第一届51测试网有奖征文精彩回放，深圳学林电子版权所有 www.51c51.com  （专业51单片机学习网站）转载注明出处！

更多精彩稿件请访问论坛http://www.51c51.com/bbs/index.asp

在介绍各单元电路以前，请有条件的读者首先打印出一张电路原理全图，以便于在阅读本文时对照察看，另外，文中涉及到的单元电路与总图保持一致，如果身边放一张全图的话，也便于将单元电路和全图对照，这样阅读起来便于理解。

1、      电源电路

电源电路的作用是提供稳定的+5V直流工作电压，供试验板工作，电源电路如图3所示。该试验板采用交流电源供电和USB供电两种方案。

图3中J4为9V交流电源接口，使用交流电源供电时，需要外接一个220V变9V的电源变压器，功率为15W左右即可。变压器次级线圈输出的9V交流电压通过J4引入，再经过全桥QD2进行全波整流，C19、C20滤波，IC6稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。

全桥QD2的外形如图4所示，内部有4个二极管组成，由于形状是圆形的，因此通常称它为“园桥”。将4个二极管封装在一个圆形的模块内主要是便于安装。常用的全波整流模块除了园桥以外，根据形状不同还有方桥和单列直插式的扁桥等，如图5、图6所示。

无论是园桥、方桥、还是扁桥，作用都是一样的，其内部的4个二极管都连接成图7所示的全波整流电路。

在全桥引出的4根线中，标有波浪线符号的两个管脚接交流电9V；标有 “+”号的管脚为正极输出，标有“—”号的管脚为负极输出。

图3中9V的交流电压经全桥QD2全波整流后，输出的脉动直流电压经过电容C19、C20滤波、三端集成稳压器IC6稳压以后，从IC6的第3脚输出稳定的5V直流电压，该5V电压再经过C21、C22进一步滤波后，输出更加平滑、稳定的直流电压。

IC6是7805型三端稳压器，外形如图8所示。该稳压器的最大输出电流可达1A，能满足该试验版的工作需要。7805型稳压器输入、输出端电压差通常取3V——7V之间比较合适，如果输入、输出电压差过大，当电源电流较大时容易发热，因此使用时最好加装散热片。

图3中C20、C22的作用是滤除掉线路上的高频脉冲干扰，由于电解电容对高频电脉冲滤波效果较差，因此在电解电容C19、C21两端各并联了一个0.1uF的瓷片电容，瓷片电容的高频滤波性能要比电解电容好得多，因此可弥补电解电容高频滤波较差的不足。发光二极管LED10为电源指示灯， R39为LED10的限流电阻，该电阻的阻值通常取500欧姆——1K之间，该限流电阻的阻值取的越大，LED亮度越小，反之，限流电阻越小，LED亮度越高，对于高亮度的发光二极管，有时限流电阻的阻值可以取2K以上的。电源指示灯要用绿色的，这是行业标准，除了电源指示灯以外，该板剩余的所有LED全部用红色的，以达到醒目的效果。在电源+5V的输出端还串接了一个30欧姆的保险电阻R38，该电阻由于阻值很小，正常工作时两端的电压降极小，不会影响电路的正常工作；但是在业余调试、试验的时候，如果出现负载短路的意外发生，尤其是板子上出现电源短路的情况时，此时该电阻就能起到限制输出电流，保护电源及负载元件的作用。

图3中CZ1为USB电源插头，正极要接在保险电阻R38的左侧，使USB取出的电流要经过保险电阻R38以后再供给负载使用。平时试验时可使用USB供电，当板子调试完成，作为正式控制产品使用时，就不可能长时间的连接在电脑上，因此要用外接9V变压器供电。

2、      铃流检测电路

铃流检测电路的作用就是检测电话线上的铃流信号，以便于为单片机提供电话铃响的次数。由于本文后面的论述要涉及到电话机和电话线的一些术语，因此很有必要给各位介绍一下这些常用的名词术语，以供初学者参考。

（下面红色的部分为参考资料，供没有电话基础知识的人员阅读）

铃流： 简单的说，所谓铃流，就是电话机在铃响的时候电话线上的电流就是铃流。

听筒： 所谓听筒，就是打电话时手拿着的那个部分，它的一端放在耳朵边，用来听取对方的声音，另一端放在嘴边，里面有个小话筒，因此叫听筒。

待机状态： 所谓待机状态，就是电话机的听筒没有从电话机底座上拿起来，也就是既没有打电话，而且电话机也没有响铃，此时电话机处于等待使用的状态，因此叫“待机状态”。

叉簧： 叉簧其实就是电话机的开关，每当拿起听筒时，开关就自动接通了，每当将听筒放下时，开关就自动断开了，这个开关就叫做叉簧。为什么叫“叉簧”呢，这是由于过去生产的老式电话机放听筒的那个架子就像个树杈一样，底下还有个弹簧，因此叫“叉簧”。“叉簧”这个名词一直沿用到现在，并且成了专用的术语。

“摘机”和“挂机”： 所谓摘机，就是将听筒从电话底座上拿起来。摘机后，电话机的叉簧接通，电话机主板接通线路上的48V电源，线路上就有了电流通过；所谓挂机，就是将听筒放回到电话机的底座上，此时电话机的叉簧断开，线路上就没有了电流通过。挂机状态也叫待机状态，但是我们通常将听筒放回到底座上的瞬间叫做“挂机”，挂机以后的状态叫待机状态。相应的，拿起听筒的瞬间叫做摘机，摘机后或电话铃响时的状态叫占线状态。

在待机状态下，线路上的48V直流电压是由电话机房送来的，是供电话机线路板使用的工作电压。由于电话线是非常细的导线，电话线路的距离又很远，因此电话线的线路电阻通常都很大，从电话机房送出的48V直流电压大部分都要降落在线路电阻上，只有少量的电压供给电话机线路板使用，因此实际上摘机后电话机两端的电压只有6——12V左右。

占线： 当电话已经摘机，正在拨打或通话，或者虽然没有摘机，但是电话正在响铃，电话线此时的状态就叫占线。

铃流电压： 电话机铃响时，是因为电话机房对电话机送来了高达100V左右的交流电压，这个电压就是铃流电压，该电压只有在电话机铃响的时候才会存在，摘机以后就没有了。铃流电压进入电话机后，直接通过图9中的电容C进入收铃电路，而没有经过叉簧K，因此在没有摘机的情况下电话也会响铃。

下面接着讲我们的试验板：

该试验板的铃流检测电路如图10所示：由C1、R1、D、IC5、R2组成，由于电容器C不能通过直流电压，因此在待机状态下收铃电路没有电流通过。当有人打来电话时， 电话线路上就出现了100V的铃流电压，该铃流电压是交流电压，因此将通过C1、D、IC5内部的LED、R1导通形成回路。IC5是通用的光耦合器，型号为4N25，其内部有一个发光二极管LED（左）和一个光敏三极管（右）组成，当光敏三极管接受LED照射时，集电极和发射极立即导通，此时A点电压降为0V；当没有铃流信号时，IC5内部的光敏三极管不导通，A点电压为高电平VCC。在交流电的两个半周中，其中有一个半周经过二极管D导通，另一个半周通过IC5内部的LED导通，导通电流的流向见图11所示。由此可见，A点的脉冲是随着铃流信号的出现而出现的，因此只要检测到A点有低电平脉冲出现，就说明线路上有铃流信号了，而且A点在单位时间内出现的脉冲个数就代表了振铃时间的长短，因此通过累加A点的脉冲个数就可以判断出振铃时间的长短和铃响次数的多少。A点的电平状态连接到单片机89S51的T1（计数器）口，即P3.5端口，用来统计铃响的次数。

另外图中的RZ是一个脉冲高压吸收电阻，该电阻直接连接在电话线的入口处，平时该电阻是不导通的，阻值为无穷大，因此对电路没有任何影响，但是一旦线路上因雷电等因素出现瞬间的脉冲高压时，此时RZ立即导通，并出现永久性短路，将电话线路两端给短接起来，避免该试验板上的其他元件遭受雷击等高压脉冲影响，对试验板起到了很好的保护作用。

3、      摘机挂机电路

如图12所示，摘机、挂机电路其实就是一个电子开关，它的作用是完成摘机、挂机的动作。试验版和电话线之间虽然是连接起来的，但是中间还必须要有一个电子开关存在，平时这个开关应该处于断开的状态，以免造成电话线占线，当你打电话到家里来，希望控制家中的电器时，如果出现了若干次铃响而且没人接听，这时候就需要让试验板和电话线路接通，即完成摘机动作，也就是将试验板和电话线之间的开关打开，这样试验版才能接收到线路上送来的各种控制指令，这个电子开关就是摘机挂机电路。

摘机挂机电路位于试验板的最前端，是和电话线直接连接的。该电路由QD1、V1、V2等元件组成，图12中的L1、L2两个点是和电话线连接的。QD1是由4个分立的二极管组成的全波整流电路，其作用是将线路上不确定极性的电压转换成确定的极性，也就是说，L1和L2两条线的正负极是不确定的，因为电话线在接入电话机或者试验板的时候是不分正极和负极的，可以随便连接，但是到了试验板内部，就必须区分出来哪一个是正极、哪一个是负极，用全波整流电路QD1即可将正负极给定下来，因为无论L1和L2是如何连接的，从QD1出来以后，正极和负极总是固定的，因为TP4这一点始终是正极，这样线路上48V的直流电压经QD1出来以后，其正负极就明确了。

下面我们分析一下摘机、挂机电路的实现过程，即电路的工作原理。

请看图12。TP1和TP2后面的电路我们暂且不用管它，首先看图中TP3这个点，该点是和单片机的P1.4口相连接的。请读者将图12和整机电路图对照一下，我们首先分析一下当P1.4口的状态为低电平0时的情况。

当P1.4为低电平0时，TP3相当于对地短路，这样三极管V2由于没有基极偏置电压因此不能导通，即V2的集电极没有电流通过，相当于开路，由于V2的集电极是通过电阻R4和V1基极连接的，当V2集电极没有电流时，V1的基极也就没有偏置电压和电流，因此V1也不会导通，此时的V1也处于开路状态。

由以上分析可见：当单片机通过P1.4口给TP3点施加一个低电平信号0时，开关管V1并不会导通，电话线路上也没有电流通过，相当于电话机的叉簧断开。

接下来再分析分析一下当P1.4口的状态为高电平1时的情况，如图13所示。和上面的情况正好相反，当P1.4为高电平1时，TP3点有+5V的高电平直流电压，该电压就是三极管V2的基极偏置电压，由于有了基极偏置电压，因此V2导通了，V2的集电极也有了电流通过，由于V2的集电极是通过电阻R4和V1的基极连接的，当V2集电极有电流时，V1的基极也就有了偏置电流和电压，因此V1也就导通了，此时从QD1出来的正电压将通过V1的发射极和集电极后，再经过R5形成导通回路，并且将线路上的信号在R5两端产生电压降，此时R5相当于电话线路的负载电阻，电流的流向如图13中的红色线条所示。

由以上分析可见：当单片机通过P1.4口给TP3点施加一个高电平信号1时，开关管V1导通，试验板接通线路上的遥控信号，相当于电话机的叉簧接通，从而实现自动摘机。平时P1.4为低电平0，因此V1断开，相当于试验板与电话线之间断开了，起到了挂机的效果。

以上的论述可以简单的归结为：当单片机P1.4口为高电平时，V1导通；当单片机的P1.4口为低电平0时，V1不导通，因此V1就好像一个受P1.4口控制的开关一样。如图14所示。实际上V1就是一个电子开关，该开关的导通与否受到单片机P1.4口的控制。因此摘机、挂机电路的原理可简化为图14所示。

摘机挂机电路是可以用继电器来完成的，如果用继电器设计的话电路要简单一些，但是我们在调试的时候发现继电器也有一些弱点，比如耗电大，5V的继电器吸合电流高达30多毫安，是89S51静态电流的近3倍，体积和重量也比较大，另外继电器也容易产生火花干扰，为解决这些问题。后来我们更换成晶体管摘机、挂机电路了。更换后效果十分满意，而且成本也有所降低，一举两得。

4、      双音频解码电路

在开始叙述本节以前，首先给大家谈谈“双音频”的概念。为了弄清楚双音频的来龙去脉，还必须要从电话的制式谈起。最早的电话机是带有一个“手摇把”的，后来慢慢的开始出现了“磁石电话”、“供电电话”、一直发展到现在人们广泛使用的“自动电话”。由于“磁石电话”、“供电电话”早已淘汰，因此今天重点谈一谈自动电话的制式。

从自动电话的制式来分，可分为“脉冲制式”及“双音频制式”两种。所谓“脉冲制式”，也就是拨号的时候电话机发出的是一串一串的“无电流脉冲”，比如当拨号码1的时候，发出去的是1个“无电流脉冲”，也就是一个“断电脉冲”，拨2的时候，发出去的是两个连续的“无电流脉冲”……，当拨号码0的时候，发出去的是10个连续的“无电流脉冲”，下面的图15是脉冲电话机拨武汉区号027时线路上出现的脉冲图谱：

从图中可以看出，待机状态下线路上是没有电流的，摘机后线路上才有电流，拨号时，拨的号码是几，线路上就出现几个连续的、没有电流的脉冲间隙，比如拨2的时候，就好像电话线被快速的断开了两次一样，因此老式的电话机还能用拍打叉簧的办法拨号。年龄稍大些的朋友可能都见到过带有 “拨号盘”的电话机，这种带有拨号盘的电话机就是脉冲电话。脉冲电话容易出现拨错号的现象，因为当线路接触不良，刮风时线路接头时通时断，这样就会出现错号，比如你本来是要拨石学军家电话的，结果却拨到老丐家里来了，原因就是你刚拨完6这个号码，电话线接头被风一吹，吱啦了两下，这样你拨的6就变成8了，这种情况在线路不好的时候是很常见的现象，而且脉冲信号经过长途线路传送以后，由于线路电感和电容的影响，脉冲的波形会发生严重畸变，本来上升沿和下降沿都是很陡的波形，传到对方以后很可能就完全变样了，因此这种电话已经被淘汰了。

所谓“双音频制式”，就是拨电话的时候，拨每一个号码，发出去的都是由两个不同频率的音频信号组合起来的双音频信号。比如拨0的时候，发出去的两个音频信号分别是941HZ和1336HZ，拨9的时候发出去的两个音频信号分别是952HZ和1477HZ等等。我们用电话进行拨号时都能从听筒中听到一种按键的声音，这种声音其实就是由两个不同的频率组合成的复合音。每个号码都是由两个音频信号组合起来的，因此叫“双音频”。图16列出了每个号码与双音频频率的对应关系。

采用双音频拨号的优点是抗干扰能力强，对电话线路的质量要求比较低，且不会出现错号现象。

拨号的时候，需要将每一个号码都转换成一对双音频信号，这种转换就叫做编码；解码就是将接收到的双音频信号重新还原成数据信号。编码和解码都有专用的芯片，编、解码芯片的种类和型号很多，在我们的试验板中由于只接收，不发送，因此只使用了一片供接收用的解码芯片，我选用的是MT8870型解码芯片，该芯片的技术手册请参考随本文一起上传的“mt8870.pdf”文件。

下面我们首先看看厂家推荐的mt8870的典型应用电路，电路图如图17所示。

从mt8870的应用资料可以看出，该芯片共有18个引脚，而且外围电路非常简单，对于初学者来说，我们不需要考虑8870的内部构造，只需要按照上图选用元件，并正确连接即可。图17中右下角的方框内是生产厂家推荐的外围元件参数，该参数除了晶体必须使用3.58MHz或者更精确的3.579545MHz的标准晶体以外，其他的元件允许误差可以放得很宽，比如R1推荐使用102K的，我们选用100K左右的就行了，R2要求使用71.5K的，我们选用75K左右的就可以了，当然选100K的也是可以工作的。为了让读者对该芯片有更多地了解，下面结合图17对几个重要引脚的功能进行简单介绍：

第3脚：负反馈输入端，外接电阻R2的阻值决定了芯片对输入信号的放大量，R2越大，负反馈越小，因此放大量也就越大。通常R2选100K——200K，最大不要超过470K，因为放大量再大就没有必要了。

                                                                 附表1

第5、第6脚：接地即可。

第7、第8脚：外接3.58MHz的标准晶体。

第11、12、13、14脚：为4位数据输出端，该4个引脚的状态取决于输入端所接收到的双音频信号的频率组合。也就是取决于对方按压的是哪一个号码键，其对应关系见附表1所示。

第15脚：每当该芯片接收到一对有效的双音频信号时，该脚就变为高电平1，接收的双音频信号消失后，该脚即刻变为低电平0。因此单片机通过判断该脚的状态，来确定线路上的信号音是否为有效的双音频拨号音

根据以上资料，本人设计的8870的应用电路如图18所示。

图18中，双音频信号输入点与图2中三极管V1集电极相连接，当V1导通时，从电话线路上送来的双音频信号音经过V1后进入图18的输入点，经过MT8870内部放大处理以后，从数据输出端Q1、Q2、Q3、Q4输出解码后的状态数据。该数据输出端与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别相连，从P1.0——P1.3口进入单片机进行数据采集、判断和处理。另外，从8870的第15脚出来的状态信号进入单片机的P3.3端口，通知单片机读取数据。

5、      单片机89S51电路

单片机89S51电路大家应该都不陌生，在此只作简单介绍，电路图如图19所示：

图19中，第18、19脚接12MHz石英晶体，在晶体两端各接一个30PF的电容到地，接电容的目的有三个：一是加快上电后的起振速度，二是保证起振后能够持续平稳的振荡，不至于出现停振，三是可以通过改变两个电容的容量，微调振荡频率。第9脚为复位端，在该脚接一个10K的电阻R12到地，以保证该脚在正常工作时为低电平0，同时，为了在加电时给该脚一个高电平的复位脉冲，因此用一个10uF的电解电容C4连接到电源Vcc，利用电容两端的电压不能突变的特性，加电后给第9脚施加一个短暂的高电平脉冲，该脉冲的宽度与电阻R12的阻值、C4的容量都有关，电阻R12越大，电容C4越大，加电后第9脚的高电平脉冲就越宽；相反的，如果R14越小，电容C4越小，加电后9脚的高电平脉冲宽度也就越窄。一般来说，当9脚的下拉电阻为10K，电容C4的容量不小于10uF时，复位脉冲的宽度即可满足要求。另外，在电容C4两端还接有一个手动复位按钮AN1，为了避免按压按钮时电容C4两端的电压通过按纽接点瞬间放电造成对按钮接点的大电流冲击，为此在按钮支路中串入了一个100欧姆的小电阻