Mạch báo động qua mạng điện thoại PSTN

MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..........................................................................................................1
1.6.KHẢO SÁT IC GHI ÂM KỸ THUẬT SỐ ISD2560......................................................34
1.6.1.Sơ đồ khối.................................................................................................................................34
1.6.2.Sơ đồ chân................................................................................................................................34

1.7.IC LM741.........................................................................................................................36
1.8.IC 7805.............................................................................................................................36
1.10.IC MT 8870....................................................................................................................38
1.10.1.Sơ đồ chân..............................................................................................................................39
1.10.2.Sơ đồ khối và chức năng.........................................................................................................41

CHƯƠNG 2:..............................................................................................................................45
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG.......................................................................................................45
2.1.CƠ SỞ THIẾT KẾ...........................................................................................................45
2.1.1.Sơ đồ khối thiết kế....................................................................................................................45
2.1.2.Chức năng các khối...................................................................................................................45

2.2.KHỐI NGUỒN................................................................................................................46
2.3.KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM..........................................................................................47
2.4.KHỐI KẾT NỐI THUÊ BAO..........................................................................................48
2.5.KHỐI THU PHÁT ÂM THANH.....................................................................................49
2.6.KHỐI THU PHÁT DTMF...............................................................................................50
2.7.KHỐI GIẢI MÃ DTMF...................................................................................................51
2.8.KHỐI CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI.................................................................................52
2.9.SƠ ĐỒ MẠCH XỬ LÝ CÁC TÍN HIỆU........................................................................53
2.10.SƠ ĐỒ MẠCH IN CỦA MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU....................................................54
2.11.SƠ ĐỒ MẠCH IN CỦA KHỐI CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI......................................55
2.12.KHỐI CẢM BIẾN NHẤN PHÍM..................................................................................56
2.13.THIẾT KẾ PHẦN MỀM...............................................................................................57
2.13.1.Lưu đồ.....................................................................................................................................57

2.13.2.Chương trình điều khiển........................................................................................................58

CHƯƠNG 3:..............................................................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................68
3.1.KẾT LUẬN......................................................................................................................68
3.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI............................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................70



Tổng quan về đề tài

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ. Điện tử
đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn và được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các
lĩnh vực như: thông tin liên lạc, tự động điều khiển, y học..v.v…Những thành tựu của
khoa học kỹ thuật đã mang đến cho con người một cuộc sống tiện nghi, văn minh và
hiện đại.
Một trong những ứng dụng của công nghệ điện tử là kỹ thuật báo động điện tử.
Các thiết bị báo động điện tử như : Hệ thống chống trộm, hệ thống báo cháy, báo
động, hệ thống quá tải..v.v… Các thiết bị này đã góp phần rất lớn trong việc bảo vệ
an toàn cho các dụng cụ và tài sản của con người. Nhưng một khuyết điểm của các
phương pháp báo động nói trên là không thể truyền đi xa được.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trong cuộc sống, đi cùng với cơ sở vật chất
hiện có. Chúng em quyết định tìm hiểu đề tài: “Hệ thống báo trộm qua đường dây
điện thoại”. Phương pháp báo động này đã khắc phục được khuyết điểm khoảng cách
và linh hoạt hơn trong việc sử dụng.
Mục đích nghiên cứu trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương
trình học để đủ điều kiện ra trường. Cụ thể khi nghiên cứu đề tài, chúng em muốn

phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm,
những thiết bị tiên tiến có tính ứng dụng cao trong cuộc sống.
2.

PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phạm vi của đồ án hoàn toàn nằm trong những kiến thức đã học. Thực hiện thi
công sản phẩm gồm có: board mạch điều khiển và các board mạch chức năng.
Phương pháp nghiên cứu:
Phần thiết kế và tính toán các giá trị thông số trong mạch dựa vào những kiến
thức của các môn chuyên ngành có liên quan . Quá trình thiết kế mạch nguyên lý,
thiết kế mạch in được thực hiện bằng phần mềm Orcad 9.2.
 Kết cấu của đề tài gồm có 3 chương :
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết

Page


Tổng quan về đề tài
Chương 2 : Thiết kế và thi công .
Chương 3 : Kết luận và hướng phát triển .
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đề tài này kết hợp với những kiến
thức tích lũy trong suốt khóa học không cho phép người thực hiện đề tài thực hiện
được hoàn chỉnh toàn bộ các yêu cầu để tạo ra một sản phẩm ưu việt. Do đó, người
thực hiện đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu về :
 Vi điều khiển 89C51 để điều khiển quá trình.
 IC MT8888 chuyên dụng thu phát DTMF giao tiếp với vi điều khiển.
IC MT8870 chuyên dụng giải mã DTMF ra nhị phân 4 bit.
 ISD 2560 phát tín hiệu báo trộm trên line điện thoại.

 IC LM741 khuếch đại tín hiệu so sánh.
 Dùng cảm biến hồng ngoại để cảm biến có trộm để đưa về vi xử lý để điều
khiển.
IC 7408
 Giới hạn của đề tài:
Trong quá trình thi công, do khó khăn trong việc thuê line điện thoại của bưu
điện để thử nghiệm, nên người thực hiện đề tài đã sử dụng tổng đài nội bộ 3 số có sẵn
để thực hiện đề tài này. Do có vài sự khác biệt giữa tổng đài nội bộ và tổng đài bưu
điện, nên nếu ứng dụng hệ thống này sử dụng tổng đài bưu điện sẽ phải thay đổi một
số thông số về linh kiện cũng như phần mềm.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 1:

CƠ SỞ LÝTHUYẾT
1.1.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

1.1.1. Định nghĩa về tổng đài
Tổng đài là hệ thống chuyển mạch có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết
bị đầu cuối chủ gọi ( Calling Side ) đến thiết bị đầu cuối bị gọi ( Called Side ).
Hay nói cách khác tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các
cuộc liên lạc giữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tùy thuộc
vào từng loại tổng đài, từng khu vực.

Hình 1.1.1: Sơ đồ khối của tổng đài

1.1.2. Chức năng của tổng đài
Tổng đài điện thoại có các chức năng sau:
- Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi.
- Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuê
bao.
- Nhận dạng thuê bao gọi: xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó nối
đến mạch điều khiển.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
- Tiếp nhận số được quay: khi đã nối với mạch điều khiển,thuê bao chủ bắt đầu
nghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị
gọi.
- Kết nối cuộc gọi: khi các số quay được ghi lại, thêu bao bị gọi đã được xác định,
tổng đà sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và sau
đó chọn một đường rỗi trong số đó. Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội
hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng.
- Chuyển mạch thông tin điều khiển: khi được nối với tổng đài của thuê bao bị gọi
hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần
thiết như số thuê bao bị gọi.
- Kết nối trung chuyển: trong trường hợp tổng đài được nối đến tổng đài trung
chuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số
thuê bao bị gọi được truyền đi.
- Kết nối trạm cuối: khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê
bao bị gọi được truyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi
được tiến hành. Nếu máy không ở trạng thái bận thì một đường nối được nối với

các đường trung kế được chọn để kết nối các cuộc gọi.
- Truyền tín hiệu chuông: để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và chờ
cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi . Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt và
trạng thái được chuyển thành trạng thái máy bận.
- Tính cước: tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần
thiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải theo khoảng cách gọi và theo thời gian
gọi.
- Truyền tín hiệu báo bận: khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo các
bước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê
bao chủ gọi.
- Hồi phục hệ thống: trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc. Sau đó
tất cả các đường nối đều được giải phóng.
1.1.3. Phân loại tổng đài
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài ngày nay phù hợp với
yêu cầu phát triển của xã hội. Quá trình hình thành tổng đài bao gồm các loại tổng đài
sau:
 Tổng đài công nhân:
Việc kết nối thông thoại chủ yếu dựa vào con người.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
 Tổng đài cơ điện:
Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệ thống
mạch từ. Gồm 2 hệ thống chuyển mạch cơ bản là : chuyển mạch từng nấc và chuyển
mạch ngang dọc.
 Tổng đài điện tử:
Quá trình điều khiển hoàn toàn tự động, các bộ phận chuyển mạch gồm các linh
kiện bán dẫn, vi mạch cùng với các relay, analog swich . Tổng đài này có các bộ phận

bán dẫn bằng điện tử thay thế các thiết bị cơ khí nên cơ cấu của tổng đài gọn nhẹ đi
rất nhiều. Thời gian kết nối nhanh hơn, năng lượng tiêu thụ ít hơn. Tổng đài điện tử
có ưu điểm là có thể tăng dung lượng lớn mà thiết bị không phức tạp lên nhiều.
Hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng đài sau:
 Tổng đài cơ quan PABX: được sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và thường
sử dụng trung kế CO-Line(central office).
 Tổng đài nông thôn (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu dân cư
đông, chợ và có thể sử dụng tất cả các loại trung kế.
 Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện tỉnh và sử
dụng tất cả các loại trung kế
 Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tỗng đài nội hạt ở
các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước.
 Tổng đài cửa ngõ quốc tế (Gateway Exchange): tổng đài này dùng để chọn
hướng và chuyển mạch các cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các quốc gia với nhau,
có thể chuyển tải cuộc gọi quá giang.
1.1.4. Các đường âm hiệu
Đường dây điện thoại 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. Điện áp cung cấp thường là 48VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47
VDC hoặc cao đến 105 VDC tùy thuộc vào tổng đài.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Ngoài ra, để hoạt 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... Để tìm hiểu về các tín
hiệu điện thoại và ứng dụng của nó, nhóm thực hiện khảo sát một số tín hiệu sau:
Tín hiệu chuông (Ring Signal) :

Hình 1.1.2: Dạng sóng tín hiệu chuông

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao
đó biết có người được 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 VRMS đến 130 VRMS thường là 90 VRMS. Tín hiệu
chuông được gửi đến theo dạng xung ngắt quãng tùy thuộc vào từng loại tổng đài
thường là 2 giây có và 4 giây không (như hình vẽ trên). Hoặc có thể thay đổi thời gian
tùy thuộc vào từng tổng đài.
Tín hiệu mời quay số (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. Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ nghe
âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số
lien tục. Tín hiệu mời quay số là tín hiệu sin tần, được tạo ra bởi hai âm thanh (Tone)
có tần số số 350Hz và 440Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC. Tín hiệu này có dạng sóng
sau:

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Hình 1.1.3: Dạng sóng tín hiệu mời quay số

Tính hiệu báo bận (Busy Tone):
Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong
hai tín hiệu:
Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi.
Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiện
cuộc gọi ngay lúc này. Thuê bao phải chờ đến khi nghe được tín hiệu mời gọi. Khi thuê
bao bị gọi đã nhấc máy trước khi thêu bao gọi cũng nghe được tín hiệu này. 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).

Hình 1.1.4: Dạng sóng tín hiệu báo bận

Tín hiệu chuông hồi tiếp:
Khi người gọi gọi đến một thuê bao nhưng không biết đã gọi được hay chưa thì thật
là khó chịu . Người gọi không nghe một âm thanh nào cho đến khi thuê bao đó trả lời.
Để giải quyết vấn đề này tổng đài sẽ gửi một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao
gọi tương ứng với tiếng chuông ở thuê bao bị gọi. Tín hiệu chuông hồi tiếp này do tổng
đài cấp cho thuê bao bị gọi, được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz. Tín
hiệu này cũng có dạng xung như tín hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi, là tín
hiệu hình sin có tần số khoảng 425 ± 25 Hz la hai tín hiệu ngắt quãng tương ứng nhịp
chuông, biên độ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Hình 1.1.5: Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp

Gọi sai số:
Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu
xung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz. Hoặc đối với các hệ thống điện thoại
ngày nay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số.
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. Ở các trạm

công cộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu
đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước.
1.1.5. Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử
Tổng đài điện tử có 3 phương thức chuyển mạch sau:
 Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : Space
Devision Multiplexer)
 Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : Timing
Devision Multiplexer) : có hai loại.
 Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Frequence
Devision Multiplexer
1.1.6. Trung kế
Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Hình 1.1.6: Trung kế

Có 3 loại trung kế : trung kế thuê bao ( Co–line ), trung kế tương tự ( E&M ), trung
kế số (PCM ).
 Trung kế CO-Line (Central Office Line):

Hình 1.1.7: Trung kế CO-line

Kết nối hai dây cáp.
Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng đài mình.
Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay) .
 Trung kế tương tự ( E&M ) (Ear and Mouth Trunk):

Hình 1.1.8: Trung kế tương tự ( E&M )

Kết nối dây trên bốn dây Cable . Hai dây để thu tín hiệu thoại. Một dây để thu tín
hiệu trao đổi. Một dây để phát tín hiệu trao đổi.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
 Trung kế số ( PCM ):
Cung cấp đường truyền kết nối giữa tổng đài nội hạt của các đơn vị cung cấp dịch
vụ viễn thông công cộng với thiết bị đầu cuối thuê bao nhiều đường (tổng đài nội bộ
PABX), thiết bị truy nhập mạng của các đơn vị cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và
thiết bị chuyển mạch của các mạng dùng riêng.
Thời gian kết nối nhanh, chất lượng thoại tốt và bảo mật thông tin cao là các ưu điểm
nổi bật của dịch vụ trung kế số E1 so với trung kế tương tự (trung kế CO; E&M).
Trung kế số E1 bao gồm 30 kênh thoại (dữ liệu) và 02 kênh báo hiệu. Tốc độ luồng
E1: 2.048Kbps = 32 x 64Kbps (mỗi kênh có tốc độ 64kbps).

1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI BÀN
1.2.1. Chức năng của máy điện thoại bàn
Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại
đơn vị thuê bao để 2 người ở xa liên lạc được với nhau.
Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau:
- Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã sẵn sàng hay
chưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi. Chức năng này thể hiện ở chỗ phải báo hiệu cho người
sử dụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu báo bận.
- Phải gởi được mã số thuê bao bị gọi vào tổng đài. Điều này được thực hiện bằng
cách quay số hay nhấn phím.

- Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng các âm hiệu hồi
âm chuông hay báo bận.
- Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bị gọi thường là bằng tiếng
chuông.
- Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương và chuyển đổi
tín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói.
- Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy.
- Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng click khi phát xung số.
- Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự động điều chỉnh mức âm thanh
nghe, nói. Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với đường dây.
Ngoài chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có khả năng sau:
- Gọi bằng số rút gọn.
- Nhớ số thuê bao đặc biệt.
- Gọi lại tự động: Khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này đang bận, ta có
thể đặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy điện thoại. Sau

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
đó ta nhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được phát đi, hoặc sau thời
gian nào đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này cũng tự động phát đi, khi
thuê bao rảnh thì máy tự động reo chuông từ hai phía.
- Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đường truyền TIP và RING. Thông
qua 2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồn
dòng từ 25 mA đến 40 mA đến cho máy điện thoại.
1.2.2. Các thông số liên quan
Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 KΩ.
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.
Các thông số giới hạn của mạch thuê bao cơ bản.
Bảng 1.2.1 : Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại
Thông số
Dòng điện làm việc
Nguồn tổng đài
Điện trở vòng
Suy hao
Méo dạng
Dòng chuông
Thanh áp ống nối
Nguồn dòng điện thoại

Các giá trị mẫu
20 – 80 mA
48 – 60 V
0 – 1300 Ω
8 dB
Tổng cộng 50dB
90 VRMS / 20 Hz
70 – 90 dB
25 – 40 mA

Giá trị sử dụng
20 – 120 mA
47 – 109 V
0 – 1600 Ω
17 dB
75 – 90 VRMS / 16 – 25 Hz
< 15 dB

35 mA

Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao hay gác máy bằng cách sử
dụng nguồn một chiều 48VDC.
Khi gác máy tổng trở DC bằng 20KΩ rất lớn xem như hở mạch.
Khi nhấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ hơn 1KΩ và hai tổng đài nhận biết
trạng thái này thông qua dòng DC xuất hiện trên đường dây. Sau đó, tổng đài cấp tín
hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao.
Dòng điện cấp chuông: Tổng đài cấp dòng chuông cho thuê bao bị gọi, dòng
chuông tổng đài cấp là dòng điện xoay chiều hình sin hoặc xung có tần số f = 25Hz,
có áp từ 75VRMS đến 110VRMS.
1.2.3. Nguyên lý thông tin điện thoại

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến nơi khác,
bằng dòng điện qua máy điện thoại. Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng
thông tin điện thoại.
Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ
tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện
biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây
tới ống nghe của máy đối phương, làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp
không khí trước màng rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người
nghe và quá trình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự.
1.2.4. Quay số
Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gởi số máy
điện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài. Có hai cách gởi số đến tổng đài:
Quay số bằng xung (Pulse – Dialing): Được thực hiện bằng cách thay đổi tổng

trở DC của mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương với số muốn
quay.Các số quay của thuê bao được truyền đến tổng đài bằng cách ngắt dòng đường
dây theo tỉ số thời gian qui định tạo thành chuỗi xung quay số. Số quay số là là xung
trên đường dây nên phương pháp này được gọi là phương pháp quay số bằng xung
thập phân.
Quay số bằng Tone (Tone – Dialing): Máy điện thoại phát ra cùng lúc hai tín
hiệu với tần số dao động khác nhau tương ứng với số muốn quay (DTMF : Dual
Tone Multi Frequence). Khi sử dụng DTMF để quay số, các cặp tần số DTMF như
sau:
Bảng 1.2.2 : Phân loại tần số tín hiệu Tone
Phím
1
2
3
4
5
6
7
8
9
*
0
#

Tần số thấp (Hz)
697
697
697
770
770

770
852
852
852
941
941
941

Tần số cao (Hz)
1209
1336
1477
1209
1336
1477
1209
1336
1477
1209
1336
1477

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Sự quay số bằng phương pháp DTMF có thể nhanh gấp 10 lần so với phương
pháp quay số bằng xung thập phân.
1.2.5. Kết nối thuê bao

Tổng đài nhận được các số liệu sẽ xem xét:
Nếu các đường dây nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu báo bận.
Nếu đường dây nối thông thoại không bị bận thì tổng đài sẽ cấp cho người bị gọi tín
hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông. Khi người được gọi nhấc máy, tổng
đài nhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông để không làm hư
mạch thoại và thực hiện việc thông thoại. Tín hiệu trên đường dây đến máy điện thoại
tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mV đỉnh – đỉnh. Tín hiệu ra
khỏi máy điện thoại chịu sự suy hao trên đường dây với mất mát công suất trong
khoảng 10 dB ÷ 25 dB. Chẳng hạn suy hao là 20dB, suy ra tín hiệu ra khỏi máy điện
thoại có giá trị khoảng 3 V đỉnh – đỉnh.
Ngưng thoại:
Khi một trong 2 thuê bao gác máy, thì tổng đài nhận biết trạng thái này, cắt thông
thoại cho cả 2 máy đồng thời cấp tín hiệu báo bận cho máy còn lại.
Tín hiệu thoại:
Tín hiệu thoại trên đường dây là tín hiệu điện mang các thông tin có nguồn gốc từ
âm thanh trong quá trình trao đổi giữa 2 thuê bao. Trong đó, âm thanh được tạo ra bởi
các dao động cơ học, nó truyền trong môi trường dẫn âm.
Khi truyền đi trong mạng điện thoại là tín hiệu thường bị méo dạng do những lý
do : nhiễu, suy hao tín hiệu trên đường dây do bức xạ sóng trên đường dây với các
tần số khác nhau. Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ và trung thực, ngày nay trên
mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz ÷ 3400 Hz.

1.3.

PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG GIỮATỔNG ĐÀI VÀ MÁY ĐIỆN
THOẠI

1.3.1. Nguyên lý hoạt động
Khi thuê bao nhấc máy làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên một dòng điện
khoảng 20-80mA chạy trong vòng thuê bao. Ở chế độ nhấc máy, điện thế DC rơi trên

đường dây giữa Tip và Ring khoảng 6VDC ở thiết bị đầu cuối thuê bao.
Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Hình 1.3.1:
dây điện

Mô tả đường
thoại

Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trở mạch
vòng của đường dây thuê bao. Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy điện trở
mạch vòng là rất lớn. Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảm
xuống còn khoảng từ 150Ω đến 1500Ω. Tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi tổng
trở mạch vòng này (tức là thay đổi trạng thái của thuê bao) thông qua các bộ cảm
biến trạng thái.
Tổng đài có chức năng kiểm tra xem còn có link nào rãnh hay không. Nếu link
còn rỗi thì tổng đài cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone) cho thuê bao.
Dial Tone là tín hiệu mời quay số hình sin có tần số 425 ± 25 Hz. Khi thuê bao
nhận biết được tín hiệu Dial Tone, người gọi sẽ hiểu là được phép quay số. Người gọi
bắt đầu tiến hành gửi các xung quay số thông qua việc quay số hoặc nhấn nút chọn
số. Tổng đài nhận biết được các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số phát
ra từ thuê bao gọi. Thực chất các xung quay số là các trạng thái nhấc máy hoặc gác
máy của thuê bao.
Nếu các đường kết nối thông thoại bị bận hoặc thuê bao được gọi bị bận thì tổng
đài sẽ phát tín hiệu báo bận cho thuê bao. Tín hiệu này có tần số f = 425 ± 25Hz ngắt
nhịp 0,5s có 0,5 s không. Tổng đài nhận biết các số thuê bao gọi đến và kiểm tra, xem
xét

Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi nội đài.
Nếu số đầu là số qui ước gọi ra thì tổng đài phục vụ như một cuộc gọi liên đài
qua trung kế và gửi toàn bộ phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để giải
mã.
Nếu số đầu là mã gọi các chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chức
năng đó theo yêu cầu của thuê bao. Thông thường, đối với loại tổng đài nội bộ có
dung lượng nhỏ từ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làm
cho chương trình phục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu quả cho
người sử dụng làm tăng khả năng khai thác và hiệu suất sử dụng tổng đài.
Nếu thuê bao được gọi rảnh, tổng đài sẽ cấp tín hiệu chuông cho thuê bao với
điện áp 90VRMS (AC), f = 25Hz, với chu kỳ 3s có 4s không. Đồng thời cấp âm hiệu
Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
hồi chuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tín hiệu sin, tần số f =
425 ± 25Hz cùng chu kỳ nhịp với tín hiệu chuông gởi cho thuê bao được gọi.
Khi thuê bao được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy này,
tiến hành cắt dòng chuông cho thuê bao bị gọi kịp thời tránh hư hỏng đáng tiếc cho
thuê bao. Đồng thời, tiến hành cắt âm hiệu Ring Back Tone cho thuê bao gọi và tiến
hành kết nối thông thoại cho 2 thuê bao.
Tổng đài giải toả một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho các
cuộc đàm thoại khác.
Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà 1 thuê bao gác máy, tổng đài nhận biết
trạng thái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tín hiệu bận (Busy Tone)
cho thuê bao còn lại, giải tỏa link để phục vụ cho các đàm thoại khác. Khi thuê bao
còn lại gác máy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt âm hiệu báo bận, kết thúc
chương trình phục vụ thuê bao.
Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một cách hoàn
toàn tự động. Nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại viên có thể theo

dõi trực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ vào các bộ hiển thị,
cảnh báo.
1.3.2. Qui trình vận hành của hệ mạch điện thoại để bàn
Hệ thống vận hành của điện thoại bàn như sau:

Hình 1.3.2: Sơ đồ vận hành điện thoại bàn

Khi tất cả các máy điện thoại để bàn đều gác tay thoại. Lúc này mức áp trên
đường dây sẽ là trên dưới 48VDC và không có dòng điện chạy trên đường dây.
Khi máy điện thoại A nhấc tay thoại: Nội trở nhỏ của máy sẽ tạo ra dòng điện
chạy trên đường dây, dấu hiệu này sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết máy A
đã nhấc tay thoại. Tổng đài điện thoại sẽ gửi tín hiệu mời tín hiệu mời quay số đến
máy A.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Tín hiệu mời quay số có dạng Sin, tần số trong khoảng 350 ÷ 440 Hz, phát liên
tục. Lúc này người ở máy A sẽ nhấn các phím số trên bàn phím để xin liên thông với
máy cần gọi.( Ví dụ xin liên thông với máy B).
Nếu máy điện thoại bên A đang đặt ở mode Tone, thì mỗi phím số sẽ tương ứng
với một tín hiệu âm thanh song tần, tín hiệu nhận dạng số này sẽ theo dây nối gửi về
tổng đài điện thoại.
Nếu máy điện thoại đặt ở mode Pulse, thì mỗi phím số, mạch điều khiển bàn
phím sẽ cho ngắt dây nối bằng số lần của phím số. Tổng đài sẽ ghi nhận số điện thoại
mà máy A gửi về. Tổng đài sẽ tiến hành tìm số điện thoại mà máy A xin liên thông.
Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B đang bận ( như đang nhấc tay
thoại), thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận đến máy A. Tín hiệu báo bận này có dạng
Sin, tần số khoảng 480Hz ÷620Hz, phát theo nhịp 0.5s ngưng 0.5s (nhịp nhanh)

Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B không bận ( chưa nhấc tay
thoại), thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu báo chuông đến máy B. Lúc này bên máy B sẽ đổ
chuông. Cùng lúc tổng đài cũng gửi tín hiệu hồi chuông đến máy A. Tín hiệu hồi
chuông có tần số khoảng từ 440Hz ÷ 480Hz, phát theo nhịp 2s ngưng 4s. Tín hiệu
này cho biết máy B đang trong trạng thái đổ chuông và chờ người đến nhấc tay thoại.
Khi ở máy B đã có người nhấc tay thoại: Lúc này dòng điện chạy trên dây sẽ
báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết là máy B đã có người đến tiếp nhận. Tổng đài
điện thoại sẽ cho ngắt ngay tín hiệu báo chuông và cho nối dây, tạo sự liên thông giữa
máy A và máy B.
Bảng 1.2.3: Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn
Tín hiệu mời quay số
Tín hiệu báo bận
Tín hiệu đổ chuông
Tín hiệu hồi chuông
Tín hiệu báo chuông

1.4.

350 Hz ÷ 440 Hz
480 Hz ÷ 620 Hz
440 Hz ÷ 480 Hz
440 Hz ÷ 480 Hz
25 Hz

Phát liên tục
Phát theo nhịp 0.5 s ngưng 0.5 s
Phát theo nhịp 2 s ngưng 4 s
Phát theo nhịp 1 s ngưng 3 s
Phát theo nhịp 2 s ngưng 4 s

GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất
thấp với bộ nhớ Fash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ
bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51
và 80C52 về chân và bộ lệnh.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Hình 1.4.1: Hình dạng của IC AT89C51

Hình 1.4.2: Sơ đồ khối của AT89C51

Các thành viên của họ MCS-51 (Atmel) có các đặc điểm chung như sau:
Có 4/8/12/20 Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình. Nhờ
vậy,Vi điều khiển có khả năng nạp xoá chương trình bằng điện đến 10000 lần.
128 Byte RAM nội
4 Port xuất/nhập 8 bit
Từ 2 đến 3 bộ định thời 16-bit
Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp .

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64KByte (bộ nhớ ROM
ngoại): khi chương trình do người lập trình viết ra có dung lượng lớn hơn dung lượng

bộ nhớ ROM nội, để lưu được chương trình này cần bộ nhớ ROM lớn hơn, cách giải
quyết là kết nối Vi điều khiển với bộ nhớ ROM từ bên ngoài (hay còn gọi là ROM
ngoại). Dung lượng bộ nhớ ROM ngoại lớn nhất mà Vi điều khiển có thể kết nối là
64Kbyte.
Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64KByte (bộ nhớ RAM ngoại)
Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ) 210 bit có thể truy xuất đến từng bit.
1.4.1. Sơ lược về chức năng các chân của AT89C51
AT89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có
24 chân có tác dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như các đường xuất nhập hoặc
như các đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ.

Hình 1.4.3: Sơ đồ chân của AT89C51

 Port 0:

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Port 0 là port có hai chức năng ở các chân từ 32-39. Trong các thiết kế cỡ nhỏ
không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường xuất nhập. Đối với các
thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.
 Port 1:
Port 1 có công dụng xuất nhập ở các chân từ 1-8 trên 89C51. Các chân được ký
hiệu là P1.0, P1.1, P1.2,…P1.7, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài
nếu cần. Port 1 không có chức năng khác vì vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các
thiết bị bên ngoài (chẳng hạn ROM, RAM…).
 Port 2:
Port2 là port có tác dụng kép ở các chân từ 21-28 được dùng như các đường xuất
nhập hoặc là các byte cao của Bus địa chỉ đối với các thiết kế cỡ lớn.

 Port3:
Port3 là một port có tác dụng kép từ chân 10 –17. Khi không hoạt động xuất nhập,
các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng, được liệt kê ở bảng sau:
Bảng 1.4.1: Chức năng của các chân port 3
Bit

Tên

Chức năng

P3.0

RXD

Ngõ vào dữ liệu cho phép

P3.1

TXD

Ngõ ra dữ liệu nối tiếp

P3.2

INT0\

Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0

P3.3

INT1\

Ngõ vào ngắt ngoài thứ 1

P3.4

T0

Ngõ vào của bộ định thời/đếm thứ 0

P3.5

T1

Ngõ vào của bộ định thời/đếm thứ 1

P3.6

WR\

Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7

RD\

Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

 Ngõ tín hiệu PSEN\ (Progam store enable):

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
PSEN\ là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 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 89C51để
giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội thì PSEN\ sẽ ở mức 1.
 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address latch enable):
89C51 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để giải đa hợp
bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/bus dữ liệu đa
hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ.
Chân ALE còn được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong 89C51.
 Ngõ tín hiệu EA\ (External Access: truy xuất dữ liệu bên ngoài)
Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1
thì 89C51 thi hành chương trình trong ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4k. Nếu ở
mức 0 (và chân PSEN\ cũng ở mức 0) thì 89C51 thi hành chương trình từ bộ nhớ
ngoài.
Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21v lập trình cho EPROM trong 89C51.
 Ngõ tín hiệu RST (Reset):
Ngõ tín hiệu RST ở chân 9 là ngõ vào xoá chính của 89C51 được dùng để thiết lập lại
trạng thái ban đầu cho hệ thống.
 Ngõ vào bộ dao động X1, X2:
Mạch dao động bên trong chip 89C51 được ghép với thạch anh bên ngoài ở hai chân
XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và chân 19). Tần số của thạch anh thường là 12Mhz
1.4.2. Tổ chức bộ nhớ:
RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau:
- Các Bank thanh ghi có địa chỉ 00H ÷ 1FH.

- RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ 20H ÷ 2FH.
- RAM đa dụng có địa chỉ 30H ÷ 7FH
- Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 80H ÷ FFH.

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Hình 1.4.4: Bản đồ bộ nhớ của 89C51

1.4.3. Các thanh ghi
 Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW ( Program Status Word )
Công dụng : cho biết trạng thái làm việc của CPU , mỗi bit của PSW có 1 chức
năng . Địa chỉ byte : D0H , địa chỉ bit : D0H – D7H .
Từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt
sau:

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Bảng 1.4.2: Các bit trạng thái của thanh ghi PSW
Bit

Ký hiệu

Địa chỉ

Ý nghĩa

PSW.7

CY

D7H

Cờ nhớ

PSW.6

AC

D6H

Cờ nhớ phụ

PSW.5

F0

D5H

Cờ 0
Bit 1 chọn bank thanh ghi
00 = bank 0: địa chỉ 00H-07H

PSW.4

RS1

D4H

01 = bank 1: địa chỉ 08H-0FH
10 = bank 2: địa chỉ 10H-17H
11 = bank 3: địa chỉ 18H-1FH

PSW.2

0V

D2H

Cờ tràn

PSW.1

-

D1H

Dự trữ

PSW.0

P

D0H

Cờ parity chẵn

 Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng chung với thanh ghi A trong các phép toán
nhân chia.
 Thanh ghi con trỏ SP:
Là 1 thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H chỉ địa chỉ của dữ liệu đang ở đỉnh SP.
 Thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR:
Được dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu bên
ngoài. DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82H(DPL,byte thấp) và 83H (DPH,byte
cao).
 Các thanh ghi port xuất nhập:

Page


Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Các port của 89c51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ở
địa chỉ A0H và port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các port đều được địa chỉ hoá từng bit.
Điều đó cùng cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.
 Thanh ghi TMOD:
Chọn chế độ làm việc của T0 và T1
Bảng 1.4.3: Vị trí các bit trong thanh ghi TMOD

Gate

C/T\

M1

M2

GATE

C/T\

M1

M0

TMOD có địa chỉ 89H
C/T\:chọn chế độ làm việc của timer.
C/T\ = 0 chế độ định thời.
C/T\ = 1 chế độ đếm xung ngoài.
M1,M0 : chọn mode đếm của bộ timer/counter
Bảng 1.4.4: Chức năng của mode đếm M1,M0
M1

M0

0

0

Mode 0 timer/counter 13 bit

0

1

Mode 1 timer/counter 16 bit

1

0

Mode 2 bộ định thời tự độ nạp lại

1

1

Mode 3 bộ định thời tách ra

Gate :cổng
Gate=0 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1).
Gate=1 bộ định thời chạy khi TRx=1(x=0,x=1) và chân INTRx\ =1
 Thanh ghi TCON:
Thanh ghi điều khiển timer có định địa chỉ bit ở địa chỉ 88h trên 89S51
Bảng 1.4.5: Vị trí các bit trong thanh ghi TCON

Page