời gian quay số 10 lần so với đĩa quay
số. Khi bấm phím quay số DTMF, hai âm có tần số cột và hàng tương ứng của ma trận như hình bên được
phát đi đồng thời. Tần số các âm DTMF được chọn sao cho xác xuất số giả do âm gây ra khi quay số là thấp
nhất. Mã đa tần lưỡng âm (khác với xung quay số) còn có thể truyền được đi xa theo mạng điện thoại.
* Phương pháp quay số tone DTMF: Khi có một phím được ấn thì trên đường dây sẽ xuất hiện 2 tần
số khác nhau thuộc nhóm f
thấp

và f
cao
. Phương pháp tần ghép này chống nhiễu tốt hơn, ngoài ra dùng dạng
tone DTMF sẽ tăng được tốc độ quay nhanh gấp 10 lần so với việc thực hiện quay số PULSE. Mặt khác phương
pháp sẽ sử dụng được một số dịch vụ cộng thêm tổng đài.
Bảng 2.1. Các cặp tần số DTMF
Phím số Nhóm f
thấp
Nhóm f
cao
1
697Hz±1,8% 1209Hz±1,8%
2
697Hz±1,8% 1336Hz±1,8%
3
697Hz±1,8% 1447Hz±1,8%
4
770Hz±1,8% 1209Hz±1,8%
5
770Hz±1,8% 1336Hz±1,8%
6
770Hz±1,8% 1447Hz±1,8%
7
852Hz±1,8% 1209Hz±1,8%
8
852Hz±1,8% 1336Hz±1,8%
9
852Hz±1,8% 1447Hz±1,8%
*
941Hz±1,8% 1209Hz±1,8%

0
941Hz±1,8% 1336Hz±1,8%
#
941Hz±1,8% 1447Hz±1,8%
A
697Hz±1,8% 1663Hz±1,8%
B
770Hz±1,8% 1663Hz±1,8%
C
852Hz±1,8% 1663Hz±1,8%
D
941Hz±1,8% 1663Hz±1,8%
7
* Phương pháp quay số Pulse: Tín hiệu quay số là chuỗi xung vuông, tần số chuỗi = 10Hz, số điện
thoại bằng số xung ra, riêng số 0 sẽ là 10 xung, biên độ ở mức cao là 48v, ở mức thấp là 10v, dạng sóng
được cho ở hình dưới:
Hình 2.8. Dạng sóng quay số kiểu PULSE
a: thời gian 10v.
b: thời gian ở 48v.
c: khoảng thời gian giữa 2 lần quay số trong một cuộc gọi.
Số xung trên một giây 10 – 20 pulse/s.
Ngày nay kiểu quay số kiểu Pulse chậm và một số nhược điểm nên ít được sử dụng. Hệ thống DTMF
đang phát triển và phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện đại hiện nay.
2.2.4. Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao
Cuộc gọi nội hạt là cuộc gọi xảy ra giữa hai thuê bao thuộc cùng một tổng đài. Cuộc gọi ra là cuộc
gọi giữa một thuê bao ở tổng đài này gọi đến thuê bao của tổng đài khác. Cuộc gọi vào là cuộc gọi từ một
tổng đài khác gọi đến thuê bao của tổng đài đang xét. Cuộc gọi chuyển tiếp là cuộc gọi giữa hai thuê bao
thuộc hai tổng đài trên mạng nhưng cuộc gọi đó phải đi qua tổng đài đang xét.
Khi bộ điều khiển trung tâm xác định xong đặc tính của thuê bao chủ gọi và nhận thấy rằng thuê bao
có quyền được thiết lập liên lạc. Bộ điều khiển trung tâm yêu cầu bộ điều khiển mạch điện thuê bao thiết lập

đầu mối giữa thuê bao chủ gọi với khe thời gian có chứa thông tin âm mời quay số của bộ tạo âm báo, đồng
thời nếu máy điện thoại là máy ở chế độ phát xung đa tần DTMF thì bộ điều khiển mạch điện thuê bao thực
hiện đầu nối thuê bao chủ gọi với bộ thu xung đa tần. Lúc này thuê bao chủ gọi đã nghe được âm mời quay
số còn tổng đài thì sẵn sàng thu xung đa tần DTMF từ thuê bao chủ gọi đưa tới.
Nhận dạng thuê bao máy gọi: tổng đài nhận dạng trạng thái của thuê bao thông qua sự biến đổi tổng
trở mạch vòng của đường dây. Bình thường khi thuê bao ở trạng thái gác máy thì tổng trở đường dây thì vô
cùng lớn (hở mạch). Khi thuê bao nhấc máy điện trở mạch vòng còn 150 Ω - 1500Ω (thường là 600Ω) đó là
tổng trở vào của điện thoại. Tổng đài nhận biết được sự thay đổi này thông qua bộ cảm biến trạng thái đường
dây thuê bao.
Khi thuê bao nhấc máy thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu Dial Tone trên đường dây đến thuê bao, chỉ khi
nhận được tín hiệu này thì thuê bao mới được quay số, có thể quay số dưới dạng DTMF và Pulse.
Tổng đài nhận các số do thuê bao gửi đến và kiểm tra, nếu số đầu nằm trong tập thể số thuê bao của
tổng đài thì tổng đài sẽ phục vụ cuộc gọi nội đài. Ngược lại, nó phục vụ cuộc gọi liên đài thông qua trung kế
giữ toàn bộ phần định vị quay số tổng đài có thuê bao bị gọi, nếu số đầu là mã thì chức năng đặc biệt của
tổng đài sẽ thực hiện các chức năng có thể phục vụ thuê bao.
Nếu thuê bao bị gọi thông thoại hoặc đường dây kết nối bị bận thì tổng đài cấp tín hiệu Busy Tone
ngược về cho thuê bao gọi.
Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì tổng đài biết tín hiệu này và cắt dòng chuông kịp thời để tránh hư
hao cho thuê bao, đồng thời cắt tín hiệu chuông hồi âm đến thuê bao gọi và kết nối thông thoại cho hai thuê
bao.
Khi hai thuê bao đang thông thoại có một thuê bao gác máy, tổng đài cắt thông thoại hai thuê bao và
cấp Busy Tone cho thuê bao còn lại, giải toả các thiết bị phục vụ thông thoại. Khi thuê bao còn lại gác máy
tổng đài ngắt Busy Tone và kết thúc chương trình phục vụ thuê bao.
Kết luận chương 2: Tác giả đã giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại và phân tích phương thức làm
việc giữa tổng đài và các thuê bao điện thoại cố định. Qua phân tích này, người điều khiển sẽ có cách nhìn
nhận rõ hơn về phương pháp truyền tín hiệu điều khiển giữa người điều khiển và thiết bị và quá trình kết nối
giữa thiết bị và người điều khiển
8
Chương 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
3.1. Bộ Vi điều khiển AT89S52

3.1.1. Sơ đồ khối bộ Vi điều khiển AT89S52
Vi điều khiển AT89S52 thuộc họ vi điều khiển MCS-51 của Atmel. Tóm tắt cấu trúc của chíp AT89S52
như sau:
• Là bộ vi điều khiển CMOS – 8bit.
• Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Rom) trên chíp 8K bytes.
• Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ Ram) trên chíp 256 bytes.
• Có 32 chân vào/ra.
• Có khả năng giao tiếp với cổng nối tiếp và truyền dữ liệu nối tiếp.
• Có 3 Bộ timer 16 bit.
• Có 6 nguồn ngắt.
Hình 3.1. Sơ đồ khối vi điều khiển AT89S52
3.1.2. Sơ đồ và chức năng các chân vi điều khiển AT89S52
9
Hình 3.2. Sơ đồ chân của AT89S52
- Chức năng hoạt động của các chân của vi điều khiển AT89S52:
 Port 0: (P0.0 ÷ P0.7)
Trong các thiết kế nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các cổng vào ra I/O. Đối
với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.
 Port 1: (P1.0 ÷ P1.7)
Port 1 có một chức năng chính là các đường xuất/nhập dữ liệu.
Trong một số trường hợp chân P1.0 và P1.1 còn có chức năng đặc biệt khác.
Chân P1.0 và P1.1 là ngõ vào của Timer/Counter 2. Ba chân P1.5, P1.6, P1.7 được nạp rom theo chuẩn ISP.
 Port 2: (P2.0 ÷ P2.7)
Port 2 ngoài chức năng được dùng như các cổng vào ra I/O còn là byte cao của bus địa chỉ đối với
các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
 Port 3: (P3.0 ÷ P3.7)
Port 3 có 2 chức năng: Khi không hoạt động xuất/nhập, các chân của port này có nhiều chức năng
riêng như ở bảng sau:
Bảng 3.1. Chức năng riêng các chân Port 3
Bit Tên Chức năng

P3.0 RxT Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp
P3.1 TxD Chân phát dữ liệu port nối tiếp
P3.2
INT0
Ngõ vào ngắt cứng thứ 0
P3.3
INT1
Ngõ vào ngắt cứng thứ 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1
P3.6
WR
Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7
RD
Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
 Chân Reset (RST): chân số 9
Thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo
ở mức logic 1 tối thiểu hai chu kì máy, các thanh ghi bên trong AT89S52 được nạp các giá trị thích hợp cho
việc khởi động lại hệ thống.
 Chân
PSEN
(Progam Store Enable): chân 29

PSEN
là tín hiệu có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với
chân OE\ (output enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh.
PSEN
ở mức thấp trong thời gian
lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi

bên trong AT89S52 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (AT89S52) thì PSEN\ sẽ ở
mức 1.
10
 Chân
PROGALE/

(Address Latch Enable): chân 30
Là chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE (address latch enable) để giải đa hợp
(demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa chỉ.
Tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu
clock cho các phần khác của hệ thống.
 Ngõ tín hiệu
EA
/VPP: chân 31
Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài, tích cực mức thấp chạy chương trình ROM ngoài. Tích cực
mức cao chạy chương trình ROM nội.
 Các chân XTAL1, XTAL2: chân 18, 19
Bộ dao động được tích hợp bên trong AT89S52, khi sử dụng AT89S52 người thiết kế chỉ cần kết nối
thêm thạch anh và các tụ tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89S52 là 12MHz
 Chân VCC, GND:
Dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V đến 5.5V, được cấp qua chân 40 và chân 20.
3.2. Chíp Giải mã Thu - Phát DTMF MT8888
3.2.1. Sơ đồ khối của MT8888
MT8888 là một chíp thu phát DTMF trọn bộ kèm theo một bộ lọc thoại (Call Progress Filter). Bộ thu
DTMF dựa trên kỹ thuật chuẩn của IC MT8870, còn gọi là bộ phát DTMF sử dụng phương pháp biến đổi
D/A biến dung (Switched Capacitor) cho ra tín hiệu DTMF chính xác, ít nhiễu. Các bộ đếm bên trong giúp
hình thành chế độ Brust Mode nhờ vậy các cặp tone xuất ra với thời hằng chính xác. Bộ lọc Call Progress
cho phép bộ vi xử lý phân tích các tone trạng thái đường dây.
Hình 3.3. Cấu trúc của MT8888
3.2.2. Sơ đồ và chức năng của MT8888

• Sơ đồ chân
Hình 3.4. Sơ đồ chân của MT8888
• Chức năng các chân
Bảng 3.2. Chức năng các chân của MT8888
Chân Tên Mô tả
11
1 INT+ Chân vào không đảo của OPAMP
2 INT- Chân vào đảo của OPAMP
3 GS Chọn độ lợi cho bộ khuếch đại OPAMP
4 V
Ref
Đầu ra điện áp tĩnh VDD/2 được dùng để cân bằng tĩnh ở hai đầu
5, 20 V
SS
,
V
D
Điện áp cung cấp cho chíp
6,7 OSC1, OSC2 Đầu vào bộ dao động thạch anh 3.579 MHz
8 TONE Ngõ ra tone DTMF
9
R/
Chân để CPU điều khiển ghi data
10
CS
Chân chọn chíp
11 RS0 Chân chọn thanh ghi
12
RD
Chân để CPU điều khiển đọc data

13
IRQ
/CP
Trong chế độ ngắt, ngõ ra chân này sẽ ở mức thấp khi một tone
burst hợp lệ được phát hay nhận. Trong chế độ CP, ngõ ra chân
này sẽ là một tín hiệu xung vuông thể hiện tín hiệu ngõ vào. Ngõ
vào tín hiệu phải nằm trong giới hạn băng thông của bộ lọc CP
14 17 D0 D3
Data Bus
18 ESt (Early Steering Output) cho ra mức 1 khi phát hiện một cặp Tone
hợp lệ. Bất kỳ trạng thái nào không có tín hiệu hợp lệ đều cho ra
mức logic 0.
19 St/GT (Steering Output/Guard Time Output 2 chiều). Một cặp điện áp
lớn hơn V
ESt
khi xuất hiện tại St làm cho thiết bị ghi nhận cặp
Tone và cập nhật bộ chốt ngõ ra. Một điện áp nhỏ hơn V
ESt
giải
phóng thiết bị để thu một cặp Tone mới. Ngõ ra GT làm nhiệm vụ
reset mạch định thời bên ngoài.
3.2.3. Bộ Thu - Phát DTMF
• Bộ phát
Bộ phát DTMF trong MT8888 có khả năng tạo ra với tất cả 16 cặp Tone DTMF chuẩn với nhiễu tối
thiểu và độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều lấy từ dao động thạch anh 3.579Mhz mắc ngoài. Dạng sóng
sin của từng Tone được tổng hợp số bằng cách sử dụng bộ phận chia hàng, cột và bộ biến đổi D/A. Các Tone
hàng và cột được trộn lại và lọc để cho ra tín hiệu DTMF với ít hài và độ chính xác cao. Chú ý rằng mã phát
này tương ứng với mã nhận. Các Tone riêng lẻ được phân thành 2 nhóm là: nhóm thấp và nhóm cao. Theo
tiêu chuẩn thì tỷ số biên độ của nhóm cao với nhóm thấp là 2dB để tránh suy hao tần số cao trên đường
truyền.

Thời hằng của mỗi Tone bao gồm 32 thời đoạn giống nhau. Thời hằng của một Tone được điều
khiển bằng cách thay đổi độ dài của các thời đoạn trên. Trong hoạt động ghi vào thanh ghi Transmit Data thì
4 bit data trên bus được chốt và biến đổi thành 2 trong 8 mã để sử dụng cho mạch chia hàng cột. Mã này
được sử dụng để quyết định thời đoạn tần số của một Tone.
• Bộ thu
Hai bộ lọc băng thông bậc 6 giúp tách các Tone trong các nhóm Tone LOW và HIGH. Đầu ra mỗi
bộ lọc điện dung giúp nắn dạng tín hiệu trước khi qua bộ hạn biên. Việc hạn biên được đảm nhiệm bởi bộ so
sánh có kèm theo bộ trễ để tránh chọn lầm tín hiệu mức thấp không mong muốn. Đầu ra của bộ so sánh cho
ta các dao động có mức logic tại tần số DTMF thu được.
Tiếp theo phần lọc là bộ giải mã sử dụng kỹ thuật đếm số để kiểm tra tần số của các Tone thu được
và bảo đảm chúng tương ứng với các tần số DTMF chuẩn. Một kỹ thuật lấy trung bình phức giúp loại trừ các
Tone giả tạo thành do tiếng nói, trong khi vẫn đảm bảo một phần biến động cho Tone thu do bị lệch. Khi bộ
kiểm tra nhận dạng được hai Tone đúng thì đầu ra chân ESt sẽ lên mức Active. Lúc không nhận được tín
hiệu Tone thì chân ESt sẽ lên mức Inactive. Sau khi nhận đúng cặp tone thì bộ giải mã chuyển đổi ra số nhị
phân tương ứng đưa vào thanh ghi Receive Data.
Bảng 3.3. Bảng giải mã tần số DTMF
12
• Burst mode
Một ứng dụng điện thoại bất kỳ đều đòi hỏi tín hiệu DTMF được tạo ra với một thời hằng hoặc được
quy định bởi một ứng dụng đó hoặc bởi hệ thống chuyển mạch hiện có. Thời hằng DTMF chuẩn có thể được
tạo ra bằng cách sử dụng Burst mode. Bộ phát có khả năng tổng hợp các Tone có khoảng tắt/mở trong thời
gian định trước. Thời gian này là 51ms ± 1ms và là chuẩn cho bộ quay số tự động và tổng đài. Sau khi
khoảng tắt mở Tone đã được phát đi, 1 bit tương ứng sẽ được lập trong thanh ghi trạng thái để biểu thị rằng
bộ phát đã sẵn sàng cho data kế. Thời hằng 51ms ± 1ms đóng/mở Tone có được khi ta chọn mode DTMF.
Tuy nhiên khi CP mode (Call Progress Mode) được chọn thì một thời hằng đóng ngắt thứ 2 là 102ms
± 2ms sẽ được sử dụng. Khoảng thời hằng dài hơn này sẽ hữu ích khi thời gian xuất hiện Tone là 51ms.
Chú ý rằng CP mode và Burst mode cùng được chọn thì MT8888 chỉ hoạt động ở chế độ phát mà
thôi.
Trong một ứng dụng nào đó khi ta cần một khoảng thời gian đóng ngắt khác (không theo chuẩn) thì
phải dùng vòng lặp phần mềm hay một bộ định bên ngoài và tắt chế độ Burst mode. Chíp MT8888 khi được

khởi động sẽ mặc nhiên chọn chế độ DTMF mode và Burst mode đồng thời.
3.2.4. Kết nối giao tiếp với vi xử lý
3.2.4.1. Mô tả chung
MT8888 sử dụng một bộ giao tiếp vi xử lý cho phép điều khiển một cách chính xác với chức năng
thu và phát. Có tổng cộng 5 thanh ghi chia làm 3 loại. Thanh ghi dữ liệu thu/phát, thanh ghi điều khiển
thu/phát và thanh ghi trạng thái. Có 2 thanh ghi dữ liệu: Thanh ghi Transmit Data chứa mã xuất ra của cặp
Tone được phát đi, đây là thanh ghi chỉ ghi. Thanh ghi Receive Data Register chứa mã nhị phân của kí tự
vừa nhận được, chỉ có thể đọc giá trị này. Chú ý mã này chỉ có ý nghĩa khi có dấu hiệu nhận được một kí tự
(ngắt). Thanh ghi Control Register A, B là hai thanh ghi dùng để định chế độ của MT8888, chúng là các
thanh ghi chỉ ghi. Thanh ghi Status Register đúng như tên của nó, thanh ghi này cho biết trạng thái của IC,
đây là thanh ghi chỉ đọc.
Điều khiển thu phát Tone được đảm nhận bởi 2 thanh ghi Control Register A và Control Register B
(CRA và CRB) có cùng một địa chỉ. Muốn ghi vào thanh ghi CRB thì trước đó phải có SET 1 bit tương ứng
ở CRA. Chu kỳ ghi kế tiếp vào cùng địa chỉ với CRA sẽ cho phép truy cập tới CRB và chu kỳ ghi kế tiếp
nữa sẽ trở lại CRA. Khi cấp điện mạch điện reset nội sẽ xóa các thanh ghi điều khiển. Tuy vậy, để ngăn ngừa
thì chương trình phần mềm nên có một dòng lệnh để kích khởi các thanh ghi này. Giả sử rằng thanh ghi phát
rỗng sau khi reset. Chân
IRQ
/CP có thể được lập trình sao cho nó có thể cung cấp tín hiệu yêu cầu ngắt sau
khi nhận xung DTMF hợp lệ hay khi bộ phát đã sẵn sàng cho data kế tiếp (chỉ trong Burst mode). Chân
IRQ
/CP là ngõ ra cực máng hở và vì thế cần có một điện trở kéo lên.
3.2.4.2. Cách truy cập thanh ghi
Bảng 3.4. Cách truy cập thanh ghi
RS0 Chức năng
13
0 0 1 Ghi vào thanh ghi data phát.
0 1 0 Đọc thanh ghi data nhận
1 0 1 Ghi vào thanh ghi điều khiển
1 1 0 Đọc thanh ghi trang thái

3.2.4.3. Các thanh ghi
• Thanh ghi điều khiển CRA
Bảng 3.5. Thanh ghi điều khiển CRA
b3 b2 b1 b0
REGISTER
SELECT
INTERRUPT
ENABLE
CP/ MODE TONE OUT
• Thanh ghi điều khiển CRB
Bảng 3.6. Thanh ghi điều khiển CRB
b3 b2 b1 b0
COLUMN/ TONE SINGLE/ TONE TEST MODE MODE
• Thanh ghi trạng thái
Bảng 3.7. Thanh ghi trạng thái
Bit Tên Cờ trạng thái lập (mức 1) Cờ trạng thái xóa (mức 0)
b0 IRQ Ngắt xuất hiện khi b1 hoặc b2 đã
được lập.
Ngắt chưa kích hoạt, bị xóa sau
khi thanh ghi trạng thái đã được
đọc.
b1 Thanh ghi phát
rỗng (chỉ trong
BURST
MODE).
Thời hằng ngắt Tone đã kết thúc và
bộ phát đang chờ dữ liệu kế tiếp.
Bị xóa sau khi thanh ghi trạng
thái được đọc hay khi chọn Non-
Burst Mode.

b2 Thanh ghi nhận
dữ liệu đầy.
Dữ liệu hợp lệ đang nằm trong
thanh ghi nhận dữ liệu .
Bị xóa sau khi thanh ghi trạng
thái được đọc.
b3 Delay steering. Được lập khi phát hiện thấy không
xuất hiện sự không hợp lệ của tín
hiệu DTMF.
Bị xóa sau khi phát hiện một tín
hiệu DTMF hợp lệ.
3.3. Thiết kế mạch các khối chức năng
3.3.1. Mạch phát hiện tín hiệu chuông, kết nối thuê bao
3.3.1.1. Sơ đồ nguyên lý
14
INPUTENABLE
RING DETECT
BR2
W01G
C5
470n
C6
2200u
R3
2k2
D3
1N4742A
BR3
W01G
R14

18k
C10
33p
Q1
BC184
R15
10k
C11
150n
R16
100k
RL5
G5CLE-1-DC5
D15
1N4007
D16
LED-RED
R17
330r
PWR_RL
D18
1N4733A
D19
1N4733A
SW1
SW-DPDT-MOM
R4
1k
A
K

C
E
1
2
4
3
U2
PC817
R5
10k
1
2
3
4
5
6
LINE
Line
R19
330R
R20
330R
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khối phát hiện tín hiệu chuông và kết nối thuê bao
3.3.1.2. Nguyên lý hoạt động
• Khối phát hiện tín hiệu chuông:
Khi tổng đài cấp tín hiệu chuông cho thuê bao theo từng hồi, thời gian xuất hiện khoảng 2 giây,
khoảng cách giữa các hồi khoảng 4 giây (2s có, 4s không). Tín hiệu chuông là sóng hình sin tần số f = 25Hz,
biên độ điện áp khoảng V
PP
=75V (tuỳ từng loại tổng đài).

Tín hiệu chuông đi qua tụ C
5
, đến cầu chỉnh lưu để lấy ra điện áp một chiều. Điện áp này có biên độ
khá lớn nên qua cầu phân áp điện trở R
3
, R
4
với mục đích hạ áp. Sau khi đi qua bộ phân áp, điện áp tín hiệu
chuông được lọc phẳng bởi tụ C
6
. Điện áp tín hiệu chuông qua D3 thực hiện ổn áp 5V qua R
4
phân cực cho
diode quang kích vào transistor quang làm cho transistor quang dẫn bão hoà, tại cực C

transistor quang có
mức thấp đưa tới cổng P3.1 của chip vi điều khiển. Chíp vi điều khiển nhận dạng tín hiệu chuông thông qua
sự thay đổi mức điện áp ở chân P3.1 và thực hiện thao tác đóng tải giả (nhấc máy) sẵn sàng nhận lệnh từ
nguời sử dụng. Khi có tín hiệu chuông, mạch này cho ra mức logic 0 và ngược lại (khi không có tín hiệu
chuông) thì cho ra mức logic 1.
• Khối kết nối thuê bao:
Tổng đài nhận biết trạng thái thuê bao dựa vào tổng trở của thuê bao. Khi gác máy thì tổng trở vô
cùng lớn không có dòng chạy qua. Khi thuê bao nhấc máy tổng trở giảm còn khoảng 600Ω dòng chạy qua
khoảng 20mA, tổng đài sẽ nhận biết trạng thái này. Và mạch tải giả đóng vai trò như một thuê bao. Khi có
tín hiệu đóng tải giả thì mạch sẽ tạo ra tổng trở khoảng 600Ω tương đương thuê bao nhấc máy để tổng đài
nhận biết và cho phép thực hiện thao tác tiếp theo.
Khi chíp vi điều khiển nhận được bốn hồi tín hiệu chuông từ tổng đài gửi tới, chíp vi điều khiển sẽ
thực hiện thao tác nhấc máy bằng cách đóng tải giả, sẵn sàng cho việc thông thoại. Quá trình điều khiển như
sau:
Chân P2.7 của chíp vi điều khiển sẽ từ mức logic 1 chuyển sang mức logic 0. Relay RL5 sẽ đóng

tiếp điểm kết nối tải giả, như vậy hệ thống đã thông thoại kết nối thiết bị với người điều khiển. Khối tạo trở
kháng giống như 1 thuê bao khi nhấc máy gồm bao gồm: R14, R15, C10, Q1, R19, R20.
3.3.2. Khối thu tín hiệu DTMF
3.3.2.1. Sơ đồ nguyên lý
15
IRQ
RD
RS0
CS
RW
Q3
Q2
Q1
Q0
TONEOUT
TONEIN
IN+
1
IN-
2
GS
3
Vref
4
Vss
5
OSC1
6
OSC2
7

TONE
8
R/W
9
CS
10
RS0
11
RD
12
IRQ/CP
13
D0
14
D1
15
D2
16
D3
17
ESt
18
St/GT
19
VDD
20
U5
MT8888
X2
CRYSTAL

R25
10k
C12
33p
C13
33p
R26
1k
R27
1k
C14
33p
R28
1k
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lí khối thu tín hiệu DTMF
3.3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Chíp thu phát tín hiệu DTMF MT8888 hoạt động dưới sự điều khiển của chíp vi điều khiển
AT89S52.
• Nguyên lý nhận tín hiệu DTMF:
Các tín hiệu tone DTMF được truyền trên đường dây điện thoại qua tụ lọc C
14
đưa vào ngõ vào bộ
khuếch đại Opamp bên trong MT8888. Khi tín hiệu được đưa vào MT8888, nó sẽ được lọc và chia thành hai
nhóm bởi bộ lọc thông dãy bậc 6 bên trong MT8888. Một nhóm có tần số thấp và một nhóm có tần số cao.
Nhóm thứ nhất có tần số từ 697Hz đến 941Hz và nhóm thứ hai có tần số từ 1209Hz đến 1633Hz. Hai nhóm
tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông. Xung này được xác định tần số và kiểm tra chúng có tương
ứng với cặp tần số chuẩn DTMF hay không nhờ thuật toán trung bình phức hợp. Sau khi lọc được cặp Tone
thích hợp (một thấp một cao) đồng thời chuyển thành mã nhị phân 4 bit, thì MT8888 được lệnh từ vi điều
khiển sẵn sàng xuất ra các cổng D0÷D3 để gửi tới vi điều khiển, MT8888 lại tiếp tục dò tìm cặp Tone mới.
Như vậy, khi xuất hiện một cặp tần số Tone trên đường Line thì tại đầu ra của MT8888 là các chân D0,

D1, D2, D3 (chân 14 tới chân 17) sẽ xuất hiện dạng số nhị phân 4 bit tương ứng.
3.3.3. Khối điều khiển thiết bị
3.3.3.1. Sơ đồ nguyên lý
rl1
rl2
GND
BT_RL1
BT_RL2
RL1
D4
1N4007
D5
LED-RED
R7
330r
1
2
J1
RL2D6
1N4007
D7
LED-RED
R8
330r
1
2
J2
PWR_RL
PWR_RL
BT2

sW
BT3
sW
C77
33p
C78
33p
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển thiết bị
3.3.3.2. Nguyên lý hoạt động
Mạch có chức năng nhận tín hiệu từ người điều khiển để đóng hoặc mở thiết bị.
Có hai cách để điều khiển thiết bị:
• Người điều khiển gọi đến số thuê bao điện thoại có lắp thiết bị. Sau khi nhập mã truy nhập hệ thống
người điều khiển có thể điều khiển thiết bị bật hoặc tắt bằng cách nhấn các phím điều khiển trên
bàn phím điện thoại.
• Người điều khiển có thể điều khiển thiết bị trực tiếp trên mạch bằng cách sử dụng các nút điều khiển
BT2 hoặc BT3.
Với hai cách có thể điều khiển thiết bị như vậy sẽ đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong những
trường hợp có sự cố xẩy ra. Người điều khiển có thể nhanh chóng ngắt nguồn điện cấp cho các thiết bị tránh
một cách nhanh chóng nhất.
3.3.4. Khối phát hiện và cảnh báo sự cố
16
3.3.4.1. Sơ đồ nguyên lý
ALARM
R51
1k
Q3
BC184
R52
10k
R53

10k
A
K
C
E
1
2
3
4
J9
ITR9608-F
Hình 3.8. Khối phát hiện sự cố xẩy ra
kick speak
VCC
GND
1
2
3
J8
SIL-100-03
1
2
3
J88
SIL-100-03
R
4
DC
7
Q

3
GND
1
VCC
8
TR
2
TH
6
CV
5
U7
NE555
C23
103p
R9
10k
R10
56k
C24
103p
3
21
Q2
C1815
R18
330
1
2
J10

TBLOCK-I2-Coichip
C25
1uF
Hình 3.9. Khối cảnh báo sự cố xẩy ra
3.3.4.2. Nguyên lý hoạt động
Khi có một sự cố xẩy ra với các thiết bị, cảm biến báo sự cố sẽ phát tín hiệu cảnh báo về bộ điều
khiển chính. Bộ vi điều khiển chính sẽ thực hiện việc phát thông báo cho người xung quanh biết về trạng thái
của hệ thống bằng tín hiệu đèn và còi. Người điều khiển sẽ can thiệp vào hệ thống đảm bảo an toàn cho hệ
thống.
3.3.5. Khối nguồn
3.3.5.1. Sơ đồ nguyên lý
PWR_RL
C1
100u
D1
LED-RED
R1
1k
C2
100u
BR1
B80C1000
C3
100u
VI
1
VO
3
GND
2

U1
7805
D2
LED-RED
R2
1k
C4
100u
1
2
3
J5
TBLOCK-M3to
C19
100u
D17
LED-RED
R37
1k
C20
100u
-12V
VI
1
VO
3
GND
2
U8
7812

VI
2
VO
3
GND
1
U10
7805 AA
Hình 3.10. Khối nguồn
3.3.5.2. Nguyên lý hoạt động
17
Cấp nguồn 220V cho cuộn sơ cấp của biến thế, lấy ngõ ra ở cuộn thứ cấp là 12V
AC
đưa qua cầu
diode chỉnh lưu thành nguồn DC. Nguồn DC này qua các IC7805 và IC7812 tạo ra nguồn +5V và nguồn
+12V cung cấp cho mạch.
3.3.6. Khối điều khiển trung tâm
3.3.6.1. Sơ đồ nguyên lý
Q0
Q1
Q2
Q3
inputenable
dialdetect
incorrect
correct
rl4
rl3
rl2
rl1

correct
incorrect
dialdetect
reset
PWR_RL
P07
P06
P05
P04
P01
RD
RS0
CS
RW
MISO
MOSI
SCKL
SS
RING DETECT
ALARM
IRQ
MOSI
SCKL
SS
RESET
GND
RL4KICK SPEAK
P02
BT_RL1
P03

BT_RL2
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0/T2

1
P1.1/T2EX
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1

15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U3
AT89S52
X1
CRYSTAL
C7
33p
C8
33p
R6
10k
BT1
sW
C9

10u
1B
1
2B
2
3B
3
4B
4
5B
5
6B
6
7B
7
8B
8
1C
18
2C
17
3C
16
4C
15
5C
14
6C
13
7C

12
8C
11
COM
10
U4
ULN2803
D12
LED-RED
R11
330r
D13
LED-RED
R12
330r
D14
LED-RED
R13
330r
2
3
4
5
6
7
8
9
1
RP1
RESPACK-8

D22
1N4148
D23
1N4148
R49
10k
R50
10k
1
2
3
4
5
6
J6
CONN-SIL6
R111
330r
Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm
3.3.6.2. Nguyên lý hoạt động
Bảng 3.8. Chức năng các chân điều khiển chính
Chân số Tên chân Chức năng
1÷4 P1.0÷P1.3
Nhận dữ liệu từ MT8888
10 P3.0 Phát hiện sự cố
11 P3.1 Phát hiện tín hiệu chuông
13 P3.3
Nhận tín hiệu từ chân
IRQ
/CP của MT8888

14÷17 P3.4÷P3.7
Điều khiển các thanh ghi trong MT8888
36, 37 P0.2, P0.3 Điều khiển relay bằng nút nhấn
21, 22 P2.0, P2.1 Điều khiển cấp nguồn cho các Relay
24 P2.3 Điều khiển còi chíp
28 P2.7 Điều khiển đóng tải giả
Kết luận chương 3: Tác giả đã thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển từ xa. Hệ thống sử dụng chíp vi
điều khiển là AT89S52 và chíp thu tín hiệu DTMF là MT8888. Hệ thống có thể điều khiển hai thiết bị từ xa.
18
Chương 4. THIẾT KẾ PHẦN MỀM VẬN HÀNH HỆ THỐNG
4.1. Lưu đồ giải thuật vận hành Hệ thống Điều khiển thiết bị từ xa qua đường dây thoại
4.1.1. Lưu đồ giải thuật
Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật
4.1.2. Giải thích
Khi hệ thống ở trạng thái đầu tiên (lắp đặt các thiết bị điện, đường Line, cấp nguồn ) thủ tục đầu
tiên là phải khởi động hệ thống. Hệ thống bao gồm: Chíp vi điều khiển, màn hình LCD, các relay Sau đó
khởi động chíp DTMF MT8888 ở chế độ thu tín hiệu.
Chương trình chính gọi tiếp thủ tục kiểm tra cảnh báo xem có sự cố không vì ngay cả hệ thống chưa
điều khiển bật hoặc tắt thiết bị, thì chức năng cảnh báo sự cố vẫn phải hoạt động ngay và nếu có sự cố sẽ
cảnh báo bằng tín hiệu còi và đèn. Nếu có sự cố xẩy ra, hệ thống phải được reset bằng phím cứng mới có thể
trở về trạng thái ban đầu.
Trong trường hợp không có sự cố xẩy ra, chương trình chính sẽ ngay lập tức bỏ qua thủ tục thông
báo cảnh báo và thực hiện ngay thủ tục kiểm tra chuông.
19
Thủ tục kiểm tra chuông tức là hệ thống ở trạng thái đợi cuộc gọi của người điều khiển tới hệ thống
(Standby). Thủ tục này cũng có hai trường hợp xảy ra:
+ Trường hợp không có chuông, chương trình sẽ quay về bắt đầu gọi lại thủ tục kiểm tra cảnh báo sự
cố. Như vậy nếu không có chuông, chương trình chính sẽ lặp vô tận thủ tục kiểm tra cảnh báo sự cố, đồng
thời định kỳ kiểm tra tín hiệu chuông.
+ Trường hợp có chuông (vi điều khiển sẽ nhận mức logic 0 từ một mạch phát hiện tín hiệu chuông đưa

về chân P3.1). Sau một thời gian đợi chuông chương trình chính sẽ gọi thủ tục tiếp theo là thủ tục đóng tải
giả để thông thoại. Sau khi chương trình chính gọi thủ tục đóng tải giả để hệ thống kết nối (thông thoại) với
người điều khiển thì lúc này hệ thống sẽ chuyển sang thủ tục đợi và kiểm tra mã truy nhập của người sử
dụng. Có hai trường hợp có thể xẩy ra:
- Nếu người điều khiển nhập mã truy nhập vào hệ thống không đúng ba lần, hệ thống sẽ ngắt kết nối
với người điều khiển đồng thời khởi tạo lại hệ thống và quay trở về thủ tục kiểm tra cảnh báo sự cố.
- Nếu người điều khiển nhập mã truy nhập vào hệ thống đúng, hệ thống sẽ yêu cầu người điều khiển
nhập mã điều khiển thiết bị là phím số “6”. Nếu nhập đúng mã điều khiển thiết bị người sử dụng
sau đó có thể điều khiển các thiết bị bật hoặc tắt. Để kết thúc quá trình điều khiển thiết bị, người
điều khiển sẽ nhấn phím số “9”. Khi nhấn kết thúc quá trình điều khiển hệ thống sẽ ngắt tải giả và
quay trở lại khởi tạo lại hệ thống để quay trở về thủ tục kiểm tra cảnh báo sự cố.
Tóm lại, chương trình chính trong mọi trường hợp đều không kết thúc mà liên tục thực hiện các thủ
tục con. Nó chỉ dừng lại khi hệ thống mất nguồn cung cấp và sau khi được cấp nguồn trở lại, nó lại tiếp tục
quá trình.
4.2. Chương trình phần mềm vận hành hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua đường dây thoại
Chương trình được viết trên phần mềm Keil C 4.0 bằng ngôn ngữ C. Đây là ngôn ngữ lập trình phổ
biến nhất cho chíp vi điều khiển AT89S52. Ưu điểm của ngôn ngữ này là dễ hiểu, ngắn gọn.
Nội dung chương trình:
Tham khảo phần phụ lục
Kết luận chương 4: Tác giả đã thiết kế phần mềm cho hệ thống điều khiển từ xa. Ngôn ngữ lập trình sử
dụng cho hệ thống là ngôn ngữ C, nạp cho chíp vi điều khiển AT89S52. Hệ thống được xây dựng với khả
năng hoạt động linh hoạt, có mã truy nhập để bảo mật hệ thống. Ngoài ra hệ thống còn có khả năng cảnh báo
sự cố khi phát hiện các sự cố không an toàn xẩy ra.
20
Chương 5. THỰC NGHIỆM
5.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại
Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa
Bảng 5.1. Vị trí các khối trong hệ thống điều khiển
Vị trí Tên khối
1 Khối nguồn

2 Khối nhận tín hiệu từ đường dây điên thoại cố định
3 Khối các mạch điều khiển
4 Khối thông báo
5 Khối các nút nhấn điều khiển
6 Khối trung tâm điều khiển và hiển thị
7 Khối cảnh báo các sự cố
8 Khối mạch thu tín hiệu DTMF
9 Khối tải giả
5.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Khi hệ thống được cấp nguồn 220VAC, đường dây điện thoại cố định (Tip – Ring) đã được đấu nối,
thì hệ thống bắt đầu hoạt động với tình trạng ban đầu (Standby) như sau:
Tất cả các tiếp điểm của Relay ở khối điều khiển đều hở (các thiết bị đều ngừng hoạt động). Chức
năng cảnh báo sự cố sẵn sàng hoạt động (sẽ cảnh báo ngay sau khi có sự cố xảy ra). Chờ trung tâm điều
khiển điều khiển hệ thống (sẵn sàng nhận lệnh từ trung tâm điều khiển qua đường dây).
Đây là hệ thống điều khiển từ xa bằng đường dây điện thoại. Đối tượng điều khiển là hệ thống, trung
tâm điều khiển dùng điện thoại bấm phím (hoặc bấm ở bàn phím máy tính) để ra lệnh điều khiển, vì vậy phải
có một bảng mã các mã số tương ứng với các chức năng điều khiển hệ thống thì trung tâm điều khiển mới có
thể ra lệnh, hệ thống mới có thể hiểu được các lệnh và thực thi các lệnh đó một cách chính xác. Dưới đây là
bảng mã các lệnh tương ứng với các phím bấm trên máy điện thoại.
Bảng 5.2. Mã lệnh điều khiển
Mã lệnh Chức năng
1 Mã cho phép điều khiển thiết bị 1
2 Mã cho phép điều khiển thiết bị 2
3 Cho phép mở thiết bị
21
4 Cho phép tắt thiết bị
6 Mã truy nhập điều khiển thiết bị
9 Ngắt kết nối, tắt tất cả các thiết bị
1234 Mã truy nhập hệ thống
• Điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại:

Để điều khiển, đầu tiên người điều khiển phải gọi số máy điện thoại nơi lắp đặt thiết bị điều khiển.
Điện thoại được gọi có mạch điều khiển mắc song song với đường dây điện thoại (thiết bị muốn điều khiển
kết nối mạch điều khiển). Sau một thời gian đổ chuông nhất định, nếu không có ai nhấc máy thì mạch sẽ tự
động điều khiển đóng mạch. Sự đóng mạch này là đóng tải giả để kết nối thuê bao. Đồng thời hệ thống sẽ
phát câu thông báo yêu cầu nhập mật mã truy nhập hệ thống (password):“ Nhap Mat Khau :”. Sau đó,
người điều khiển sẽ nhấn mật mã để xâm nhập vào hệ thống điều khiển. Khi nhấn đúng mã số password
mạch sẽ phát ra lời giới thiệu để người điều khiển biết với nội dung thông báo: “Xin Chao ! San Sang ”.
Lúc này, mạch điều khiển sẵn sàng nhận lệnh. Nếu nhấn sai mã password thì hệ thống phát câu thông báo: “
Mat Khau Sai” người điều khiển không thể xâm nhập vào hệ thống điều khiển được và hệ thống sẽ tự động
ngắt kết nối sau 3 lần nhập sai mã pasword.
Sau khi nhấn đúng mã password thì người điều khiển người điều khiển sẽ nhập mã số truy nhập điều
khiển thiết bị là số “6” để có thể điều khiển thiết bị.
Muốn điều khiển thiết bị số 1, người điều khiển nhấn phím số “1”. Sau đó dùng các phím “3” hoặc “4” để bật
hoặc tắt thiết bị.
Muốn điều khiển thiết bị số 2, người điều khiển nhấn phím số “2”. Sau đó dùng các phím “3” hoặc “4” để bật
hoặc tắt thiết bị.
Hệ thống sẽ tự động sẽ ngắt mạch kết nối thuê bao, tắt các thiết bị khi người điều khiển ấn phím số
“9”.
Ngoài ra, người điều khiển có thể bật hoặc tắt các thiết bị bằng các nút bấm trên mạch điều khiển:
BT2 và BT3.
• Tự động báo động khi có sự cố
Khi có sự cố thì từ bộ cảm biến sẽ cho ra một tín hiệu tác động đến vi điều khiển báo cho vi điều
khiển biết là có sự cố xẩy ra. Vi điều khiển sẽ ra lệnh báo động bằng đèn nhấp nháy và còi chíp kêu. Ngoài ra
trên màn hình LCD cũng hiện ra số điện thoại của người phụ trách để những người xung quanh có thể liên
lạc để giải quyết vấn đề.
Kết luận chương 5: Tác giả đã chế tạo thành công hệ thống điều khiển xa qua đường dây điện thoại.
Hệ thống đã tận dụng mạng điện thoại rộng khắp để làm đường truyền điều khiển. Do đó hệ thống mang tính
khả thi cao có thể áp dụng vào trong thực tế. Hệ thống là một sản phẩm có độ tin cậy nhưng giá thành sản
phẩm hạ nhằm nâng cao đời sống tiện ích cho con người, góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Đánh giá kết quả đạt được:
 Trong chương 1: Tác giả đã xây dựng tổ chức hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây điện
thoại.
 Trong chương 2: Tác giả đã giới thiệu và phân tích phương thức làm việc giữa tổng đài và các
thuê bao điện thoại cố định.
 Trong chương 3 và 4: Tác giả đã thiết kế phần mềm và phần cứng cho hệ thống điều khiển từ xa.
 Trong chương 5: Tác giả đã giới thiệu mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển từ xa bao gồm
các khối chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Hệ thống đã hoàn thành yêu cầu điều khiển thiết bị và đáp ứng tốt các yêu cầu đã đặt ra ban đầu.
Nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót và chưa tối ưu về một số vấn đề sau:
 Mạch thu tone DTMF chưa ổn định, do nhiều nguyên nhân khách quan như: tín can nhiễu của
môi trường, sai số linh kiện và kinh nghiệm thiết kế mạch còn hạn chế.
 Các lưu đồ giải thuật, và chương trình chưa thật sự tối ưu.
 Hệ thống có độ trễ lớn trong quá trình điều khiển thiết bị.
22
 Mạch điều khiển thiết kế chưa đẹp, cồng kềnh.
• Hướng phát triển đề tài:
Để đề tài có thể hoàn thiện thêm, tác giả mong muốn trong thời gian tới sẽ phát triển đề tài theo
hướng sau:
- Xây dựng phần mềm có thể thực hiện cuộc gọi tới người điều khiển để thông báo trạng thái của
thiết bị.
- Tối ưu hóa sản phẩm bằng giải thuật phần mềm để: tăng khả năng bảo mật, có thể thay đổi mật
khẩu từ bàn phím điện thoại và nhiều chế độ điều khiển hơn.
- Nâng cao tính ổn định của hệ thống.
23