单片机电话单机测试仪的研制

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摘 要： 介绍一种新型的单片机电话电机测试仪的工作原理、实现电路、程序设计和功能。给出了串行数据流在单片机内存中的存储格式及快速处理方法。
关键词： 单片机、串行数据A/D测试仪
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随着我国电讯业的迅速发展，电话单机需求量激增，为此研制了一种能快速、准确测试电话单机主要性能并对其故障定位的测试仪器。测试仪的特点为：信号方式、接口形式符合有关用户交换机的国家标准；操作方法上符合人们的操作习惯；功能较全、测试速度快、定位准确。
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单片机电话测试仪的主要功能为：
·环阻测量：测量用户摘机状态环路接通电阻Ron和挂机状态的漏电流Ioff；
·脉冲拨号测量：包括测量脉冲串的个数、速率、断续比、间隔等参数；
·双音拨号测量：测量译码准确性、持续时间、最小间隔等参数；
·5km仿真功能：模拟话机应用的真实环境，测量话机功能是否正常；
·振铃测试功能；
·内部通话功能。
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1 硬件框图及工作原理
硬件框图如图１所示。







用户电路向话机提供馈电，并在用户摘机呼出后，将呼出信号送单片机。单片机控制信号音驱动单元向用户发送拨号音，同时监视用户是否拨号。收到拨号信号后，马上关闭信号音驱动单元，转入信号扫描程序。
进入信号扫描程序后，单片机首先确认是脉冲拨号还是双音拨号。如果是脉冲拨号，单片机执行脉冲信号扫描程序，对脉冲串计数、测量其速率、断续比、数字间隔等参数。如果是双音多频拨号，则单片机接收译码结果、持续时间、最小间隔等参数。测量完成后，显示测量结果，并做出判决。在振铃测试状态下，单片机控制铃流信号发生器向话机送出铃流信号，检测话机收铃单元是否正常。通话是在两部话机之间进行。通过两部话机之间的通话，确定话机的送话、受话的质量。另外，单片机接收键盘命令，实现环阻测量、控制转换及5km仿真线的接入等。
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2 硬件电路设计及测量原理
硬件电路分话路电路和单片机测量与控制电路两大部分。
2.1 话路电路
话路电路包括用户电路、振铃驱动电路、信号音驱动电路、交换网络等。
用户电路由三端稳压器、光电耦合器、与非门、电阻及二极管组成。三端稳压器接成恒流源组态，产生20mA恒定电流。光电耦合器实现电平转换。当用户摘机呼出后，直流环路闭合，有20mA电流流过，光电耦合器输出低电平，经与非门整形后送单片机输入端口ST1。单片机对该输入口循环检测，得到脉冲串个数、速率、断续比、间隔等数据信息。
根据用户摘机时环路电平UA，测量环路电阻：Ron=，其中UD为二极管的压降。
设用户负载电阻为100kΩ时环路电位为Uoff′(该值预先存储在单片机内存中)，用户挂机时环路电位为Uoff，若Uoff≥Uoff′，说明Ioff指标合格；若Uoff＜Uoff′，说明Ioff指标不合格。
单片机由P3.1输出25Hz方波信号，控制晶体管的通断，使其集电极输出25Hz、幅度为90V的方波信号，经π型低通滤波器滤除高次谐波分量后，得到25Hz正弦信号作为铃流信号。
单片机由P1.0输出450Hz信号，送三态门输入端，通过P1.1、P2.2控制三态门的使能端，产生拨号音、忙音、回铃音等信号。由交换网络将信号送给选定的话机。
交换网络由J1"J6继电器构成，在不同的测试要求下，各继电器动作情况如表1所示。其中，NC代表静合触点接通；NO代表动合触点接通。







2.2 单片机测量与控制电路
单片机测量与控制电路设计包括单片机及外围接口电路、环路电平变换及数据采集、双音多频译码等单元。
单片机选用AT89C51，其内部的4Kbyte E2PROM作为程序存储器，选用6264作为外部数据寄存器，键盘显示接口电路选用8279芯片。
用户话机馈电电压为48V，A/D转换芯片选用MC14433，其模拟输入电压最大值为2V，需电平转换，由高压集成运放完成电平转换电路。另外，双音多频译码接收电路采用G8870芯片。
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3 系统软件设计
软件部分由话机状态检测程序、信号扫描程序、数据采集程序、键盘显示程序等模块组成。

3.1 话机状态检测程序
检测话机的摘、挂机状态，当检测到用户摘机时，用户摘机标志置1，并送出拨号音，同时启动中断定时器T0。

3.2 信号扫描程序
定时器T0作为中断定时器，每隔1ms产生一次中断，单片机响应中断，执行信号扫描程序，流程图如图2所示。






每次进入信号扫描程序，首先识别是脉冲还是双音多频拨号，收号计数器加1，然后判别脉冲的上跳沿和下跳沿，决定是否将收号计数器内容送数据存储区，供分析处理程序采用。如果连续10s内没有跳变沿出现，收号计数器清零。

3.3 数据采集程序
单片机采用了查询方式对环路电平UA进行测量。首先判断是环路电阻Ron测量还是漏电流Ioff测量。如果测量Ron，则计算出相应的电阻值并精确到小数点后2位，送显示单元显示。如果测量Ioff，则与存
储在单片机内的标准值比较，做出判决并显示。

3.4 分析处理程序
话机在摘机拨号状态下，输入口ST1端为断续信号波形。设置断寄存器和续寄存器分别存储回路断开时的计数值M1和回路接通时的计数值M2，每个寄存器占用2个字节。从断到续，有下跳沿出现。脉冲间隔和位间隔可用续存储器值M2的大小表征。首先根据拨号标志确定存储区中的数据是脉冲拨号计算值还是双音拨号计数值。如果是脉冲拨号计数值，则首先找出位间隔，然后计算两位间隔之间M1的个数，即为所拨的数字号；计算两个相邻的断续存储器中的计数和，取倒数即为速率；断续比为M1/M2。如果是双音多频拨号，则M1为最小间隔值，M2为持续时间，译码结果从译码存储单元读出。其流程图如图3所示。







3.5 键盘显示程序
单片机将显示缓存区内容转换成显示字模送入8279显示RAM。同时读取8279的状态字，查询是否有键按下。当有键按下时，读入键值、译码并转到相应的命令入口。
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单片机电话单机测试仪，利用单片机实现智能化电话单机测试，用软件产生各种信号波形，简化了硬件电路。经实际使用，该测试仪具有测试速度快、故障定位准确等优点，在电话机、传真机的维修方面，取得了较好的效果。