论文导读：本文具体介绍了怎样利用AT89S51单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单路电话计费器。的P1口作为DTMF信号输入口。电话通信基本上使用双音多频(DTMF)发号。单片机，智能电话计费系统的设计。
关键词：收费器，单片机，双音多频，AT89S51
引言
本文具体介绍了怎样利用AT89S51单片机设计和实现一款低成本的可配置性的单路电话计费器。该计费系统可识别市内或长途电话号码，根据号码进行计费；并能显示通话时间和费用；可自动实现全价和折价的转换；计费准确，可方便地查询话单信息；并具有可配置性，可通过按键重新设置费率等参数。成本低，功耗小。完成其可配置性保证了该计费器可适应电信局费率的调整而重新设置计费参数。
1 系统工作原理及功能
1.1系统工作原理
系统中利用CPU控制MT8880以实现DTMF信号的接收与发送，MT8880能接收全部16个DTMF信号，并对8279的显示接口及有关管脚功能进行分析,然后在此基础上设计一种驱动16位七段十进制数码管数据显示及键盘输入阵列计算机应用系统，利用8279可实现对键盘/显示的自动扫描，以减轻CPU负担，简化硬件电路。系统总体框图见图1.1。硕士论文，单片机。
图1.1 系统总体框图
1.2 系统实现的功能
(1) 显示功能
该系统采用16位LED显示器，可实时显示计费系统工作时的各种信息。在拨号时可显示被叫号码，通话时显示通话时长，话费合计，挂机后可通过按键显示通话记录和累计话费等。
(2) 通话计费
在接通电话后，根据所拨电话号码，由计费器自动识别通话类型（市话、长途），接通以后，计费系统立即开始计费，并实时显示通话时间及话费金额。挂机后，显示器上显示此次通话的时间及费用。
(3) 话单查询
在挂机后，通过键盘可直接查询通话记录及费用，通过按键盘上的“查询”键、“上翻”键、“下翻”键，可查询最近的5条通话记录。挂机状态，按“查询”键，计费器显示最后一个话单序号及电话号码；延时后显示通话时长及费用。“上翻”键功能是显示上一条话单信息；“下翻”键功能是显示下一话单信息。
(4) 话费累计
话机处于挂机状态时，按“累计”键，屏幕显示已拨打电话的费用总计。
(5) 设置参数
在设置状态下按“下翻”键，设置费率；若按“0”号键，清除话费累计。
2 电路模块的设计
2.1 AT89S51及其外围电路
AT89S51的P1口作为DTMF信号输入口。MT8880的D0－D3分别接AT89S51的P1.0－P1.3，CP、RSO、R/W¯、CS¯、分别接AT89S51的P1.3－P1.7，IRQL接INT0，工作原理: MT8880每接收一个外部信号IRQL由高变低一次，IRQL接AT89S51的中断0(P3.2)，单片机在中断期间将数据D0－D3从MT8880读入内部数据存储器,中断服务完成后，IRQL由低变高,开始接收下一个信号(设计时应注意中断服务时间小于拔号内部数字时间间隔)。当对外发布命令时,AT89S51将内部数据D0－D3传送到P1口，然后再从P1口传送到MT8880的D0－D3,数据MT8880中经双音频调制后从TONE脚输出DTMF信号。读写信号R/W¯由P1.6提供,寄存器选择信号由P1.5提供。OSC1、OSC2接3.58Hz晶振,EST和ST/GT端外接RC积分电路,使解码数据产生一个延时,让CPU可正确读取数据。硕士论文，单片机。
当手动按下S1，就把RESET引脚拉高，只要该高电平能持续两个以上的机器周期就能使系统复位。系统正常工作时RESET保持在低电平。
时钟电路为CPU提供精确的工作频率，电容C6、C7对振荡频率有稳定作用，其容量的选择通常为30PF左右，振荡频率的选择一般为1.2MHz－12MHz，本系统采用了12MHz的石英晶体振荡器。
2.2 DTMF信号收发电路
目前，电话通信基本上使用双音多频(DTMF)发号，而MT8880是一种完整的DTMF发送与接收器，容易与单片机接口，且可编程控制，故选用MT8880，初始化时，将其设置为DTMF模式，可接收拨号。用户线上的各种信号音(包括拨号音、回铃音、忙音等)都是450Hz的FSK信号。铃流信号：25Hz±3Hz，输出电压90V±15V，电流为300mA。
(1) 接收接口电路设计
当MT8880作为DTMF接收器的时候,DTMF信号经由IN+和IN-输入,经过运算放大并且滤除信号中的拨号音频率,然后发送到双音滤波器,分离出低频组和高频组信号。通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率,并且通过译码器译成四位二进制码。四位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中,此时状态寄存器中的延时控制识别位复位,状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位,对外来说,当寄存器中的延时控制识别位复位时IRQL由高电平变为低电平。如果用IRQL作为单片机的中断信号, IRQL由高电平变为低电平,向CPU发出中断申请,当CPU响应中断,读出寄存器中的数据后，IRQL返回高电平。
MT8880的Q1－Q4与单片机的P1.0－P1.3相连，P1.4－P1.7分别与CP，RSO，R/W¯，CS¯相连， DTMF－IN、DTMF－OUT为双音多频信号的输入和输出端子；输入端和输出端分别加了滤波电路。
(2) 发送接口电路设计
当MT8880作为DTMF发送器时,数据总线D0－D3上四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中,发送的DTMF信号频率由3.58MHz的晶振分频产生。分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波,行列计数器根据发送数据寄存器中的数据,以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号,经开关电容作D/A转换,在加法器中合成DTMF信号,并从TONE端输出。OSC1、OSC2接3.58Hz晶振,EST和ST/GT端外接RC积分电路,使解码数据产生一个延时,让CPU可正确读取数据。
2.3 模拟摘机电路
根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。在挂机状态下，其漏电流≤5μA。因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。
当单片机检测到有效信号时，从CPU送出的摘机信号驱动光耦导通使负载接入，进入摘机状态，使电话线上的电流变为30mA左右，交换机检测到该电流后将线路电压变为十几伏的直流，完成摘机。硕士论文，单片机。
2.4 显示/键盘驱动电路
AT89S51单片机应用系统的键盘显示驱动电路8279的A、B口显示数据输出线分别与2个7447译码/驱动器的输入端相连。硕士论文，单片机。硕士论文，单片机。SL0－SL3扫描输出线接在3－8线译码74LS138的输入端，输出经8位驱动电路后，每位同时驱动2位七段数码管。因此该电路可同时驱动16路七段十进制数码管。74LS47的消隐输入BI¯端与8279的BD端连，当8279的显示数据切换时，D端输出低电平,使74LS47的输出均为低电平，将显示熄灭。由于74LS47的输出驱动电流可达20mA，能直驱动七段数码管。来自RL0-RL7的8根回复线的回复信号,由回复缓冲器并锁存。在键盘工作方式中，回复线作为行列式键盘的行列输入线。在逐行列扫描时,回复线用来搜索每一行列中闭合的键。当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待10ms后，再检验该键是否继续闭合，并将该键的地址、控制状态一起形成键盘数据被送入8279内部FIFO(先进先出)存储器，即是8279的IRQ端。8279由单片机AT89S51控制，片选线为P2.7,命令/数据选择线A0与单片机地址总线P0联接，这时8279的端口地址为；数据口：7FFEH，命令/状态口：7FFFH。硕士论文，单片机。CLK直接与单片机ALE联接，即以AT89S51的ALE引脚输出作为8279芯片的时钟源，AT89S51内部晶振频率fosc=12MHZ,则fALE=2MHZ,可由8279的时钟分频命令进行20分频，从而使8279工作在100KHZ的最佳频率。
3 总 结
该计费器的特点是低成本，可配置性好，可适应各种不同的费率要求，该计费系统自动识别所拨号码，实现自动计费。但它也存在很多不足之处，我们可以在以下方面进行完善：增加打印机接口，用来打印收费单据等；增加语音录放接口，进行语音提示；还可增加实时时钟/日历芯片接口，可以方便的看到时间。
参考文献
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