本文介紹了基于μC／OS—II嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)和來電顯示技術(shù)設(shè)計，由鈴流檢測電路、來電解碼電路、DTMF解碼電路、模擬掛機(jī)電路、號碼存儲電路等組成。系統(tǒng)利用得到的來電號碼，同存儲黑名單中的號碼進(jìn)行比較，判斷是接通話機(jī)振鈴線路，還是控制模擬掛機(jī)電路掛機(jī)。本系統(tǒng)復(fù)用電話機(jī)鍵盤控制，并以LCD中文顯示，可方便地對黑名單中的號碼進(jìn)行管理。

隨著電信業(yè)務(wù)的發(fā)展，騷擾電話問題日益突出，大量用戶被騷擾電話所煩擾。為躲避騷擾，多數(shù)人采取拔電話線的方法，卻因此錯過不少重要來電。此外，每個人在生活中都可能遇到一些出于顧慮而不想接聽的電話。針對此種現(xiàn)象，本次設(shè)計的來電防火墻可屏蔽騷擾電話。來電防火墻通俗地講就是“不想聽”的電話打不進(jìn)來，它可以過濾掉黑名單中電話號碼的來電，直接拒絕接昕。同時，也支持親友名單模式，只接聽親友名單中電話的來電，拒絕接聽其他號碼的來電。

1 系統(tǒng)概述

μC／OS—II嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的引入極大地方便了模塊的管理和號碼存儲的管理，系統(tǒng)復(fù)用電話機(jī)鍵盤控制，并以LCD中文顯示，可方便對黑名單中的號碼進(jìn)行管理。主叫識別信息傳送及顯示CID業(yè)務(wù)是向被叫電話用戶提供的一種新服務(wù)項(xiàng)目，是指在被叫用戶終端設(shè)備上顯示主叫號碼、主叫用戶姓名、呼叫日期時間等主叫識別信息，并進(jìn)行存儲以供用戶查閱的一種服務(wù)項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)CID的基本方法是發(fā)端交換機(jī)將主叫號碼等信息通過局間信令系統(tǒng)傳送給終端交換機(jī)，終端交換機(jī)將主叫識別信息以移頻鍵控FSK的方式，送給被叫用戶終端，主叫識別信息傳送設(shè)備如圖1所示。

終端交換機(jī)將主叫識別信息送給被叫用戶終端設(shè)備，在下述兩種狀態(tài)下進(jìn)行；一種是用戶終端掛機(jī)狀態(tài)，另一種是用戶終端通話狀態(tài)。掛機(jī)狀態(tài)下的傳送方法是終端交換機(jī)將主叫識別信息在第一次振鈴和第二次振鈴間隔期間，送給被叫用戶終端設(shè)備，被叫終端信息傳送如圖2所示。目前我國大陸地區(qū)都是采用圖2所示的方式進(jìn)行來電號碼傳遞。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

固定電話來電防火墻是基于來電顯示(CID)設(shè)計的，通過解碼得到的來電號碼，與黑名單中的號碼進(jìn)行比對，進(jìn)行模擬掛機(jī)或者接通振鈴行動。復(fù)用電話及鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，通過電話機(jī)鍵盤輸入號碼，存儲到EEPROM中。

2．1 鈴流檢測電路

我國大陸來電顯示是FSK格式的。來電號碼在第一聲振鈴和第二聲振鈴之間發(fā)送。為避免在得到來電號碼前，第一聲振鈴對用戶產(chǎn)生影響，需要在話機(jī)振鈴電路動作之前截斷振鈴，因此要求振鈴檢測迅速有效。圖3為鈴流檢測電路。

鈴流為25Hz，電壓有效值是90±15 V的正弦波，通過二極管組成的整流器整流后，進(jìn)入電壓比較器LM311。當(dāng)鈴流電壓上升到60 V以上的時候，LM311比較器就會輸出高電平。反相后，用來觸發(fā)單片機(jī)的外中斷。仿真波形略

2．2 線路切換及后備電源

當(dāng)檢測到鈴流后，單片機(jī)應(yīng)立即把電話機(jī)與外線電話線路斷開，防止電話響鈴。因?yàn)樵挋C(jī)可能存有信息，所以應(yīng)繼續(xù)為話機(jī)供電，以保證話機(jī)信息不丟失。同時，電源也為系統(tǒng)設(shè)置復(fù)用話機(jī)鍵盤供電。

如圖4所示，使用一個雙刀雙擲繼電器進(jìn)行線路切換。常閉觸點(diǎn)連接外線，常開觸電連接后備電源。LM317接成電流反饋形式，構(gòu)成一個恒流源為話機(jī)供電。

2．3 來電解碼電路
來電解碼電路如圖5所示，解碼芯片采用盛群半導(dǎo)體公司的集成解碼芯片HT9032。它著眼于Type I或On—hook caller ID的應(yīng)用，符合Bellcore(Type I)及ITU—IV．23的規(guī)范。HT9032整合了FSK解調(diào)器于其芯片中，并以低耗電量及價格的優(yōu)勢等見長。芯片將解碼以1 200波特率通過異步串行口發(fā)送至單片機(jī)。

2．4 摘掛機(jī)檢測及DTMF解碼電路
當(dāng)系統(tǒng)黑名單設(shè)置時，會復(fù)用話機(jī)鍵盤，因此需要對話機(jī)按鍵的DTMF撥號解碼，得到相應(yīng)的按鍵鍵值，送由單片機(jī)處理。同時，要對話機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測，以及時通知單片機(jī)進(jìn)行解碼。DTMF解碼采用盛群半導(dǎo)體公司的HT9170B集成解碼芯片。摘掛機(jī)檢測及DTMF解碼電路如圖6所示。

摘掛機(jī)檢測使用了電壓比較器。根據(jù)我國電話網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，掛機(jī)狀態(tài)時電話網(wǎng)電壓在24 V以上，摘機(jī)時在10 V以下，用電壓比較器比較電壓，判斷話機(jī)狀態(tài)。
2．5 模擬掛機(jī)電路
模擬掛機(jī)電路如圖7所示。當(dāng)TAKEUP為高電平時，T1導(dǎo)通；當(dāng)TAKEUP為低電平時，T1截止。因此T1就是一個受單片機(jī)I／O口控制的開關(guān)，可以通過單片機(jī)模擬摘掛機(jī)。

2．6 單片機(jī)及顯示部分

單片機(jī)采用NXP公司的80C51內(nèi)核P89C668。P89C66單片機(jī)內(nèi)帶64 KB Flash存儲器，8KB RAM。顯示電路采用的是128×64點(diǎn)陣LED屏。

2．7 系統(tǒng)電源

電話機(jī)后備電源需要24 V供電，而其他數(shù)字電路需要5 V供電，若采用線性穩(wěn)壓則損耗較大，故采用DC-DC芯片將24 V電壓降為5 V，為數(shù)字電路供電。電源電路略——編者注。

3 μC／OS硬件層驅(qū)動程序設(shè)計

3．1 異步串行口驅(qū)動程序

當(dāng)使用中斷模式時，從接收移位寄存器接收到一個完整的字節(jié)，并將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)輸入寄存器，產(chǎn)生一個中斷。中斷處理程序從端口讀入字節(jié)，清除中斷源。這時，可以處理ISR收到的字節(jié)，或者將字節(jié)送入緩沖區(qū)由后臺處理，緩沖區(qū)大小依賴于后臺進(jìn)程控制CPU處理信息的速度。從串行端口捕捉數(shù)據(jù)時，常用一種被稱作環(huán)形緩沖區(qū)的專用緩沖區(qū)。

輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)依賴于后臺進(jìn)程的執(zhí)行速度。如果是實(shí)時內(nèi)核，則處理輸入數(shù)據(jù)的速度就與ISR接收不處理的速度差不多。為此，環(huán)形緩沖區(qū)的管理加入了信號量說明：

①應(yīng)用程序等待信號量。

②接收到一字節(jié)后，ISR從串行端口讀入字節(jié)。

③將接收到的字節(jié)送入環(huán)形緩沖區(qū)。

④ISR釋放一個信號量，通知任務(wù)已經(jīng)接收到一字節(jié)。

⑤信號量有效，等待任務(wù)準(zhǔn)備開始運(yùn)行。ISR完成后，內(nèi)核決定等待任務(wù)是否成為優(yōu)先級最高的任務(wù)。如果是，并且內(nèi)核為可剝奪型內(nèi)核，則恢復(fù)等待字節(jié)的任務(wù)。該任務(wù)從環(huán)型緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相關(guān)操作。

3．2 基于μC／OS—II的串行口接收驅(qū)動

單片機(jī)對串口的支持僅僅是當(dāng)數(shù)據(jù)送入SBUF時開始移位，但收到一個完整的字節(jié)后產(chǎn)生中斷，通知用戶進(jìn)行讀操作。在P89C668中，串行口并沒有設(shè)計緩沖區(qū)，接收移位寄存器直接將數(shù)據(jù)送到接收SBUF，如果沒有及時從接收SBUF中取出，前一字節(jié)就會丟失。如果沒有驅(qū)動程序的支持，應(yīng)用程序必須一字節(jié)一字節(jié)地接收數(shù)據(jù)，不但浪費(fèi)時間，而且對應(yīng)用程序的編制將產(chǎn)生極大影響。所以，在使用串口的時候，串口驅(qū)動程序是必須有的，通過驅(qū)動程序，可以大大簡化應(yīng)用程序的編寫。

針對P89C668片內(nèi)UART和μC／OS—II的特性，設(shè)計了分層明確的驅(qū)動模型，串口接收分層驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖略——編者注。

任務(wù)在對環(huán)形緩沖區(qū)進(jìn)行操作的時候，通過等待信號量，確定緩沖區(qū)是否允許操作。同時，中斷服務(wù)子程序通過釋放信號量來通知任務(wù)可以對緩沖區(qū)進(jìn)行操作，大大提高了任務(wù)的響應(yīng)時間。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)硬件構(gòu)成，系統(tǒng)軟件可分為來電解碼、顯示、鍵盤、判決、存儲幾大模塊。模塊在μC／OS—II的調(diào)度之下運(yùn)行。

防火墻在值守狀態(tài)時，各模塊處于掛起態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到鈴流，將運(yùn)行來電解碼模塊，并將解得的號碼通知μC／OS—II。μC／OS—II將通過判決模塊判斷來電屬性，執(zhí)行相應(yīng)動作。程序流程如圖8所示。

結(jié)語

本文設(shè)計了基于μC／OS和80C51單片機(jī)的固話來電防火墻。介紹了電話機(jī)的基本工作原理，對硬件主要模塊進(jìn)行了詳細(xì)地分解分析。對軟件基本流程和設(shè)計思路進(jìn)行了闡述。整個系統(tǒng)通過了實(shí)際產(chǎn)品的最終驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計要求。