单总线单片机多机通讯系统设计

2006-05-07 15:50:11来源: 电子技术应用

单总线完成单片机通讯的方法。结合系统既传输数字信号又传输模拟信号的特点,提出用消侧音电路解决模拟信号的方案,并给出了详细的技术解决方案。

总线 单片机 电源隔离 消侧音

传统的多机通讯系统一般需要四条线完成:1.电源线;2.地线;3.发送信号线;4.接收信号线。然而,对于主机和分机距离较远、分机台数较多的系统,采用四线制的经费投入较大,安装起来也颇困难。基于这一问题,本文结合为某医院研制的既有模拟信号(语音)又有数字信号的传输呼叫系统,提出用单总线实现多机通讯,并给出了一个完整的技术方案。

1 单总线制多机通讯系统的总线设计方案

本设计实现的多机呼叫系统的主要功能是:分机呼叫主机,利用单片微机向主机发送数字呼叫信息,主机响应后,显示出呼叫的分机号,打开主机和分机的模拟通道进行主机与分机的对讲;主机呼叫某分机,主机部分输出分机号,直接打开相应分机的模拟通道,进行分机与主机的对讲;群呼,主要逐一发送打开所有分机的数字信息,数秒之内打开所有分机的模拟通道,主机向各分机传送语音信号。用单总线制实现这种多机通讯的核心问题是电源、地线和信号线如何分配,如何进行信号的双向传输,如何解决它们之间的相互干扰。作者将信号(包括数字信号和模拟信号)和电源共用一根线,另一线为地线——单总线制。在电路结构和技术上,采用电源隔离电路,极大限度地减小电源滤波对信号的影响;用消侧音电路完成对模拟信号的处理。主机电路原理框图如图1所示。

    当主机需要与某机通话时,操作者拿起话筒,通过常用的电话机键盘拨号,显示器显示出被呼叫的分机号,同时,将数字信号发送到总线,分机接到数字信号并确认主机要求通话时,接通模拟通道。主机的语音信号经功放、单总线到分机的功放推动扬声器。分机的语音信号经功放放大、消侧音电路、单总线到主机的功放推动扬声器或听筒。通话完毕,主机挂断,与此同时,主机的微机发出停止显示信号和分机挂断信号,显示器熄灭,分机接到挂断信号后,使分机的模拟通道的地悬浮,从而完成了一次通话过程。

在主机需要与各分机同时接通时,例如医院里需要把某件事通知所有病床时,如果用键盘逐一拨通分机,就不可思议了。本设计考虑到这方面的问题,只要操作者按动群呼键,可在数秒之内接通各分机实现群呼。

在分机需要与主机通话时,按一下通话按键(分机仅此一按键),单片微机发出数字信号,经单总线送到主机的单片微机。主机单片微机接到信号后,显示分机号码,判断话机是否挂断,若为挂断状态,则循环判断直至话机挂起,拿起话筒后,主机立即向相应的分机发出允许通话的信号,分机接通模拟通道便可进行通话,通话完毕,话筒挂断,主机向分机发送挂断信号,分机将模拟通道的地悬浮。这样,既节约了电能又不影响佞机部分人员的正常工作。

通讯的优先级,对于医院的重病号、机关的要害部门等,在呼叫系统中必须优先考虑。在本设计中,在主机接到众多的呼叫信号后,首先判断优先级,接通优先级最高的分机通话,而后逐步与低优先级的分机通话。

2 电源隔离

在单总线制多机通讯系统中,数字信号、模拟信号和电源共用一条线,如果不采取措施,交变的数字信号和模拟信号将被电源的滤波电容器吸收。在本设计中,未加电源隔离电路时,交变的5V信号经传输线到分机后仅有10mV。采用如图2所示隔离电路后,信号传到分机大于250mV,信号的衰减程度得到明显改善。图中的二极管、三极管、稳压管、电感和电阻的隔离电路用于主机,而分机只需一只电感和一只二极管即可。

3 模拟信号处理电路

单总线既要发送语音信号,又要接收语音信号,势必形成环流。为了解决讲话时听到自己的声音(称为侧音),采取了消侧音措施。一般地,消侧音有种方法:一种是桥式消侧电路;另一种是相位抵消法的消侧音电路,后者效果更佳。考虑到一台主机和多台分机的成本调试因素,故主机部分采用相位抵消消侧音电路,分机则用桥式消侧音电路。

相位抵消消侧音电路如图3所示,该电路由三个运算放大器及相应的电阻、电容和电位器组成。由总线来的分机信号经RW1、F3至功放,主机的话筒信号一路经功放1、总线、RW1至F3的同相输入端,另一路经F1、F2、RW2至F3的反相输入端。调节适当的K、C、RW1、RW2值可使主机的话筒信号在F3输出端接近零伏,从而侧音被消除。

桥式消侧音电路如图4所示。整个电路由国个晶体管(语音发送放大)及R、C元件组成,图中ZL为外线路的等效阻抗。当该分机发送话机信号时,由三极管发射极输出单频信号电流,国路经外线ZL和电阻R3再加到三极管的发射极形成电流环路;另国路则经R1、C1、R2和C2形成电流环路。若电桥平衡,即

ZL(R2-j1/ωC2)=R3(R1-j1/ωC1)则Vc0=0

由于后级功放的输入信号为零,故扬声器不发声,侧音被消除。主机通过总线来的模拟信号,经R1、C1和RC到电压放大器进行电压放大再进行功率放大。

关键字:单总线  单片机  通讯  通讯系统

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