Đề tài Thiết kế mạch tính cước điện thoại

Đồ Aùn Môn Hoc II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 1 Khoa Điện – Điện Tử Tháng 6-2001 Lưu hành nội bộ Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ZZ  YY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC I1 Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THẾ Lớp : 97 ĐT04 Nghành: Điện Tử –Viễn Thông Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Việt Hùng 1)Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI 2) Các số liệu ban đầu: - Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng vi điều khiển 8051. - Thiết kế mạch “ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI “ dùng phương pháp đảo cực .Với đề tài máy tính cước điện thoại này, điện thoại được đặt ở các dịch vụ thuê bao công cộng, nhiệm vụ chủ yếu là tính toán chính xác thời gian đàm thoại và đổi ra số tiền ứng với thời gian đã gọi, ngoài ra còn có thể hoạt động như đồng hồ chỉ thị thời gian. Từ mục đích này nên máy tính cước phải đạt những yêu cầu sau: - Được sử dụng trên toàn nước không cần thay đổi về phần cứng. - Thể hiện đúng số quay ở hai chế độ Pulse và Tone. - Thời gian đàm thoại kể từ khi thông thoại đối với mấy có đăng ký đảo cực tại tổng đài một cách chính xác . - Lưu trữ tạm thời tất cả các thông số của cuộc gọi như: số quay số, giá tiền của mỗi cuộc gọi và thời gian gọi. 3) Nội dung các phần thuyết trình tính toán: - Giới thiệu vể các kiến thức liên quan đến đề tài. - Giới thiệu sơ lược về Tổng Đài ,nguyên lý tính cước điện thoại bằng phương pháp đảo cực . - Giới thiệu về nguyên lý hoạt động của mạch tính cước . - Nêu rõ chức năng ngyên lý hoạt động của từng khối trong mạch tính cước và cách tính toán thiết kế . - Vẽ mạch bằng chương trỉnh OrCad Realease 9. Mô phỏng chương trình Vi xử lý mạch tính cước bằng TS Cotrol Simulator 8051. Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 3 BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ Lớp : 97 ĐT04 Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Việt Hùng Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 4 BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: LÊ MINH THẾ Lớp : 97 ĐT04 Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI Giáo viên phản biện: Nhận xét của giáo viên phản biện : .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... .................................................................................................... Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 5 MỤC LỤC nnnnnn TRANG PHẦN I : DẪN NHẬP I. Đặt vấn đề II. Mục đích yêu cầu của đề tài. III. Giới hạn đề tài. PHẦN II : Lý Thuyết CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI I. Sơ lược về mạng điện thoại II. Các chức năng của hệ thống tổng đài. III. Các thông tin báo hiệu trong điện thoại. IV. Kỹ thuật gởi số bằng xung lưỡng âm đa tần (Dual tone multifrequency : DTMF). CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ TÍNH CƯỚC ĐIỆN THOẠI I. Phương pháp tính cước. II. Nguyên tắc tính cước. V. Quay số và giá cước hiện nay. Phần III : THIẾT KẾ CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG I. Sơ đồ khối. II. Chức năng các khối. III. Giải thích sơ lược nguyên lý hoạt động của mạch Chương II : Thiết kế và giải thích nguyên lý hoạt động của máy theo từng khối I. Khối xử lý trung tâm (CPU). II. Khối tạo xung CK. III. Khối Ram – Rom. IV. Khối chốt địa chỉ. V. Khối nhận âm hiệu – Giải mã bàn phím VI. Khối giải mã địa chỉ – hiển thị. VII. Khối nguồn. Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 6 Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra những thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau. Kỹ thuật truyền số liệu sử dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840 với sự ra đời của máy điện tín . Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được mã hoá (mã Morse) dọc theo đường dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến nay ,kỹ thuật Viễn –Thông đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là tạo ra mạng Internet , các dịch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu …. đến khắp nơi trên thế giới. Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) hay các Tổng đài điện thoại (Central Office) cần phải có thiết bị tính cước dể tính cước cuộc gọi hay cước truy cập . Ngày nay kỹ thuật Điện Tử – Viễn Thông đã phát triển một cách nhanh chóng tạo ra những thành tựu trong thông tin liên lạc và giao tiếp mọi người với nhau. Kỹ thuật truyền số liệu sử dụng tín hiệu điện để truyền tin đã được phát minh từ những năm 1840 với sự ra đời của máy điện tín . Người ta đã có thể truyền những tín hiệu điện đã được mã hoá (mã Morse) dọc theo đường dây điện đến khoảng cách xa.Tuy nhiên , cuộc cách mạng hoá trong thông tin liên lạc và giao tiếp cá nhân thật sự bắt đầu với việc phát minh ra máy điện thoại của Bell vào năm 1887.Từ đó đến nay ,kỹ thuật Viễn –Thông đã liên tục phát triển tạo ra những thành tựu to lớn hơn mà cụ thể là tạo ra mạng Internet , các dịch vụ ISDN mà ở đó người ta có thể gửi văn bản ,hình ảnh ,dữ liệu …. đến khắp nơi trên thế giới. Để có thể quản lý các thuê bao (Client), các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) hay các Tổng đài điện thoại (Central Office) cần phải có thiết bị tính cước vvvvvv Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 7 PHẦN I: DẪN NHẬP x I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin liên lạc, kỹ thuật vi điện tử và vi xử lý . Ngày nay con người đã có thể tạo ra các mạng số liên kết dịch vụ mà ở đó con người có thể truyền tất cả các dạng thông tin (tiếng nói, hình ảnh ,văn bản, dữ liệu ,fascimile…) dưới dạng số từ thuê bao này đến thuê bao kia .Ngoài ra các bộ vi xử lý còn được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại thiết bị đầu cuối như Digital telephone ,Telephone video, Telex, PC ….. trong đó sự đóng góp của các bộ vi xử lý vào mạng điện thoại đã tạo ra một bước tiến đáng kể trong việc thiết kế và quản lý các mạng điện thoại . Tuy nhiên , khi các loại hình dịch vụ mới ra đời ngày càng nhiều thì việc quản lý ,tính cước thuê bao ,tính cước truy cập hay giải quyết sự cố trên đường truyền lại là những vấn đề gây không ít khó khăn cho các nhà cung cấp dịch vụ hay các Tổng đài trung tâm.Trong khi đó, ngoài những thuê bao chính như cơ quan , công sở,nhà riêng … nước ta còn có một mạng lưới thuê bao công cộng dày đặc chiếm số lượng đáng kể từ Thành phố đến các tỉnh thành .Do đó, để giải quyết bài toán trên cần phải có một thiết bị đặt tại các trạm Điện thoại công cộng ,cho phép người gọi biết được số đã quay,thời gian đàm thoại và tính chính xác số tiền của mỗi cuộc gọi. Xuất phát từ nhu cầu nêu trên cộng vời những kiến thức đã học ở trường em chọn đề tài máy tính cước điện thoại, nhằm giải quyết phần nào khó khăn mà các thuê bao công cộng đã gặp phải. Với máy tính cước này, người gọi có thể biết số quay số, thời gian đàm thoại và giá tiền cuộc gọi: nội hạt, liên tỉnh, nước ngoài. Nhờ đó mà các dịch vụ thuê bao công cộng phục vụ khách hàng được tốt hơn. II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Điện thoại công cộng là một đề tài thuộc phạm vi chuyên môn trong ngành viễn thông, cho nên để nghiên cứu kỹ thì phải cần một thời gian. Với thời gian 6 tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa kiến thức về viễn thông có hạn cho nên để thực hiện đề tài này em tập trung vào giải quyết những vấn đề sau: - Thiết kế phần cứng máy tính cước điện thoại. - Xác định chính xác thời gian đàm thoại (chỉ thực hiện đối với thuê bao có đăng ký đảo cực) và qui ra giá tiền. - Lưu trữ các giá trị của cuộc gọi. Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 8 PHẦN II: LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI nnnn I.SƠ LƯỢC VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI : MẠNG ĐIỆN THOẠI HIỆN NAY ĐƯỢC PHÂN THÀNH 5 CẤP TỔNG ĐÀI: ™ Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1. ™ Cấp thấp nhất goị là tổng đài cấp 5 (cấp cuối) Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế được 10.000 đường dây thuê bao. Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoại được phân biệt như sau: ™ Phân biệt mã vùng. ™ Phân biệt đài cuối. ™ Phân biệt thuê bao. Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở kháng khoảng 600 Ω. Tổng đài cuối sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC. Hai dây dẫn được nối với jack cắm. ™ Lõi giữa gọi là Tip (+). ™ Lõi bọc gọi là Ring (-). ™ Vỏ ngoài gọi là Sleeve. Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng chạy trong thuê bao là 20mA DC và áp rơi trên Tip và Ring còn +4VDC. II. CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU TRONG ĐIỆN THOẠI: NGYÊN LÝ KẾT NỐI GIỮA THUÊ BAO GỌI & THUÊ BAO BỊ GỌI: - Trong các mạng điện thoại hiện nay, nguồn tại tổng đài cung cấp đến các thuê bao thường là 48VDC . Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 9 ? Yêu cầu cuộc gọi: khi thuê bao rỗi, trỡ kháng đường dây cao, trở kháng đường dây sẽ xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng cao. Dòng tăng cao này được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu một cuộc gọi mới và sẽ cung cấp đến thuê bao âm hiệu mời quay số(Dial Tone). ? Tín hiệu địa chỉ: Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gửi các chữ số địa chỉ. Các chữ số địa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số, quay số ở chế độ Pulse và quay số ở chế độ Tone. ? Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: Sau khi nhận đủ địa chỉ, bộ phận địa chỉ được ngắt ra. Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong các tín hiệu sau: - Nếu đường dây gọi đang rỗi, âm hiệu hồi âm chuông (Ring back tone) sẽ đến thuê bao gọi và dòng điện rung chuông (Ringing tone) đến thuê bao bị gọi. - Nếu đường dây bị bận hoặc không thể vào được thì âm hiệu báo bận (Busy tone) sẽ đến thuê bao gọi. ? Tín hiệu trả lời trở về: Ngay khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu đảo cực được phát lên thuê bao gọi.Việc này cho phép khởi động mạch tính cước bắt đầu hoạt động . ? Tín hiệu giải tỏa: Khi 1 trong 2 thuê bao gác máy ,giả sử thuê bao A gác máy (off hook), tổng trở đường dây điện thoại lên cao. Tổng đài xác nhận tín hiệu này và gởi tín hiệu Busy tone đến thuê bao B đồng thời giải tỏa tất cả các thiết bị liên quan đến cuộc gọi khi thuê bao B gác máy . HỆ THỐNG ÂM HIỆU CỦA TỔNG ĐÀI: - Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring có màu đỏ và xanh. 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 48 VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC tùy thuộc vào tổng đài. Ngòai ra, Để họat 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.. Sau đây ta sẽ tìm hiểu về các tín hiệu điện thoại và ứng dụng của nó. a. Tín hiệu chuông (Ring Tone): 0 t Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 10 3s 4s Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao đó biết có người bị 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 thường là 3 giây có và 4 giây không (như hình vẽ). Hoặc có thể thay đổi thời gian tùy thuộc vào từng tổng đài. b. Tín hiệu mời gọi (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. Tín hiệu này được tạo ra bởi hai âm thanh (tone) có tần số 350Hz và 440Hz. c. Tín hiệu báo bận (Busy Tone): 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). 0,5s 0,5s 0,5 s d. Tín hiệu chuông hồi tiếp (Ring back tone): Khi thuê bao A gọi cho thuê bao B ,nếu cuộc gọi được kết nối (nghĩa là thuê bao B không bị bận và sẵn sàng kết nối cuộc gọi ).Khi ấy,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 được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz. g. Tín Hiệu Đảo Cực: Đảo cực 0 t 0 t Đồ Aùn Môn Học II – Lê Minh Thế – 97ĐT04 Khoa Điện – Điện Tử 11 - 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, bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước. BẢNG TÓM TẮT TẦN SỐ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI Vùng họat động (Hz) Chuẩn (Hz) Dạng tín hiệu Đơn vị Tín hiệu chuông 16 – 60 25 Xung 2s on 4s off Hz Tín hiệu mời gọi 350+440 Liên tục Hz Tín hiệu báo bận 480+620 Xung 0,5s on 0,5s off Hz Tín hiệu chuông hồi tiếp 440+480 Xung 2s on 4s off Hz Tín hiệu báo gác máy 1400+2060+ 2450+2600 Xung 0,1s on 0,1s off Hz Tín hiệu sai số 200-400 Liên tục Hz II. KỸ THUẬT GỞI SỐ BẰNG XUNG LƯỠNG ÂM ĐA TẦN (DUAL TONE MULTIFREQUENCY ,DTMF ): 1. Hệ thống DTMF: Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong