随着市场需求的不断变化，传统电话逐渐暴露出功能单一、拨号呼叫不方便等问题。本文针对工业领域的调度系统和井下遇险紧急呼救项目的要求，设计出了具有一键拨号、远程设置、自动接听挂机等功能的新型电话系统，该系统可同时用于民用领域，为老人、小孩、残疾人等特殊群体及酒店客服系统提供方便的解决方案。
1 系统原理及构成
系统的结构框图如图1所示，主要由主控微处理器、DTMF编解码模块MT8880及外围电路组成，外围电路包括振铃检测电路、摘机电路、AGC自动增益调节电路和音频放大电路。
图1 系统的结构框图
本系统由PIC单片机作为微处理器控制MT8880工作，利用DTMF信号实现一键拨号及远程设置。通过振铃检测电路接收振铃信号，并由微处理器判断达到有效振铃次数后控制摘机电路模拟摘机，配合AGC电路和放大电路实现音频流畅清晰。
2 DTMF编解码模块
DTMF即双音多频，具有易识别、抗干扰能力强、传输数据量小等优点，本系统采用MITEL公司的MT8880芯片来编解码DTMF信号。MT8880具有与微控制器相连的数据总线接口，可直接由单片机控制，内部包含5个寄存器，由引脚RSI和R／W进行选择，MT8880与单片机接口如图2所示。
图2 MT8880与单片机接口电路
DTMF信号由TONE脚输出，IN-脚输入，R2／R1的值决定内部接收运放的放大倍数，比值越大接收灵敏度越高。电阻R4和电容C2的值影响接收数据的稳定性，D0～D3数据口输出锁存器的更新时间与（R4·C2）的值成正比，若（R4·C2）的值偏小会导致DTMF信号解码后数据抖动，造成接收错误。
MT8880具有6种工作模式，由内部控制寄存器CRA、CRB进行切换。当同时工作在DTMF发送模式和突发模式时，MT8880向外发送持续（51± 2）ms的DTMF信号；当工作在DTMF接收模式时，通过读取MT8880内部状态寄存器SR的D2位判断接收数据是否有效，并由D0～D3送入解码后的数据；当同时工作在呼叫处理模式和中断模式时，MT8880通过IN-脚检测忙音信号，并由IRQ／CP脚输出同频率的方波供单片机识别，从而实现自动挂机。
3 外围电路设计
3.1 自动摘机电路
自动摘机电路是由振铃检测和模拟摘机两部分电路组成，电路如图3所示。按照国标GB3380中的规定，振铃信号是电压有效值为90±5 V的正弦波，1 s送4 s断，铃流经过隔直电容C12进入电桥B1，经全波整流后由VD3、VD4进行两级稳压，最终整流成12 V直流电平驱动光耦U2工作，单片机通过记录U2的工作次数来检测振铃次数。当到达预设的摘机振铃次数时，单片机控制光耦U3工作，将摘机电阻R25接入电话回路，实现自动摘机。
图3 振铃检测和模拟摘机电路
3.2 自动增益调节电路
通话质量良好、话音清晰是电话机的基本要求，为此采用AGC自动增益调节来保证语音信号的平滑连续。
AGC电路能随时跟踪、监视音频放大电路输出的信号电平并对输入信号进行调节。当输入信号增大时，AGC电路自动减小放大增益；当输入信号减小时，AGC电路相应增大放大增益，使音频信号经过放大后不产生削波和失真。本系统AGC电路由多级衰减器、放大器和反馈控制电路3部分组成，电路如图4所示。
图4 自动增益调节电路
音频信号经过隔直电容C6输入，信号经由R7、R8、R9组成的3级衰减器的衰减后进入LM358放大器，放大倍数为20 dB，放大后的信号一路进入话筒的扬声器，另一路进入反馈控制电路，反馈控制电路将放大后信号检波整流成与输入信号幅值成正比的直流电平，进入比较器并控制衰减器的衰减倍数，从而实现自动增益调节。
在实际应用中，对于频率范围在30 Hz～20 kHz，幅值范围在200 mV～1.5 V的音频信号均有较好的增益调节作用，为保证信号不削波失真，放大后的信号幅值范围应在0～6 V之间。实验波形如图5所示，可以看出AGC电路随着输入信号的幅值变化调节电路的增益，对信号起到了良好的校正作用，部分实验数据如表1中所示。
图5 AGG电路波形
表1 AGG电路实验数据
4 软件设计
MT8880的接口是与Motorola68系列单片机总线配合使用的，PIC单片机需要模拟MT8880的读写时序实现对其控制和通信。对MT8880的读写操作具有严格的时序要求，图6所示MT8880写控制寄存器时序，当片选线CS置低电平选中MT8880，RS0、R／W设置为写相应寄存器时，时钟线φ2在每个下降沿写入有效数据。
图6 MT8880写控制寄存器时序
MT8880的模式转换较为繁琐，在每次模式转换前需要对内部控制器寄存器正确初始化，初始化时先将CRA寄存器清零，然后选中CRB寄存器并清零，部分程序如下：
系统设计为当单片机接收到按键脉冲时，设置MT8880工作在DTMF发送模式，发送前后两个号码的间隙为0.5 s，实现一键拨号功能。当系统接听来电时，前5 s将MT8880设置为DTMF接收模式，此时可以由主叫电话对系统进行远程设置预拨号码和自动接听振铃次数，设置方便灵活、节省人力，数据存储在PIC单片机的E2PROM中，掉电后不丢失：5 s后将MT8880设置为呼叫处理模式，用于检测忙音信号并自动挂机。软件流程图如图7所示。
图7 软件流程图
5 结束语
本系统性能稳定可靠，解码效率高，具有广阔的应用前景，特别适用于煤矿井下调度、宾馆客服系统和老年人使用。利用MT8880呼叫处理模式进行信号音检测时应注意语音、回铃音和忙音之间的交互影响，确定适当的信号音参数可以有效的进行检测避免干扰。目前该系统已经应用于矿井扩音电话系统中，用户反映良好。