單總線單片機(jī)多機(jī)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的多機(jī)通訊系統(tǒng)一般需要四條線完成:
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/82974.htm1.電源線;2.地線;3.發(fā)送信號(hào)線;4.接收信號(hào)線。然而,對(duì)于主機(jī)和分機(jī)距離較遠(yuǎn)、分機(jī)臺(tái)數(shù)較多的系統(tǒng),采用四線制的經(jīng)費(fèi)投入較大,安裝起來也頗困難?;谶@一問題,本文結(jié)合為某醫(yī)院研制的既有模擬信號(hào)(語音)又有數(shù)字信號(hào)的傳輸呼叫系統(tǒng),提出用單總線實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊,并給出了一個(gè)完整的技術(shù)方案。
1 單總線制多機(jī)通訊系統(tǒng)的總線設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的多機(jī)呼叫系統(tǒng)的主要功能是:分機(jī)呼叫主機(jī),利用單片微機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)字呼叫信息,主機(jī)響應(yīng)后,顯示出呼叫的分機(jī)號(hào),打開主機(jī)和分機(jī)的模擬通道進(jìn)行主機(jī)與分機(jī)的對(duì)講;主機(jī)呼叫某分機(jī),主機(jī)部分輸出分機(jī)號(hào),直接打開相應(yīng)分機(jī)的模擬通道,進(jìn)行分機(jī)與主機(jī)的對(duì)講;群呼,主要逐一發(fā)送打開所有分機(jī)的數(shù)字信息,數(shù)秒之內(nèi)打開所有分機(jī)的模擬通道,主機(jī)向各分機(jī)傳送語音信號(hào)。用單總線制實(shí)現(xiàn)這種多機(jī)通訊的核心問題是電源、地線和信號(hào)線如何分配,如何進(jìn)行信號(hào)的雙向傳輸,如何解決它們之間的相互干擾。作者將信號(hào)(包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào))和電源共用一根線,另一線為地線——單總線制。在電路結(jié)構(gòu)和技術(shù)上,采用電源隔離電路,極大限度地減小電源濾波對(duì)信號(hào)的影響;用消側(cè)音電路完成對(duì)模擬信號(hào)的處理。主機(jī)電路原理框圖如圖1所示。
當(dāng)主機(jī)需要與某機(jī)通話時(shí),操作者拿起話筒,通過常用的電話機(jī)鍵盤撥號(hào),顯示器顯示出被呼叫的分機(jī)號(hào),同時(shí),將數(shù)字信號(hào)發(fā)送到總線,分機(jī)接到數(shù)字信號(hào)并確認(rèn)主機(jī)要求通話時(shí),接通模擬通道。主機(jī)的語音信號(hào)經(jīng)功放、單總線到分機(jī)的功放推動(dòng)揚(yáng)聲器。分機(jī)的語音信號(hào)經(jīng)功放放大、消側(cè)音電路、單總線到主機(jī)的功放推動(dòng)揚(yáng)聲器或聽筒。通話完畢,主機(jī)掛斷,與此同時(shí),主機(jī)的微機(jī)發(fā)出停止顯示信號(hào)和分機(jī)掛斷信號(hào),顯示器熄滅,分機(jī)接到掛斷信號(hào)后,使分機(jī)的模擬通道的地懸浮,從而完成了一次通話過程。
在主機(jī)需要與各分機(jī)同時(shí)接通時(shí),例如醫(yī)院里需要把某件事通知所有病床時(shí),如果用鍵盤逐一撥通分機(jī),就不可思議了。本設(shè)計(jì)考慮到這方面的問題,只要操作者按動(dòng)群呼鍵,可在數(shù)秒之內(nèi)接通各分機(jī)實(shí)現(xiàn)群呼。
在分機(jī)需要與主機(jī)通話時(shí),按一下通話按鍵(分機(jī)僅此一按鍵),單片微機(jī)發(fā)出數(shù)字信號(hào),經(jīng)單總線送到主機(jī)的單片微機(jī)。主機(jī)單片微機(jī)接到信號(hào)后,顯示分機(jī)號(hào)碼,判斷話機(jī)是否掛斷,若為掛斷狀態(tài),則循環(huán)判斷直至話機(jī)掛起,拿起話筒后,主機(jī)立即向相應(yīng)的分機(jī)發(fā)出允許通話的信號(hào),分機(jī)接通模擬通道便可進(jìn)行通話,通話完畢,話筒掛斷,主機(jī)向分機(jī)發(fā)送掛斷信號(hào),分機(jī)將模擬通道的地懸浮。這樣,既節(jié)約了電能又不影響佞機(jī)部分人員的正常工作。
通訊的優(yōu)先級(jí),對(duì)于醫(yī)院的重病號(hào)、機(jī)關(guān)的要害部門等,在呼叫系統(tǒng)中必須優(yōu)先考慮。在本設(shè)計(jì)中,在主機(jī)接到眾多的呼叫信號(hào)后,首先判斷優(yōu)先級(jí),接通優(yōu)先級(jí)最高的分機(jī)通話,而后逐步與低優(yōu)先級(jí)的分機(jī)通話。
2 電源隔離
在單總線制多機(jī)通訊系統(tǒng)中,數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)和電源共用一條線,如果不采取措施,交變的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)將被電源的濾波電容器吸收。在本設(shè)計(jì)中,未加電源隔離電路時(shí),交變的5V信號(hào)經(jīng)傳輸線到分機(jī)后僅有10mV。采用如圖2所示隔離電路后,信號(hào)傳到分機(jī)大于250mV,信號(hào)的衰減程度得到明顯改善。圖中的二極管、三極管、穩(wěn)壓管、電感和電阻的隔離電路用于主機(jī),而分機(jī)只需一只電感和一只二極管即可。
單總線既要發(fā)送語音信號(hào),又要接收語音信號(hào),勢(shì)必形成環(huán)流。為了解決講話時(shí)聽到自己的聲音(稱為側(cè)音),采取了消側(cè)音措施。一般地,消側(cè)音有種方法:一種是橋式消側(cè)電路;另一種是相位抵消法的消側(cè)音電路,后者效果更佳。考慮到一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)分機(jī)的成本調(diào)試因素,故主機(jī)部分采用相位抵消消側(cè)音電路,分機(jī)則用橋式消側(cè)音電路。
相位抵消消側(cè)音電路如圖3所示,該電路由三個(gè)運(yùn)算放大器及相應(yīng)的電阻、電容和電位器組成。由總線來的分機(jī)信號(hào)經(jīng)RW1、F3至功放,主機(jī)的話筒信號(hào)一路經(jīng)功放1、總線、RW1至F3的同相輸入端,另一路經(jīng)F1、F2、RW2至F3的反相輸入端。調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腒、C、RW1、RW2值可使主機(jī)的話筒信號(hào)在F3輸出端接近零伏,從而側(cè)音被消除。
橋式消側(cè)音電路如圖4所示。整個(gè)電路由國個(gè)晶體管(語音發(fā)送放大)及R、C元件組成,圖中ZL為外線路的等效阻抗。當(dāng)該分機(jī)發(fā)送話機(jī)信號(hào)時(shí),由三極管發(fā)射極輸出單頻信號(hào)電流,國路經(jīng)外線ZL和電阻R3再加到三極管的發(fā)射極形成電流環(huán)路;另國路則經(jīng)R1、C1、R2和C2形成電流環(huán)路。若電橋平衡,即
ZL(R2-j1/ωC2)=R3(R1-j1/ωC1)則Vc0=0
由于后級(jí)功放的輸入信號(hào)為零,故揚(yáng)聲器不發(fā)聲,側(cè)音被消除。主機(jī)通過總線來的模擬信號(hào),經(jīng)R1、C1和RC到電壓放大器進(jìn)行電壓放大再進(jìn)行功率放大。
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