FSK制式來電信息采集器的研究與設(shè)計(jì)

趙羿然 陳 瑋 鄒光遠(yuǎn) 劉桂紅 伍子健 劉宇杰 楊海嚴(yán) 崔澤華 羅 敏

（邵陽(yáng)學(xué)院，湖南 邵陽(yáng) 422004）

FSK制式來電信息采集器的研究與設(shè)計(jì)

趙羿然 陳 瑋 鄒光遠(yuǎn) 劉桂紅 伍子健 劉宇杰 楊海嚴(yán) 崔澤華 羅 敏

（邵陽(yáng)學(xué)院，湖南 邵陽(yáng) 422004）

依據(jù)來電顯示技術(shù)規(guī)范，利用HT9032C實(shí)現(xiàn)FSK制式來電顯示信號(hào)的解調(diào)。IAP12C5A62S2單片機(jī)通過外部中斷檢測(cè)解碼成功之后，將串口2接收到的解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)際運(yùn)行證明本文所設(shè)計(jì)的來電信息采集器實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的來電信息采集功能。

來電顯示；采集器；STC12C5A62S2；HT9032C

1．引言

在銷售、咨詢、售后等依托固網(wǎng)座機(jī)電話實(shí)現(xiàn)客戶、商家交互的服務(wù)行業(yè)中，采取全程人工問詢的傳統(tǒng)話務(wù)模式工作的話務(wù)員往往疲于重復(fù)和應(yīng)答慣例的基本信息問詢工作，降低了服務(wù)效率。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，有序可循的工作完全可以由信息處理系統(tǒng)完成，而話務(wù)員則專注于處理個(gè)體突發(fā)隨機(jī)事件。本文研制的來電信息采集器可以做為信息管理系統(tǒng)[1]的子系統(tǒng)使用，不僅可以讓客戶享受更輕便、愉快的服務(wù)，而且可以提升企業(yè)形象和工作效率。

來電顯示[2]是電信運(yùn)營(yíng)商主叫識(shí)別信息傳送及顯示業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱。該業(yè)務(wù)主要向被叫用戶提供主叫號(hào)碼、呼叫時(shí)間和日期等主叫識(shí)別信息。具體的來電顯示數(shù)據(jù)傳送制式有頻移鍵控(Frequency-Shift-Keying，簡(jiǎn)稱FSK)和雙音多頻(Dual Tone Multi Frequency，簡(jiǎn)稱DTMF)。我國(guó)大多數(shù)地區(qū)采用FSK做為主要的CID來電顯示數(shù)據(jù)傳送制式，此方式的優(yōu)點(diǎn)是效率高、信息量大，可傳送主叫號(hào)碼、姓名、日期和時(shí)間等信息。

2．來電信息采集器方案設(shè)計(jì)

來電信息采集器的設(shè)計(jì)依照模塊化設(shè)計(jì)思路和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式[3]方法實(shí)施，要求來電信息采集器從電話線路來電顯示信號(hào)中識(shí)別出來電號(hào)碼、時(shí)間等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。當(dāng)來電信息采集器所接電話線路出現(xiàn)振鈴信號(hào)時(shí)，F(xiàn)SK信號(hào)解調(diào)模塊從電話線路上解調(diào)出含來電顯示數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)送入單片機(jī)，再由單片機(jī)對(duì)來電信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)來電信息的采集。

圖1 來電信息采集器原理框圖

3．來電信息采集器硬/軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中國(guó)電信的線路支持FSK和DTMF雙制式（具體取決于本地電信話務(wù)局交換機(jī)是采用FSK還是DTMF制式傳送主叫識(shí)別信息）。比較簡(jiǎn)易的方法是通過雙制式來電顯示電話測(cè)試線路制式：響鈴前顯示來電號(hào)碼的電話線路為DTMF制式；響鈴后（1-2聲間）顯示來電號(hào)碼的電話線路為FSK制式（來電信號(hào)的發(fā)送時(shí)序是在第1次振鈴與第2次振鈴之間）。

3．1 來電信息采集器電路設(shè)計(jì)

通過RIGOL DS1062C數(shù)字示波器接地夾、探頭分別連接電話信號(hào)解碼電路板的地和任一電話信號(hào)輸入端測(cè)得本地（湖南省邵陽(yáng)市）電信話務(wù)交換機(jī)發(fā)出的振鈴信號(hào)頻率約為26．8Hz、振鈴電壓約為77V，符合BELL202規(guī)格和FSK v.23協(xié)議（振鈴頻率典型值為25HZ，變化范圍：15～75HZ；振鈴電壓典型值為75V，變化范圍：60～90V）。另外，由于FSK制式標(biāo)準(zhǔn)里面含有時(shí)間信號(hào)，而DTMF沒有。所以，也可以先將測(cè)試用電話機(jī)（步步高130M來電顯示有繩電話HCD007(130)TS）的時(shí)間調(diào)亂，再用手機(jī)撥打該機(jī)電話，響鈴（無需接聽）一會(huì)后，再看電話機(jī)的時(shí)間。如果時(shí)間可以自動(dòng)校正回來，則表示線路是FSK制式的，如果不能自動(dòng)校正，則表示線路是DTMF制式的。此法同樣確認(rèn)了本地電信線路為FSK制式。

信號(hào)解調(diào)電路的核心器件具體選用靈敏度較高且具有一定抗干擾性的FSK解碼芯片HT9032C[4]。HT9032C是Holtek生產(chǎn)的接收電話線路物理層所傳輸信號(hào)的低功耗、高輸入靈敏度的CMOS集成芯片，可以滿足Bell TR-NWT-000030和ITU-T V.23規(guī)范來電顯示信號(hào)的解碼，工作電壓范圍3.5V-5.5V，具有振鈴檢測(cè)輸入和輸出、載波檢測(cè)輸出、掉電模式?？蓱?yīng)用于功能電話、來電顯示識(shí)別盒、傳真與應(yīng)答機(jī)器、計(jì)算機(jī)和電話接口產(chǎn)品、ADSL產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。信號(hào)解調(diào)電路如圖2所示。

圖2 信號(hào)解調(diào)電路

HT9032C工作在上電模式時(shí)，芯片功耗為3.2mW，此時(shí)可以檢測(cè)振鈴信號(hào)[5]有效，以RDET引腳電平值變低作為振鈴信號(hào)有效的標(biāo)志；振鈴信號(hào)消失后，RDET腳電平立即恢復(fù)為高。

當(dāng)檢測(cè)到電話線路上的有效載波信號(hào)時(shí)，CDET引腳電平值變?yōu)榈汀?nèi)部遲滯功能允許瞬間從載波中退出。載波檢測(cè)的典型采樣時(shí)間為14ms，載波信號(hào)消失至少8ms后該引腳變?yōu)楦唠娖健?/p>

第1、2次振鈴間，HT9032C把傳輸速率為1200b/s的FSK信號(hào)（邏輯1時(shí)，信號(hào)頻率為1200±12Hz；邏輯0時(shí)，信號(hào)頻率為2200±22Hz）解調(diào)成串行異步二進(jìn)制數(shù)據(jù)。DOUTC腳輸出處理過的主叫識(shí)別數(shù)據(jù)；DOUT腳輸出包括信道占用信號(hào)(由一組300個(gè)連續(xù)的0和1交替組成，第1位為0，最后1位為1，在通話狀態(tài)下信道占用信號(hào)不發(fā)送)、標(biāo)志信號(hào)(由180個(gè)〈掛機(jī)狀態(tài)下〉或80個(gè)〈通話狀態(tài)下〉標(biāo)志位〈邏輯1〉組成，即持續(xù)的高電平)，以及主叫識(shí)別信號(hào)的原始數(shù)據(jù)。

來電顯示解碼芯片HT9032C的CDET引腳接STC單片機(jī)IAP12C5A62S2[6]的外部中斷0，當(dāng)檢測(cè)到主叫識(shí)別信號(hào)的有效載波時(shí)，CDET腳電平發(fā)生下跳變，觸發(fā)IAP12C5A62S2單片機(jī)的外部中斷0。

HT9032C的DOUTC引腳接IAP12C5A62S2單片機(jī)的串口2，當(dāng)HT9032C解調(diào)出FSK基帶信號(hào)后，產(chǎn)生傳送速率為1200b/s的信號(hào)，IAP12C5A62S2單片機(jī)通過波特率設(shè)定為1200b/s的串口2接收FSK解調(diào)后的數(shù)據(jù)（10位合成字節(jié)數(shù)據(jù)的起始位是0，結(jié)束位為1，中間8位為數(shù)據(jù)位）。最后，根據(jù)主叫識(shí)別的單數(shù)據(jù)消息格式提取所需的消息位，得到來電信息數(shù)據(jù)。

3．2 來電信息采集器軟件設(shè)計(jì)

來電信息采集器中單片機(jī)部分的軟件采用Keil C51 μVision集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，以匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)具體功能。

來電信息采集器主程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)外部中斷和異步串口接口的初始化。STC單片機(jī)IAP12C5A62S2通過串口2接收HT9032C的解碼數(shù)據(jù)，串口2的收發(fā)緩沖器S2BUF的地址碼是9BH。串口2只能使用獨(dú)立波特率發(fā)生器BRT，地址為9CH，復(fù)位值為00H。此外，輔助寄存器AUXR的獨(dú)立波特率發(fā)生器計(jì)數(shù)控制位BRTx12為0時(shí)，每12個(gè)時(shí)鐘周期獨(dú)立波特率發(fā)生器計(jì)數(shù)加一；BRTR位為1時(shí)，允許獨(dú)立波特率發(fā)生器運(yùn)行。程序流程見圖3。

圖3 來電信息采集器主程序流程圖

IAP12C5A62S2單片機(jī)上電后，通過串口初始化設(shè)定串口2為10位UART通信方式，波特率為1200b/s，串口2以片內(nèi)獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。獨(dú)立波特率發(fā)生器BRT寄存器中保存的重裝時(shí)間常數(shù)為十六進(jìn)制值D8。

來電信息采集器通過中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)來電顯示號(hào)碼數(shù)據(jù)的收發(fā)以及處理。IAP12C5A62S2單片機(jī)中斷0初始化為下跳變觸發(fā)方式，以響應(yīng)HT9032C檢測(cè)到有效載波信號(hào)后CDET引腳產(chǎn)生的下跳變。來電信息采集器僅有1個(gè)中斷源，初始化時(shí)不需要考慮優(yōu)先級(jí)順序。程序流程見圖4。

進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，IAP12C5A62S2單片機(jī)逐字節(jié)接收來自串口2的來電顯示信號(hào)解碼數(shù)據(jù)并存入RAM區(qū)，之后根據(jù)來電顯示數(shù)據(jù)格式進(jìn)行處理。

4．來電信息采集器制作及測(cè)試

測(cè)試階段按5倍量采購(gòu)制作實(shí)物所需的元器件，核心器件可以向公司原廠或辦事處、區(qū)域代理商申請(qǐng)樣片。信號(hào)解調(diào)電路的PWB采用感光制板法[7]制作（如圖5所示），用到的儀器設(shè)備包括：精密手動(dòng)裁板機(jī)、單面自動(dòng)曝光機(jī)、臺(tái)式自動(dòng)噴淋腐蝕機(jī)、高精度微型臺(tái)鉆。

圖5 來電信息采集器PWB實(shí)物圖

實(shí)物測(cè)試用到的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備有RIGOL DS1062C數(shù)字示波器、勝利儀器折疊式大屏幕數(shù)字萬(wàn)用表VC9804A；用到的硬件有STC單片機(jī)ISP編程器/燒錄器、步步高130M來電顯示有繩電話HCD007(130)TS；用到的軟件有stc-isp-15xx-v6.61下載編程燒錄軟件。

制作來電信息采集器PCB時(shí)，由于采用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的無極性電容無0．2uF容量值，所以實(shí)際制作時(shí)C1、C2、C17以兩個(gè)0.1uF的104電容并聯(lián)。另外，HT9032C解碼芯片采用獨(dú)立時(shí)鐘電路時(shí)，X1和X2腳需分別外接獨(dú)立晶振的兩端，否則不能起振。

電話公網(wǎng)線路TIP、RING線上的信號(hào)為交變信號(hào)，不存在極性問題，所以將其接入來電信息采集器HT9032C解碼電路時(shí)，無需對(duì)應(yīng)。

電話線路上存在50V左右的電壓。來電信號(hào)采集器的上電測(cè)試分不接入電話線路和接入電話線路兩種情況：

(1)不接入電話線路直接上電后，通過勝利VC9804A數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得HT9032C的DOUT、DOUTC、RDET、CDET引腳均處于高電平，說明芯片初始工作狀態(tài)正常。

(2)接入電話線路再上電后，通過RIGOL DS1062C數(shù)字示波器接地夾連接來電信息采集器PCB的地端，探頭連接晶振任一引腳焊盤，可以觀察到穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。測(cè)試中，為了確保FSK解碼芯片正常工作，需要PDWN引腳在VDD上電和晶振振蕩穩(wěn)定后，才能拉低；否則會(huì)導(dǎo)致復(fù)位不良。為了確保HT9032C在時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定后再進(jìn)入上電工作模式，測(cè)試過程中，先是將PDWN外接RC電路，0.1uf的C12電容104換成了1uf的105，以延長(zhǎng)PDWN下降的時(shí)間。來電信息采集器PCB實(shí)物圖（如圖6所示）中底面焊接的無極性電容是為了使PWDN引腳電平變低所做的改進(jìn)。

圖6 來電信息采集器測(cè)試實(shí)物圖

HT9032C解碼芯片進(jìn)入上電模式后，通過RIGOL DS1062C數(shù)字示波器觀測(cè)RDET、CDET、DOUT、DOUTC引腳均為高電平，PDWN引腳為穩(wěn)定的低電平。通過RIGOL DS1062C數(shù)字示波器測(cè)試FSK解調(diào)芯片HT9032C的交流特性為：典型的起振時(shí)間為2ms，芯片進(jìn)入上電模式到FSK信號(hào)上升時(shí)間最短為15ms，載波檢測(cè)采集時(shí)間典型值為14ms，數(shù)據(jù)末位至載波檢測(cè)信號(hào)恢復(fù)高電平最短耗時(shí)8ms。

振鈴信號(hào)到來時(shí)，通過RIGOL DS1062C數(shù)字示波器觀測(cè)到：RDET腳信號(hào)下跳變?yōu)榈碗娖剑惠d波信號(hào)到來后，CDET腳信號(hào)下跳變?yōu)榈碗娖?；DOUT和DOUTC引腳在非解碼期間，一直保持高電平。符合HT9032C的工作時(shí)序[8]。

測(cè)試來電信息采集器輸出時(shí)，將來電信息采集器的DOUTC引線通過杜邦線直連STC單片機(jī)ISP編程器/燒錄器單排多針插座的P3.1接口（如圖6所示），通過板載電平轉(zhuǎn)換芯片MAX202E ESE與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信。計(jì)算機(jī)運(yùn)行stc-isp-15xx-v6.61下載編程燒錄軟件，選中串口助手選項(xiàng)卡并設(shè)置波特率1200、無校驗(yàn)位、1位停止位，然后打開串口1。

第1-2聲振鈴間，stc-isp-15xx-v6.61中串口助手接收緩沖區(qū)出現(xiàn)HT9032C解碼輸出的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)：

0x04，0x14，0x31，0x31，0x31，0x35，0x30，0x38，0x34，0x34，0x30，0x31，0x33，0x37，0x36，0x32，0x38，0x37，0x39，0x36，0x34，0x34，0xCF。

通過分析，為單數(shù)據(jù)消息數(shù)據(jù)格式，來電顯示的時(shí)間為11月15日08時(shí)44分，來電號(hào)碼為013762879644，校驗(yàn)字為0xCF。緩沖區(qū)所收到的所有數(shù)據(jù)和（包括校驗(yàn)位）按模256求和，結(jié)果為0，證明來電信息采集器的輸出完全正確。

5．結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)電信行業(yè)的CID業(yè)務(wù)及PSTN網(wǎng)絡(luò)中的來電顯示信號(hào)進(jìn)行研究，并調(diào)研了市場(chǎng)上多種類似產(chǎn)品的功能，提出了FSK制式來電信息采集器的設(shè)計(jì)方案和詳細(xì)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。本文所設(shè)計(jì)的來電信息采集器根據(jù)電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范采集來電顯示信號(hào)，然后將解碼后的來電顯示數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)內(nèi)單片機(jī)中進(jìn)行處理。經(jīng)實(shí)物測(cè)試，證明本文所設(shè)計(jì)的來電信息采集器可以穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的來電信息采集功能。

[1]陳瑋．來電信息管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013．

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[3]顧思思．項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法在我校文科類專業(yè)Access課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]．中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，20：154-156．

[4]高萬(wàn)兵．基于HT9032C的新型來電顯示器設(shè)計(jì)[J]．新器件新技術(shù)，2010，3：49-51

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[8]HT9032 Calling Line Identification Receiver Datesheet[Z]．Holtek Semiconductor Inc．，April，2000．

The Research and Design of FSK Calling Information Collector

Zhao Yiran Chen WeiZhou Guangyuan Liu Guihong Wu Zijian Liu Yujie Yang Haiyan Cui Zehua Luo Min
(Shaoyang University,Shaoyang 422004,Hunan)

tract】According to the specification of CID(calling identity delivery),this paper implements the FSK calling information demodulation using IC HT9032C.After IAP12C5A62S2 MCU judges decoding by external interrupt successfully,it processes the decoding data received by UART2.The real run of the system proves that this calling information collector can fulfill the default function.

words】CID;collector;STC12C5A62S2;HT9032C

趙羿然，女，云南個(gè)舊人，本科，研究方向：通信電路與系統(tǒng)。通信作者：陳瑋，男，湖南邵陽(yáng)人，本科，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201210547004；湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：湘教通[2012]402號(hào)文364項(xiàng)。