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来电显示系统设计
毕业设计（论文）
专业无线电技术
班次04612
姓名
指导老师
来电显示系统设计
陈晏玲
成都电子机械高等专科学校
摘要：
在我们日常生活中随时随地都可以看见很多使用来电显示器的装置和设置。
但是，如果我们将时针到拨回到半个世纪以前的年代，那时具有现在感觉的显示器可谓少之又少。
近年来，随着广播通信技术的发展和社会信息化的不断推进，新的信息显示装置不断涌现，与半导体技术一样，对于现代社会来说，来电显示技术也是一项不可缺少的重要技术。
本文介绍的是利用单片机控制智能来电显示器。
它以AT89C51为主控单片机，用于控制信号接收信息的显示。
该显示器利用低功耗，具有振铃检测、载波检测功能，满足Bell202和V2.3标准的CID芯片实现接收来电信息，同时可实现液晶显示、存储和语音播报电话主叫号码等功能。
可实现查阅、删除信息。
实践表明：
显示器外围器件少、抗干扰能力强、方便好用。
文中详细介绍了系统的硬件设计和软件流程。
关键词[智能来电显示器][单片机][FSK][CID芯片]
目录
第一章绪论1
1．1课题背景1
1．2实现CID的基本方法1
第二章CID硬件设计5
2．1主机硬件原理及应用5
2.1.1AT89C52与AT89C51的特征比较…………………………………….6
2．224C16串行EEPROM10
2．3来话识别专用集成电路RTS851112
2.3.1RTS8511的引脚功能……………………………………………….12
2．4CID消息帧格式及技术要求14
2.4.1来电显示器的工作原理15
第三章软件设计实现16
3．1MC68HC05单片机的功能和应用16
3．2程序设计流程图17
结束语21
参考文献22
致谢辞23
附录24
第一章绪论
1．1课题背景
Call–ID（callIdentingDelivery）来电显示电话是近几年来开发的新产品，早期使用在有线电话机上，随着电子技术的发展，现已大量做成来电显示无绳电话及答录和来电显示一体的无绳电话，除了一般的无绳电话功能外，能显示和记忆对方的电话号码和姓氏，记忆信息有40条，60条，80条不等，这些信息可擦写。
除此之外，还有一些附和功能，如通话时间显示、年、月、日时间及拨号现实等。
CID是主叫识别信息，传送与显示的简称，其功能是在被叫用户的终端设备上（如电话机）显示电话的主叫号码，呼叫日期，时间等主叫识别信息，并交往的增多，人们希望接电话时知道是谁打来的电话，从什么地方来的，而本文所设计的CID则能满足人们的上诉要求，给人们带来了方便。
美国贝尔通信研究所首先将话音频带数据通信的调制解调方式应用CID技术，提出了TD-TS-00031技术，并经修改公布了TR-NWT-00030，这一建议通常被称为Bell202主叫信息显示规范。
据此规范，美国及北美地区陆续开通了该业务，我国香港地区于1996年开通此业务。
我国电信部门为早日开通CID服务，也在积极进行着准备工作。
一方面起草了“电话主叫识别信息传送及显示功能的技术要求和测试方法”报审稿，另一方面已在深圳等城市部分交换机上试验开通了CID服务，许多电话机厂商积试制了CCD接收盒式CID话机。
可以预计，不久的CID服务将成电话机的一种新的热门业务。
CID服务的开通，满足了用户的要求，同样也为话机生产商创造了发展的机遇，为了促进CID功能产品的开发和生产，我们研制了SIU97-02型CID信号发生器。
该信号发生器可产生符合国标和BELL202标准的各种CID信号序列，如单数据消息格式的正常信号，Private信号，校验出错信号，复合数据消息格式的正常信号（含呼叫时间，主叫号码等）。
1.2实现CID的基本方法
实现CTD的基本方法是发端交换机将主叫号码等通过局间信令系统（例如NO.7信令系统）传送给终端交换机,终端交换机将主叫识别信息以移频键控FSK的方式送给被叫用户终端设备如图2-1。
图1-1CID传送方法示意
主叫号码信息常采用频移键控（FSK）方式，在被叫用户挂机（On-Hook）或摘机通信状态下传送。
终端交换机将主叫识别信息送给被叫用户终端设备在下述两种状态下进行：
一种是用户终端挂机状态，另一种是用户终端通话状态。
①挂机状态下的数据传送
挂机状态下的传送方法是终端交换机将主叫识别信息在第一次振铃和第二次振铃间隔期间送给被叫用户终端设备。
在一次呼叫中若被叫用户申请了CID业务，则终端交换机向该被叫用户传送主叫识别信息数据。
传送时序如图2-2所示
图1-2主叫识别信息数据传送的时序
时间值铃流
0.5～1.5s第一次振铃结束与数据传送开始之间的时间间隔
≤2.9s传送数据的时间包括信道占用信号Channel
SeizureSignal和标志信号MarkSignal
200ms数据传送结束与第二次振铃开始之间的时间隔
1s铃流
B+C+D应3.6s各时段可根据具体情况定。
在数据传送前或过程中,如果用户摘机,则传送停止且呼叫处理正常进行。
我国规定：
铃流源为25HZ。
振铃为5秒断续（即一秒送4秒停）。
②通话状态下的数据传送
通话状态下的传送方法是指具有CsllID功能的用户乙已经与用户甲处在通话状态下，第三方面用户丙呼叫用户乙时，在用户乙终端设备上显示用户丙的识别信息。
在此状态CID业务必须以“呼叫等待（callwaiting）”业务为前提，如图2-3所示。
用户作为被叫在接受来话时可以要求提供CID业务，也可以不要求提供此业务。
a、在通话状态下传送数据,交换机首先屏蔽与对端的话音通路，并向被叫用户传送提示序列。
提示序列由用户提示音（SAS）和电话终端提示信号（CAS）组成。
用户提示音（SAS）的目的是提示用户有新等待的呼叫，可采用呼叫等待音。
电话终端提示信号（CAS）是用来提示电话终端准备接收数据。
b、电话终端收到CAS信号后就将送受话器静音以防止近端干扰，将数据接收器连接到用户线上，并用应答（ACK）信号响应以通知交换机已准备好。
c、交换机收到ACK信号后，数据传送开始。
交换机将消息发送给电话终端并在数据传送一结束就马上恢复与对端的话音通路，同时恢复话机的话音通路，通话状态数据传送的信号顺序如图所示：
时间值
0～60ms交换机在发送提示序列前屏蔽员端的时间
400ms用户提示音（SAS）的持续时间
0～50ms不同提示信号产生的间隔
80～85ms电话终端提示信号（CAS）的保持时间
160+5msACK超时时间，交换机等待ACK信号减小，若在165ms后未查出
ACK信号，交换机超时，若在t
时间内收到ACK信号，到t
记时停止，Q记时开始。
50～100ms收到ACK信号与FSK数据传送开始之间的时间间隔。
特征专用传送数据的时间由特征决定。
0～120ms交换机在数据传送结束之后转回话音传送的时间
d、在通话状态下传送提示序列和数据期间，交换机应以至少50dB的损耗阻塞与对端的话音传送，防止这些信号到达远端。
e、乙用户所在的交换机若一查出乙用户的一个瞬断flash信号或用户挂机，则停止数据传送，并按正常接续处理。
f、若交换机查出用户丙或用户甲挂机，则继续数据传送。
若用户乙在15s内未对新插入的呼叫进行响应，交换机将释放新的呼叫。
第二章CID硬件设计
2．1主机硬件原理及应用
此设计的来电显示器，能够产生符合国际和Bell202标准的FSK码标准序列信号，其硬件主要由摩托罗拉MC68HC0591单片机、FSK信号发生模块、LCD存储器等构成。
其电路框图如图3—1：
一：
AT89系列高性能单片机及应用
AT89系列是美国ATMEL公司推出的单片机，他与MCS-51系列单片机完全兼容，AT89系列包括AT89C51/52，AT89C2051。
其片内程序存储器采用闪烁存储技术，编程/檫写速度快，数据不易挥发（至少保存10年）。
AT89系列的另一个特点是具有超强的加密功能，片外程序存储器在AT89C52设有三级加密。
主要特征AT89C51AT89C52
与MCS-51产品兼容性全兼容全兼容
电可檫除改写次数1000次1000次
工作电压范围VCC2.7~6V2.7~6V
编程电压12/5V12/5V
16位定时/计数器2个2个
中断源5个5个
全静态工作方式0~24MHZ0~24MHZ
可编程I/O线32条32条
低功耗5/40MA6.5/40MA
存储器匹配器4KEPROM/129ROM8KEPROM/256ROM
封装形式40脚：
DIP44脚：
PLCCTQFP
1：
AT89系列单片机加密功能和编程
（一）程序存储器加密
AT89C52片内设有三个加密位，加密位相当于程序保护锁；加密后就不能对内部EPROM中的程序进行读写，只有将程序全部擦除后方可将锁打开。
AT89C52加密
序号
程序加密位
保护类型
LB1LB2LB3
1
UUU
无加密功能
2
DUU
不能在外部用MOVC指令取内部指令程序代码
3
DDU
同2，程序验证无效
4
DDD
同3，外部执行指令无效
（二）闪烁编程
AT89系列片内闪烁存储器擦除后为1态，准备被编程。
编程为高电压12V和低电压2种方式，低电压在使用者系统内进行编程很方便，高电压方式除闪烁特征外与传统的EPROM编程相同，对片外进行再编程之间，整个存储器陈列必须完全被擦除。
（三）编程方式
以AT89C52为例，在编程之前，地址、数据和控制线应按编程方式表。
编程步骤如下：
1）在地址线上输入希望的加密位
2）在数据线上输入适当的数据
3）激活正确组合的控制信号
4）若用高电压编程方式，抬高ZA/VPP端12V
5）给ALE/PROG如一组脉冲，EPROM陈列写入1个字节或锁存位编程1位，写入周期自动定时，典型植不足1.5ms。
编程表：
方式
RST
RSEN
ALE/PROG
EA/PR
P2.6
P2.7
P3.6
P3.7
写数据码
H
L
H/12V#
L
H
H
H
读数据码
H
L
H
H
L
L
H
H
写VPP选择码*
H
L
12V
L
H
H
H
写锁位码-1
H
L
H/12V
H
H
H
H
写锁位码-2
H
L
H/12V
H
H
L
L
写锁位码-3
H
L
H/12V
H
L
H
L
片擦除
H
L
H/12V
H
L
L
L
注意：
*VPP为12V或VCC由VPP选择码决定
#选VPP=VCC时，把数据AHH写入地址为55H的存储单元中，选VPP=12V，把数据55H写入地址为AAH的存储单元中。
改变地址和数据，重复步骤1~5，显示目标文件，结束或完成对整个存储陈列的编程。
2：
AT89C51单片机的性能及引脚说明
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
几种引脚框图
（一）主要性能
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的。
其工作频率可下降到0HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式---空闲方式和掉点方式。
掉电方式在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM，定时器，计数器，串行接口和中断系统都继续工作；在掉电方式中，片内震荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都停止，故只能保存在RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。
（二）引脚功能说明（如上图）
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2．224C16串行EEPROM
24系列串行EEPROM是目前串行EEPROM中用量最大的一类。
24系列串行EEPROM除具有一般串行EEPROM的体积小、功耗低、工作电压允许范围宽等特点外,还具有型号多、容量大、二总线协议,占用I/O口线少,容量扩展配置及其方便灵活,读写操作相对简单等优点。
一：
24系列串行EEPROM常用型号及结构
当前在我国技术应用开发中,所用的24系列串行EEPROM主要由美国ATMEL、MICROCHIP、XICOR、NATIONAL等几家公司提供,目前市场上容量最小的为24C01（A）（1Kb）,最大为24C64（64Kb）,工作电压在1.8~5.5V之间,生产工艺都是CMOS工艺。
24-C16结构框图
从结构上看,24系列EEPROM大致可分为四类。
第一类为AT24C01,它为早期型号,不支持器件地址编码,也不支持硬件设置数据保护。
第二类为AT24C01A/02/04/08/16,它也是目前最常用的型号,支持器件地址编码（地址有效位数0~3位,即同一串行总线最多可同时连接1~8片）,支持硬件设置数据保护,容量范围在1Kb~16Kb之间。
第三类为24C164,其容量和功能与24C16相同,但读写时,器件地址选择控制码比较特殊,并且对24C164,同一串行总线最多可同时连接8片,而对24C16,同一串行总线最多只能连接1片。
第四类为24C32/64,其特点是容量较大（大于32Kb）,其余和第二类相似,也支持硬件设置数据保护和器件地址编码,但和第二类所不同的是:
这里地址编码有效位数固定为3位,也即意味着同一串行总线最多可同时连接8片。
引脚说明:
SCL为串行移位时钟输入。
写入时,上升沿作用;读出时,下降沿作用。
SDA为串行数据输入输出。
这是一个双向的漏极开路结构的引脚,容量扩展时,可以将多片24系列的SDA引脚直接相连,实际使用时该脚必须接一个5.1k左右的上拉电阻。
A0,A1,A2这三个引脚是器件地址选择引脚。
将这三个引脚配置成不同编码值,在同一串行总线上最多可扩充8片同一容量或不同容量的24系EEPROM芯片。
但这里特别要注意的是:
有些型号的地址引脚是无效的。
例如:
24C16所对应的三个地址引脚均无效,因此,使用24C16时,只能寻址一片。
同样寻址24C08时,可寻址二片。
WP为硬件写保护控制引脚。
当为低电平时正常写操作;当为高电平时,对24系列串行EEPROM部分存储区域提供硬件写保护功能,也即对被保护区域只能读,不能写。
二：
24C16串行EEPROM与单片机接口
上图是24C16的写保护控制。
51系列单片机对24系列EEPROM有读写两种操作，读写时数据输入/输出都是高位在前，低位在后。
写操作又分字节写操作和块写操作两种。
2．3来话识别专用集成电路RTS8511
本文拟对REAITEK半导体公司于1996年新推出的旨在实现主叫识别（CallerID）功能的系列专用集成电路RTS8511。
一：
RTS8511的引脚功能
RTS8511系列集成电路，即频移键控信号FSK解调器。
设计来实现主叫识别功能，即接收和处理，主叫号码信息和主叫姓名信息。
数据信号的传送量在最先的两次振铃信号之间，并且被叫话机还处在挂机状态下进行的。
该系列集成电路可用于具有主叫识别功能的电话机或来电显示器。
RTS8511系列集成电路采用16脚封装，其引脚排列如图1，各引脚功能如下所示。
RXA1RXA2为两个信号输入端，经电容隔空与双绞电话线连。
LVL1LVL2为两个铃流电平检测输入端，通常将铃流信号经过衰减网络后送入这两个引脚，一旦检测到铃流电平，就唤醒相关电路进入正常工作状态。
TRGLVL：
外接阻容RC电路用于放电和触发电路进入最小工作模式，以便实现降低功耗和振铃检测功能。
LD：
为一个集成电极开路的信号输出端，该信号对来自电话线路的振铃周期的有效作出指示。
CD：
也是一个集电极开路的信号输出端，该脚信号对来自带通滤波器的FSK信号载波的有效电平周期作出指示。
RXD：
为信号输出端，自该脚送出从FSK信号中解调出来的二进制串行数据。
CRXD：
为信号输出端，该脚送出的二进制串行数据为FSK的解调信号再滤除“信道占用信号”。
DCK：
为同步时钟信号输出端，当该脚输出低电平“0”时表明从CRXD端输出的数据有效。
BPFO：
为用于测试目的的内部引脚。
用来核检带通滤波器的工作情况。
OSCI，OSCO：
用于连接石英晶体或谐振器，产生3.58MHZ的电路所需的工作频率。
PDWN：
为信号输入端，当输入低电平时，将激活电路进入正常工作状态，反之，当输入高电平时，将使电路进入降耗工作状态。
二：
RTS8511内部结构：
（1）成分，其带通滤波器BRF：
提供携带着指示叫用户号码和主叫用户姓名信息的频率频率范围是1200~2200HZ。
（2）频移键控解调器（FSKDEMOD）:
FSK信号采用两个频率分别被编码为“1”即传号。
f=1200+12HZ和“0”，数据传输速率为1200bit/s。
（3）有效数据控制逻辑（VALIDCTRL）：
指示串行数据端口RXD上输出的数据有效，在有效数据输出的同时，CD端送出一个低电平触发信号，用于通知后续电路接收和处理解调数据。
CRXD端输出携带主叫用户信息的串行数据。
（4）电源管理器：
管理系统的电源消耗，在没有振铃信号到来的大部分时间里将集成电路内部的大部分功能电路的电源的、关闭。
以降低能耗延长供电电池的使用寿命。
（5）时钟信号发生器：
当铃流到来后，时钟发生器立即被呼醒，为解调FSK信号提供系统时钟。
（6）振铃检测器：
检测本话局内的程控交换机送来的铃流。
2．4CID消息帧格式及技术要求
符合国际式Bell202标准的电话主叫识别信息数据的格式有两种：
单数据消息格式（singledate,messagetormat）和复合数据消息格式（multipledate,messagetormat）。
一个完整的消息帧由信道占用信号、标志信号、数据信息和校验字组成。
信道占用信号和标志信号用来提示电话终端准备接收数据；校验字用来作差错检查。
消息帧格式如图4.1所式：
信道占用信号
标志信号
消息层数据信号
检验和
图4.1
①信道占用信号。
这是发送主叫信息时要首先发出的头标志，由一组300个连续的“0”和“1”交替地组成。
其第一个位为“0”，最后一个位为“1”。
在通话状态下，此信号不发送。
②标志信号。
在挂机状态下，程控交换机向用户发送主叫信息时要先发送的第二个标志信号，由180个标志位（逻辑“1”）组成。
在通话状态下，此信号不发送。
③标志位。
程控交换机根据线路使用情况随机插入的标志位，由0～10个逻辑“1”组成。
④数据字。
主叫信息，每个数据字之前先行一次“0”作起始位，在最后加一位“1”作结束位，每个数字的最低位先发送。
这样，实际每个字为10位，即1PXXXXXXX0，其中P为奇偶校验位。
电话主叫信息数据传送时，信道占用信号首先发送，后接标志信号，最后连续发送数据字。
根据数据传送情况，间隔地插入一些标志位。
一般标志位会加在如下字的传送之间：
a.消息类型字与消息长度之间；
b.消息长度字与第一个参考数字
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