ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.69 MB, 117 trang )
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
1
MỤC LỤC.
PHẦN :GIỚI THIỆU
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ.
LỜI MỞ ĐẦU.
LỜI CẢM ƠN.
PHẦN 2 NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG DẪN NHẬP
1. Tầm quan trong của đề tài______________________________________ 6
2. Mục đích nghiên cứu. __________________________________________ 7
3. Giới hạn đề tài. _______________________________________________ 7
CHƯƠNG 2 MẠNG DI ĐỘNG
2.1 Mạng GSM. _________________________________________________ 9
2.1.1 Tổng quan về mạng GSM . _________________________________ 9
2.1.2 Lịch sử phát triển mạng GSM. ______________________________ 9
2.1.3 Cấu trúc mạng di động . __________________________________ 10
2.1.4 Tái sử dụng tần số. _______________________________________ 11
2.1.5 Các giao diện vô tuyến .___________________________________ 13
2.1.6 Điều khiển công suất phát của máy di động . _________________ 13
2.1.7 Thực hiện cuộc goi từ thiết bị di động đến thiết bị di động. _____ 15
2.2 Máy di động. _______________________________________________ 16
2.2.1 Lịch sử phát triển. _______________________________________ 16
2.2.2 Các khối và chức năng từng khối. __________________________ 17
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
2
2.2.3 Hoạt động của điện thoại di động. _________________________________22
CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT MÃ ĐA TẦN
3.1 Hệ thống DTMF.____________________________________________ 24
3.2 IC nhận DTMF MT8870. _____________________________________ 25
3.2.1 Sơ đồ chân. _____________________________________________ 25
3.2.2 Đặc tính kỹ thuật.________________________________________ 27
CHƯƠNG 4 THU PHÁT ÂM THANH
4.1 IC thu phát tiếng nói ISD 1420.________________________________ 32
4.2. Sơ đồ chân. ________________________________________________ 33
3. Đặc tính kỹ thuật. ____________________________________________ 34
CHƯƠNG 5 VI ĐIỀU KHIỂN
5.1 Giới thiệu chung về Pic. ______________________________________ 37
5.2 PIC 16F877A. ______________________________________________ 42
CHƯƠNG 6 LCD _______________________________________________ 64
6.1 Sơ đồ chân. ________________________________________________ 65
6.2 Đặc tính kỹ thuật. ___________________________________________ 66
CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
7.1 Phương pháp nghiên cứu. ____________________________________ 84
7.2 Phương án thiết kế phần cứng. ________________________________ 84
7.3 Sơ đồ khối. _________________________________________________ 86
7.4 Mạch cảm biến bắt máy. _____________________________________ 88
7.4.3 Nguyên lý hoạt động. _____________________________________ 90
7.5 Mạch thu phát âm thanh._____________________________________ 91
7.5.1 Sơ đồ nguyên lý. _________________________________________ 91
7.5.2 Nguyên lý hoạt động. _____________________________________ 91
7.6 Mạch điều khiển thiết bị. _____________________________________ 93
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
3
7.6.1 Sơ đồ nguyên lý. _________________________________________ 93
7.6.2 Tính toán. ______________________________________________ 94
7.6.3 Nguyên lý hoạt động _____________________________________ 94
7.7 Mạch giải mã DTMF. ________________________________________ 95
7.7.1 Sơ đồ nguyên lý. _________________________________________ 95
7.7.2 Tính toán. ______________________________________________ 95
7.7.3 Nguyên lý hoạt động. _____________________________________ 95
7.8 Mạch nguồn. _______________________________________________ 97
7.8.1 Sơ đồ nguyên lý. _________________________________________ 97
7.8.2 Nguyên lý hoạt động. _____________________________________ 97
7.9 Mạch LCD. ________________________________________________ 98
7.9.1 Sơ đồ nguyên lý. _________________________________________ 98
7.9.2 Hoạt động.______________________________________________ 98
7.10 Mạch điều khiển trung tâm. _________________________________ 99
7.10.1 Sơ đồ nguyên lý. ________________________________________ 99
7.10.2 Nguyên lý hoạt động. ___________________________________ 100
CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ CHƯƠNG TRÌNH
8.1 Lưu đồ giải thuật. __________________________________________ 102
8.2 Chương trình. _____________________________________________ 104
CHƯƠNG KẾT LUẬN
1. Hướng phát triển đề tài.______________________________________ 116
2. Kết quả đạt được. ___________________________________________ 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO. _________________________________________ 117
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
4
PHẦN 2
NỘI DUNG CHÍNH
CỦA ĐỀ TÀI
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
5
CHƯƠNG DẪN
NHẬP
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
6
1. Tầm quan trong của đề tài.
Trong thời đại ngày nay, hệ thống thông tin liên lạc là một trong những vấn đề
quan trọng của loài người. Nhất là những ứng dụng của kỹ thuật thôngtin liên lạc vào
lĩnh vực kinh tế, khoa học và đời sống. Chính vì nó mà con người và xã hội loài người
đã phát triển không ngừng. Đặc biệt trong những thập niên gần đây, ngành bưu chính
viễn thông đã phát triển mạnh mẽ tạo ra bước ngoặc quan trọng trong lĩnh vực thông
tin để đáp ứng nhu cầu của con người. Ngoài nhu cầu về thông tin con người còn muốn
những nhu cầu khác như : tự động trả lời điện thoại khi chủ vắng nhà, hộp thư thoại…
Đối với hệ thống điều khiển xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảng cách là
yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy mô
toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một lối thoát
mới trong lĩnh vực tự động điều khiển
Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của người dân ngày càng tăng đồng thời
việc gắn 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, tiết kiệm
nhiều thời gian cho công việc ,vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị điện
gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và đảm bảo an toàn cho tính mạng và tài
sản của mỗi người dân do cháy nổ hoặc do chạm chập điện gia dụng gây ra.
Ngoài ra,ứng dụng của hệ thống điều khiển từ 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. Xuất phát từ những
ý tưởng và tình hình thực tế như ở trên, nên em chọn đề tài: “Hệ thống điều khiển thiết
bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại” cho luận văn tốt nghiệp.
Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại, giúp ta điều khiển
các thiết bị điện gia dụng khi không có ai ở nhà khi ta ở cách xa nhà(hay ở nhà) hoặc ở
những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc một dây
chuyền sản xuất để thay thế con người. Chẳng hạn muốn điều khiển các thiết bị điện
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
7
trong nhà khi vắng người, ta quay số điện thoại về nhà và gởi mã lệnh đóng hay ngắt
thiết bị thì mạch sẽ thực hiện. Khi mạch thực hiện xong lệnh của ta thì mạch sẽ gọi tín
hiệu phản hồi cho ta biết mạch đã thực hiện xong lệnh hay chưa.
2. Mục đích nghiên cứu.
Mục đích của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên với
bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại
kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên
cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân
nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống.
Sau khi tạo ra được sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng báo điều khiển thiết bị
cho những nơi như: hệ thống các phòng ban trong cơ quan xí nghiệp, các khách sạn,
nhà nghỉ, hoặc các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng…
3. Giới hạn đề tài.
Do thời gian và khả năng nên đề tài chỉ tập trung nghiên sơ lược về các vấn đề
liên quan như: tổng đài di động, sơ đồ khối điện thoại di động, các đặc điểm cơ bản
của các loại ic sử dụng trong đề tài. Mọi thứ đều làm bằng phương pháp thủ công
nên board mạch không được đẹp, kết nối các khối không được ngăn nắp và do chất
giọng nên các câu thông báo không được chuẩn.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
8
CHƯƠNG 2
MẠNG DI ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
9
2.1 Mạng GSM.
2.1.1 Tổng quan về mạng GSM .
GSM là viết tắt của từ " Global System for Mobile Communication" - Mạng thông
tin di động toàn cầu. Một trong những công nghệ về mạng điện thoại di động phổ biến
nhất trên thế giới. Là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị
trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc. Các mạng điện thoại GSM sử dụng công
nghệ TDMA (Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời
gian).Đây là công nghệ cho phép 7 máy di động có thể sử dụng chung 1 kênh để đàm
thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông tin.
2.1.2 Lịch sử phát triển mạng GSM.
Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di
động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi
(CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và
tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu.
Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử
dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland. Vào năm 1989 công việc quản lý
tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu
(European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn, đặc tính
của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990. Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1
triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
10
2.1.3 Cấu trúc mạng di động .
Cấu trúc mạng thông tin di động.
EIR ( Equipment Indentity Register) : Chứa số liệu phần cứng của thiết bị.
Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá bảo
mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vô tuyến
Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm
di động. Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần: Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều
khiển gốc (BSC: là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC).
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc
gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố
định.
Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo.
Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm
di động.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
11
HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ký của
mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao. Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ
mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố.
Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ
HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động
hiện đang ở vị trí mà nó quản lý. Mặc dầu các chức năng này có thể được triển khai ở
các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC,
vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản được
báo hiệu.
2.1.4 Tái sử dụng tần số.
- Toàn bộ dải tần phát cho mạng GSM 900M chỉ có từ 890MHz đến 915MHz tức
là có 25MHz, mỗi kênh chiếm một khe tần số 200KHz => như vậy có khoảng 125
kênh thoại có thể sử dụng một lúc, mỗi kênh thoại được chia thành 8 khe thời gian
trong đó 1/8 thời gian giành cho tín hiệu điều khiển, 7/8 khe thời gian còn lại dành cho
7 thuê bao và như vậy tổng số thuê bao có thể liên lạc trong một thời điểm là 125 x 7 =
875.
- 875 thuê bao có thể liên lạc đồng thời trong một thời điểm cho một mạng di
động, đây là con số quá ít không đáp ứng được nhu cầu sử dụng, vì vậy tái sử dụng tần
số là phương pháp làm tăng số thuê bao di động có thể liên lạc trong một thời điểm lên
tới con số hàng triệu .
Phương pháp tái sử dụng tần số .
- Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác, gọi là Cell , mỗi ô có
một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thể phát chung một tần số
( như hình dưới thì các ô có cùng màu xanh hay mầu vàng có thể phát chung tần số ).
- Với phương pháp trên người ta có thể chia toàn bộ giải tần ra làm 3 để phát trên
các ô không liền kề như 3 mầu dưới đây, mỗi ô có thể phục vụ cho 875 / 3, được
khoảng 290 thuê bao .
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
12
- Trong một Thành phố có thể có hàng trăm trạm thu phát BTS vì vậy nó có thể
phục vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thời điểm .
Thành phố được chia thành nhiều ô hình lục
giác, mỗi ô được đặt một trạm thu phát BTS .
Phát tín hiệu trong mỗi ô
Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp
- Phát đẳng hướng
- Phát có hướng theo góc 120
o
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
13
2.1.5 Các giao diện vô tuyến .
♦ Kênh vật lý và kênh Logic :
Kênh vật lý là kênh tần số dùng để truyền tải thông tin. Ví dụ: Kênh tần số
890MHz là kênh vật lý. Kênh logic là kênh do kênh vật lý chia tách. Trong GSM, một
kênh vật lý được chia ra làm 8 kênh logic.
Một kênh Logic chiếm 1/8 khe thời gian của kênh vật lý.
Kênh vật lý là kênh có tần số xác định, có dải thông 200KHz.
♦ Kênh đàm thoại
Lưu lượng kênh đàm thoại sẽ được truyền đi trên các kênh Logic, mỗi kênh
vật lý có thể hỗ trợ 7 kênh đàm thoại và một kênh điều khiển .
♦ Kênh điều khiển
Mỗi kênh vật lý sử dụng 1/8 thời gian làm kênh điều khiển, kênh điều khiển
sẽ gửi từ Đài phát đến máy thu các thông tin điều khiển của tổng đài .
2.1.6 Điều khiển công suất phát của máy di động .
Phải điều khiển công suất phát để giảm công suất phát của máy di động khi
không cần thiết để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho pin . => Giảm được nhiễu cho các
kênh tần số lân cận => Giảm ảnh hưởng sức khoẻ cho người sử dụng.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
14
Công suất phát của các thiết bị.
► Khi ta bật nguồn điện thoại, kênh thu sẽ thu tín hiệu quảng bá của đài phát, tín
hiệu thu được đối chiếu với dữ liệu trong bộ nhớ SIM để Mobile có thể nhận ra mạng
chủ của mình, sau đó điện thoại sẽ phát tín hiệu điều khiển về đài phát (khoảng 3-4
giây), tín hiệu được thu qua các trạm trạm thu phát vô tuyến (BTS) và được truyền về
tổng đài MSC, tổng đài sẽ ghi lại vị trí của Mobile vào trong Data Base.
► Sau khi phát tín hiệu điều khiển về tổng đài, Mobile của bạn sẽ chuyển sang
chế độ nghỉ ( không phát tín hiệu ) và sau khoảng 15 phút nó mới phát tín hiệu điều
khiển về tổng đài 1 lần .
♦ Thu tín hiệu ngắt quãng:
Đài phát phát đi các tín hiệu quảng bá nhưng tín hiệu này cũng phát xen kẽ với
các khoảng thời gian rỗi và thời gian phát tin nhắn.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
15
Khi không có cuộc gọi thì điện thoại sẽ thu được tín hiệu ngắt quãng đủ cho điện
thoại giữ được sự liên lạc với tổng đài.
♦ Khi thuê bao di chuyển giữa các ô ( Cell ):
Khi bạn đứng trong Cell thứ nhất, bạn bật máy và tổng đài thu được tín hiệu trả
lời tự động từ điện thoại của bạn => tổng đài sẽ lưu vị trí của bạn trong Data Base
Khi bạn di chuyển sang một Cell khác, nhờ tín hiệu thu từ kênh quảng bá mà
điện thoại của bạn hiểu rằng tín hiệu thu từ trạm BTS thứ nhất đang yếu dần và có một
tín hiệu thu từ một trạm BTS khác đang mạnh dần lên, đến một thời điểm nhất định,
điện thoại của bạn sẽ tự động phát tín hiệu điều khiển về đài phát để tổng đài ghi lại vị
trí mới của bạn .
Khi có một ai đó cầm máy gọi cho bạn, ban đầu nó sẽ phát đi một yêu cầu kết
nối đến tổng đài, tổng đài sẽ tìm dấu vết thuê bao của bạn trong cơ sở dữ liệu, nếu tìm
thấy nó sẽ cho kết nối đến trạm BTS mà bạn đang đứng để phát tín hiệu tìm thuê bao
của bạn.
Khi tổng đài nhận được tín hiệu trả lời sẵn sàng kết nối ( do máy của bạn phát lại
tự động ) tổng đài sẽ điều khiển các trạm BTS tìm kênh còn rỗi để thiết lập cuộc gọi =>
lúc này máy của bạn mới có rung và chuông.
2.1.7 Thực hiện cuộc goi từ thiết bị di động đến thiết bị di động.
- Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu.
- BSC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
- Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR. Thao tác đăng ký trạng
thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số
được gọi cho mạng, kiểm tra thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra…
+ Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC một kênh đang rỗi.
+ MSC/VLR sẽ phân tích số điện thoại di động bị gọi để tìm ra vị trí đăng ký
gốc trong HLR.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
16
- HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho
thiết bị.
- HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
- MSC/VLR gửi thông điệp trả lời đến HLR.
- HLR phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR đang phục vụ.
- MSC/VLR đã biết địa chỉ LA của thiết bị nên sẽ gửi thông điệp đến BSC quản
lý LA này.
- BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA.
- Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại BSC.
- BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin cho MSC/VLR.
- MSC/VLR phân tích thông điệp của BSC để tiến hành thủ tục bật trạng thái
của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị…
- MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông. Nếu thiết bị di
động chấp nhận trả lời thì kết nối được thiết lập.
2.2 Máy di động.
2.2.1 Lịch sử phát triển.
Điện thoại được phát minh bởi nhà bác học Alexander Gramham bell vào năm
1876, và liên lạc không dây của Nikolai Tesla vào năm 1880 (chính thức công bố năm
1894 bởi 1 người tên là Gugliemo Marconi). Khi 2 phát minh vĩ đại này được kết hợp
với nhau thì điện thoại di động ra đời. Khi mới ra đời thì điện thoại di động chiếm diện
tích của cả 1 tầng nhà, còn ngày này thì nó đã nằm gọn trong lòng bàn tay của bạn,
điện thoại ngày càng nhỏ hơn, gọn hơn và các chức năng của chúng không ngừng được
hoàn thiện.
Một chiếc điện thoại di động cơ bản thì có các thành phần như: màn hình, bàn
phím, pin, loa, micro, board mạch chính chứa các linh kiện cần thiết để máy hoạt động:
CPU, IC âm thanh, IC trung tần….
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
17
2.2.2 Các khối và chức năng từng khối.
2.2.2.1 Sơ đồ khối của điện thoại di động.
2.2.2.2. Nguyên lý hoạt động :
Điện thoại di động có 3 khối chính đó là:
- Khối nguồn
- Khối điều khiển
- Khối Thu - Phát tín hiệu
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
18
Chức năng và nguyên lý hoạt động của các khối :
a/ Khối nguồn :
♦ Chức năng :
- Điều khiển tắt mở nguồn
- Chia nguồn thành nhiều mức nguồn khác nhau
- Ổn định nguồn cung cấp cho các tải tiêu thụ
Điện áp V.BAT cấp nguồn trực tiếp vào ba IC đó là IC nguồn, IC công suất phát
và IC rung chuông led . Khi ta bật công tắc nguồn => tác động vào IC nguồn
qua chân
PWR-ON => Mở ra các điện áp khởi động cấp cho khối điều khiển bao gồm :
♦ VKĐ1 ( điện áp khởi động 1 ) 2,8V cấp cho CPU
♦ VKĐ2 - 1,8V cấp cho CPU, Memory và IC mã âm tần
♦ VKĐ3 - 2,8V cấp cho mạch dao động 26MHz
Sau khi được cấp nguồn, khối vi xử lý hoạt động, CPU sẽ trao đổi dữ liệu với
Memory để lấy ra phần mềm điều khiển các hoạt động của máy, trong đó có các lệnh
quay lại điều khiển khối nguồn để mở ra các điện áp cấp cho khối thu phát tín hiệu gọi
là các điện áp điều khiển bao gồm :
♦ VĐK1 cấp cho bộ dao động nội VCO
♦ VĐK2 cấp cho mạch cao tần ở chế độ thu
♦ VĐK3 cấp cho mạch cao tần ở chế độ phát
♦ Điều khiển nạp bổ sung :
Dòng điện từ bộ sạc đi vào IC nạp và được CPU điều khiển thông qua lệnh
CHA-EN để nạp vào Pin, khi Pin đầy thông qua chân báo Pin BSI đưa về CPU mà
CPU biết và ngắt dòng nạp.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
19
♦ Sơ đồ khối :
Hình: Sơ đồ khối của điện thoại
♦ Nguyên lý hoạt động của điện thoại khi mở nguồn:
- Bước1 : Lắp Pin vào máy, máy được cấp nguồn V.BAT.
- Bước 2 : Bật công tắc ON-OFF, chân PWR-ON chuyển từ mức cao xuống mức thấp
- Bước 3 : IC nguồn hoạt động và cho ra các điện áp VKĐ cung cấp cho khối
điều khiển bao gồm dao động 13MHz, CPU và Memory.
- Bước 4 : Khối điều khiển hoạt động và truy cập vào bộ nhớ Memory để lấy ra
chương trình điều khiển máy.
- Bước 5 : CPU đưa ra các lệnh quay lại IC nguồn để điều khiển mở ra các điện
áp cung cấp cho khối thu phát sóng hoạt động.
b/ Khối điều khiển:
Bao gồm CPU ( Center Processor Unit - Đơn vị xử lý trung tâm ) CPU thực hiện
các chức năng:
- Điều khiển tắt mở nguồn chính, chuyển nguồn giữa chế độ thu và phát
- Điều khiển đồng bộ sự hoạt động giữa các IC
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
20
- Điều khiển khối thu phát sóng.
- Quản lý các chương trình trong bộ nhớ.
- Điều khiển truy cập SIM Card.
- Điều khiển màn hình LCD.
- Xử lý mã quét từ bàn phím.
- Điều khiển sự hoạt động của Camera.
- Đưa ra tín hiệu dung chuông và chiếu sáng đèn Led.
♦ Memory ( Bộ nhớ ) bao gồm:
- ROM ( Read Olly Memory ) đây là bộ nhớ chỉ đọc lưu các chương trình quản
lý thiết bị, quản lý các IC, quản lý số IMEI, nội dung trong ROM do nhà sản xuất nạp
vào trước khi điện thoại được xuất xưởng .
- SDRAM ( Syncho Dynamic Radom Access Memory ) Ram động - là bộ nhớ
lưu tạm các chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của CPU.
- FLASH đây là bộ nhớ có tốc độ truy cập nhanh và có dung lượng khá lớn dùng
để nạp các chương trình phần mềm như hệ điều hành và các chương trình ứng dụng
trên điện thoại, khi hoạt động CPU sẽ truy cập vào FLASH để lấy ra phần mềm điều
khiển máy hoạt động .
- Memory Card : Thẻ nhớ dùng cho các điện thoại đời cao để lưu các chương
trình ứng dụng , tập tin ảnh, video, ca nhạc
c/ Khối thu phát tín hiệu:
Khối thu phát tín hiệu bao gồm
- RX là kênh thu.
- TX là kênh phát tín hiệu.
♦ Kênh thu:
Kênh thu có hai đường song song dùng cho 2 băng sóng.
- Băng GSM 900MHz có tần số thu từ 935MHz đến 960MHz.
- Băng DCS1800MHz có tần số thu từ 1805MHz đến 1880MHz.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
21
Khi thu băng GSM 900MHz , tín hiệu thu vào Anten đi qua chuyển mạch Anten
đóng vào đường GSM900MHz => Đi qua bộ lọc thu để lọc bỏ các tín hiệu nhiễu => Đi
qua bộ khuếch đại nâng biên độ tín hiệu => Đi qua bộ ghép hỗ cảm để tạo ra tín hiệu
cân bằng đi vào IC Cao trung tần . Mạch trộng tần trộn tín hiệu cao tần với tần số dao
động nội tạo ra từ bộ dao động VCO => tạo thành tín hiệu trung tần IF => đưa qua
mạch khuếch đại trung tần khuếch đại lên biên độ đủ lớn cung cấp cho mạch tách sóng
điều pha. Mạch tách sóng lấy ra 2 dữ liệu thu RXI và RXQ >> Tín hiệu RXI và RXQ
được đưa sang IC mã âm tần để xử lý và tách làm hai tín hiệu : => Tín hiệu thoại được
đưa đến bộ đổi D - A lấy ra tín hiệu âm tần => khuếch đại và đưa ra loa . => Các tín
hiệu khác được đưa xuống IC vi xử lý theo hai đường IDAT và QDAT để lấy ra các tin
hiệu báo dung chuông, tin nhắn
♦ Kênh phát.
- Tín hiệu thoại thu từ Micro được đưa vào IC mã âm tần.
- Các dữ liệu khác ( thông qua giao tiếp bàn phím ) đưa vào CPU xử lý và đưa
lên IC mã âm tần theo hai đường IDAT và QDAT.
- IC mã âm tần thực hiện mã hoá , chuyển đổi A - D và xử lý cho ra 4 tín hiệu
TXIP, TXIN, TXQP, TXQN đưa lên IC cao trung tần.
- IC cao trung tần sẽ tổng hợp các tín hiệu lại sau đó điều chế lên sóng cao tần phát.
- Dao động nội VCO cung cấp dao động cao tần cho mạch điều chế.
- Mạch điều chế theo nguyên lý điều chế pha => tạo ra tín hiệu cao tần trong
khoảng tần số từ 890MHz đến 915MHz => tín hiệu cao tần được đưa qua mạch ghép
hỗ cảm => đưa qua mạch lọc phát => khuếch đại qua tầng tiền khuếch đại => đưa đến
IC khuếch đại công suất khuếch đại rồi đưa qua bộ cảm ứng phát => qua chuyển mạch
Anten => đi ra Anten phát sóng về trạm BTS.
- IC công suất phát được điều khiển thay đổi công suất phát thông qua lệnh APC
ra từ IC cao trung tần.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
22
- Một phần tín hiệu phát được lấy ra trên bộ cảm ứng phát => hồi tiếp về IC cao
trung tần qua đường DET để giúp mạch APC tự động điều chỉnh công suất phát . APC
( Auto Power Control ).
2.2.3 Hoạt động của điện thoại di động.
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
23
CHƯƠNG 3
KỸ THUẬT MÃ
ĐA TẦN
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
24
3.1 Hệ thống DTMF.
Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại
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
multi frequency) là tổng hợp của hai âm thanh. Nhưng điểm đặc biệt của hai âm này là
không cùng âm nghĩa 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. 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. 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.
Bàn phím chuẩn 12 phím
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
SVTH: TÔN THẤT BÌNH & TRẦN TRUNG HIẾU
25
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.
Bàn phím chuẩn 16 phím
3.2 IC nhận DTMF MT8870.
MT8870 là một linh kiện ISO – CMOS bao gồm các mạch lọc và giải mã cho sự ghi
nhận một cặp tone (tần số chuẩn DTMF : Dual Tone Multi Frequency) với đầu ra là mã
4 bit nhị phân. Nó thích hợp cho các ứng dụng ở các thiết bị điều khiển từ xa, hệ thống
điện thoại nhận số, tổng đài nội bộ PABX, hệ thống thẻ tín dụng, máy tính cá nhân.
3.2.1 Sơ đồ chân.
MT8870
1
2 17
18
11
12
13
14
4
7
8
10
5
6
9
163
15
IN+
IN- ST/GT
VCC
Q1
Q2
Q3
Q4
VREF
OSC1
OSC2
TOE
IC+
IC-
GND
ESTGS
STD
Sơ đồ chân MT8870
- PIN 1(IN+) : Non –Investing op-amp, ngõ vào không đảo.
