Desenvolvimento de set-top boxes em controladores PIC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Microcontroladores

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Os dispositivos fabricados em microcontroladores permitem fornecer às estruturas desenvolvidas funções difíceis ou mesmo impossíveis de implementar em lógica rígida. Este artigo descreve o design de vários decodificadores baseados em controladores PIC.

Recentemente, muitas descrições de pequenos decodificadores para uma linha telefônica apareceram na literatura de engenharia de rádio. Não requerem alimentação da rede elétrica de 220 V. São fáceis de fabricar e não precisam ser sintonizados, o que os torna atrativos para radioamadores de diversas formações. Quando tal dispositivo é feito em elementos separados, o radioamador pode entender sua operação em detalhes e, se desejar, modificá-lo para atender às suas necessidades. No entanto, ao usar um microcontrolador, os principais algoritmos de operação dos produtos tornam-se inacessíveis ao rádio amador. Além disso, nem sempre é possível encontrar firmware para circuitos publicados, sem falar no código-fonte dos programas.

Para aqueles que desejam projetar de forma independente um dispositivo usando um controlador PIC, mais cedo ou mais tarde surge a questão de desenvolver seu próprio programa. Métodos para escrever programas para set-top boxes em uma linha telefônica são discutidos neste artigo. Por "prefixos" entende-se dispositivos relativamente simples, como bloqueadores, fechaduras de combinação. micro-PBX, etc., alimentado apenas por uma linha telefônica e trabalhando com discadores de pulso.

O autor assume que o leitor está, pelo menos em geral, familiarizado com a arquitetura do controlador P/C e o conjunto de instruções. Só vale lembrar mais uma vez: para todos os aparelhos conectados à rede telefônica pública, é necessário obter um certificado.

Na forma mais geral, qualquer set-top box é um dispositivo que monitora o estado da linha telefônica e. dependendo da mudança em seus parâmetros, realiza determinadas ações. Ele geralmente monitora a voltagem na linha e, por sua mudança, julga se o receptor está fora do gancho, discando ou recebendo um sinal de chamada de entrada.

Vamos dar uma olhada em como isso acontece. Com uma linha livre, ou seja, quando o fone do telefone é colocado, a tensão na linha deve estar dentro de 48 ... 60 V. Quando o fone é removido, uma corrente de cerca de 30 mA fluirá através do dispositivo e o tensão cairá para 5 ... 10 V Se aplicar esta tensão através do divisor mostrado na Fig. 1, à entrada do controlador PIC, pode registar o momento de levantar o auscultador ou ler os dígitos do número marcado. O limite operacional do controlador P1C quando alimentado a 4 V está na faixa de 1,3 ... 1,4 V (significando a entrada sem um gatilho Schmitt). Portanto, ao colocar o tubo, o controlador receberá um nível alto e, ao removê-lo, ficará baixo.

Se vários aparelhos telefônicos estiverem conectados à linha telefônica ao mesmo tempo, é impossível julgar pela voltagem qual dispositivo específico está ativo. No caso de ser necessário monitorar o status de um determinado telefone, você pode usar o diagrama mostrado na Fig. 2a. Quando o tubo é abaixado, o transistor VT1 é fechado e há um nível alto em seu coletor. Quando o tubo é removido, uma corrente começa a fluir através do resistor R1. o transistor VT1 abre e um nível baixo ocorre em seu coletor. O diodo VD1 é necessário para descarregar o capacitor do telefone durante uma chamada.

Na fig. 2b mostra outra unidade para controlar o fluxo de corrente no telefone. Funciona de maneira semelhante, mas em vez de um transistor, é usado um optoacoplador. Este nó é diferente. que pode ser conectado à linha sem observar a polaridade.

Ao projetar nós de monitoramento atuais, vários pontos devem ser levados em consideração. Primeiro, a corrente no telefone também pode fluir quando o fone está desligado. Às vezes é muito grande - mais de 0.5 mA. determinado de acordo com GOST 7153-85 (ver [11]). Os dispositivos não devem operar com esta corrente. Em segundo lugar, com um sinal de chamada, as saídas desses dispositivos terão pulsos com frequência de 25 Hz e um ciclo de trabalho indefinido. Portanto, o programa de processamento deve levar isso em consideração para não confundir o sinal de chamada com o atendimento do telefone.

E o terceiro momento desagradável é que em algumas linhas telefônicas de PBXs antigos, às vezes há uma queda de corrente de curto prazo em toda a linha, que pode ser percebida pelo processador ao colocar o fone no telefone ou ao discar o número " 1". Isso geralmente acontece quando uma conexão é estabelecida ou desconectada. Para evitar erros neste caso, é aconselhável verificar a tensão da linha como um todo após detectar uma queda de corrente no telefone. Se a corrente no telefone desapareceu e a tensão na linha não aumentou, podemos supor que nenhuma ação foi realizada no telefone.

Além de monitorar o processo de captura ou discagem, muitas vezes é necessário registrar um sinal de chamada recebida. Normalmente é uma sinusóide com frequência de 25 Hz e amplitude de pico a pico de 100 ... 150 V. mantendo um componente constante, ou um meandro da ordem de 60 V. No caso mais simples, o aparecimento de este sinal pode ser determinado da mesma forma que a tensão da linha é monitorada, ou seja, usando um divisor resistivo convencional (ver Fig. 1). O resistor R2 deve ter uma resistência de 27 kOhm.

Tensão acima de 100 V pode aparecer na linha não apenas durante um sinal de chamada, mas também no momento de discar ou desligar. Isso acontece durante a operação de alguns tipos de PABXs antigos e é devido à indutância do relé da estação. Portanto, o programa deve "ser capaz" de distinguir impulsos falsos do sinal de chamada. Na fig. 3 mostra um diagrama de um sensor de sinal de toque que extrai um componente variável. Este sensor é usado preferencialmente quando a tensão da linha e o sinal de toque não são conhecidos antecipadamente.

Na maioria dos casos, os métodos de controle descritos são suficientes para criar um decodificador completamente moderno para uma linha telefônica. Normalmente, em tais dispositivos, o controlador controla os interruptores de corrente KR10T4KT1V ou semelhantes, através dos quais os aparelhos telefônicos ou alguns outros elementos são comutados.

Atenção especial deve ser dada à fonte de alimentação do controlador (Fig. 4). Quando conectado à linha, a tensão de alimentação do controlador aumentará relativamente lentamente (cerca de 1 ... 2 s), o que não permite a reinicialização do processador por seus meios padrão. Isso significa que a execução do programa pode começar (pelo menos teoricamente) de qualquer endereço ROM. Se a compilação do programa falhar, "congelamentos" serão observados durante a inicialização do dispositivo, mesmo se o cronômetro de vigilância estiver ativado. Portanto, o algoritmo do programa deve ser desenvolvido de forma que, sob certas influências iniciais nas entradas do processador (por exemplo, quando os fones são soltos e não há sinal de chamada), o programa possa retornar a um determinado ponto inicial e executar auto-inicialização, independente dos valores que estão nos registradores da RAM.

Para programas pequenos, essa condição é satisfeita com bastante facilidade. No entanto, à medida que o tamanho do programa aumenta, sua visibilidade se deteriora e, às vezes, é necessário tomar medidas especiais para verificar se o programa pode travar. Este é um ponto muito importante, porque um decodificador de telefone é um dispositivo que está constantemente em operação e, pelo menos uma vez a cada poucos meses, o processador falhará devido a alguma interferência externa. Portanto, um dispositivo com um programa inacabado simplesmente para de funcionar ou até prejudica, por exemplo, captura a linha.

A baixa fonte de alimentação limita a velocidade do clock do controlador. O estabilizador de corrente KZh101V pode fornecer até 160 μA. Isso significa que a frequência do relógio do controlador deve ser tal que esta corrente seja suficiente para sua operação normal. Normalmente, um ressonador de quartzo "relógio" na frequência de 32768 Hz é usado. ou um oscilador RC com uma frequência de cerca de 50 kHz. Caso seja necessária uma grande frequência de clock, por exemplo, 4 MHz. o processador pode ser usado em modo hibernação, deixando-o apenas para determinadas ações.

Agora vamos para a programação. Vamos escrever um pequeno programa para o dispositivo, cujo esquema é mostrado na Fig. 5. Este dispositivo não é de grande importância prática, no entanto, usando seu exemplo, você pode rastrear os métodos básicos de programação de set-top boxes de telefone. O dispositivo usa o controlador PIC16F84 mais popular. que é mais adequado para depurar programas simples graças ao EEPROM. A maioria de seus recursos, como interrupções, timer, watchdog timer, modo de hibernação, não serão usados.

O dispositivo controla a tensão na linha (vamos denotar este sinal como Uline) e a corrente através do telefone (Itel). A saída RB2 do controlador DD1 controla a chave de corrente K1, que pode fechar a linha para o resistor R3. O dispositivo pode ler os números discados no aparelho telefônico, fornecer acesso codificado à comunicação de longa distância e bloquear a discagem de qualquer dispositivo conectado diretamente à linha (modo "antipirataria"). O código de acesso de longa distância, para simplificar, será composto de um dígito, que deve ser discado após o dígito de acesso de longa distância.

Aceitamos algumas notações usadas no texto do programa. Os nomes dos registradores RAM e os nomes das sub-rotinas serão indicados por letras minúsculas com uma letra maiúscula no início da palavra, constantes por letras maiúsculas, rótulos por letras minúsculas, prefixadas com um sublinhado Se a designação consistir em várias palavras, nós também os separará com um sublinhado. Como cabeçalho, usaremos um arquivo padrão com uma descrição dos registradores do controlador p16f84.inc. Este arquivo é fornecido com o ambiente de desenvolvimento para controladores MPLAB PIC.

Vamos definir constantes para inicialização de portas (registros TRVS) e registros OPTION e INTCON usando a diretiva equ e definir o número da senha para acesso de longa distância, seja o número "3" (Tabela 1).

A seguir, definimos os registradores de RAM que serão utilizados no programa. Isso pode ser feito dando a cada nome de registrador simbólico seu próprio endereço (por exemplo, REG1 equ OxOC), mas é mais conveniente usar as diretivas cblock e endc. Com a ajuda deles, você pode definir um único endereço inicial para o bloco de registradores usado, e o montador organizará todos os registradores em ordem crescente durante a montagem. A única coisa a observar. - para que o número total de nomes fornecidos não exceda o número de registros do controlador fisicamente existentes. O fragmento do programa, onde são definidos os nomes dos registradores, é mostrado na Tabela. 2.

Vamos usar a diretiva #define para definir os nomes simbólicos para as linhas de entrada/saída usadas e os nomes dos sinalizadores (Tabela 3).

Na tabela. 4 mostra a rotina de inicialização.

Agora vamos criar o chamado loop de espera, ou seja, esse código. que é executado pelo programa quando os tubos são colocados e na ausência de um sinal de chamada. Normalmente, a tarefa desse loop é realizar inicializações e monitorar quaisquer entradas. Em relação à nossa tarefa, o programa precisa monitorar a tensão na linha, esperando que ela caia quando o tubo for removido. Também é necessário redefinir todos os sinalizadores, redefinir os registradores Figure e Number_of_Figure e aplicar um nível baixo na entrada C da chave K1. para não fechar a linha através do resistor R3 (Tabela 5).

É neste ciclo que o programa deve cair ao iniciar, mesmo que sua execução tenha começado a partir de um endereço aleatório.

Se um nível baixo for detectado no Uline, é necessário determinar se o monofone está realmente fora do gancho ou se um sinal de toque está sendo transmitido na linha. Durante um sinal de chamada, a entrada Uline receberá pulsos com frequência de 25 Hz. Para distingui-los, você precisa ter certeza de que por algum tempo, mais do que alguns períodos de toque, o Uline está baixo. Segundo [1], "levantar o fone" do telefone é considerado um fechamento de linha por mais de 250 ms. Vamos escrever um fragmento de programa que monitore a baixa tensão na linha por 300 ms (Tabela 6).

Este snippet deve seguir imediatamente o snippet anterior.

Se houver baixa tensão na linha por 300 ms, significa que o receptor está fora do gancho de algum telefone. Em seguida, é preciso verificar se há nível baixo na entrada do Itel, ou seja, reconhecer se o fone está fora do telefone conectado pelo aparelho, ou do aparelho conectado direto na linha. Quando o telefone "próprio" está envolvido, o programa deve mudar para o modo de leitura do número discado nele, caso contrário, a discagem deve ser bloqueada. Então vamos adicionar duas linhas ao programa:

btfsc Itel

bloqueio de chamada

A sub-rotina Bloquear realiza a função de bloqueio de discagem. Em sua forma mais simples, seu algoritmo de operação pode ser assim: um nível alto é definido para a saída Key e a linha é fechada para o resistor R3. Depois de algum tempo, por exemplo, depois de 1 s. um nível baixo é definido em Key e após um pequeno atraso (cerca de 20 ms) é verificado. o tubo não está no lugar. Se o tubo não for colocado, novamente um nível alto é aplicado à chave e esse ciclo se repete. Caso contrário, a instrução goto_begin é executada e o programa é reiniciado. Não vamos considerar o texto assembler desta sub-rotina, pois é bastante simples e não requer comentários especiais.

Em seguida, o número discado no telefone é lido. Conforme observado acima, a discagem é uma série de pulsos que precisam ser recalculados. Iremos ler o número de discagem usando a entrada Itel, embora também possa ser feito usando Uline. O código assembler desta parte do programa é mostrado na Tabela. 7.

No loop identificado como _dial_01, o programa aguarda o início da discagem de um dígito. Ao mesmo tempo, chama constantemente a rotina de inicialização lnit e define um nível baixo no portão da chave K1. Isso é necessário para evitar congelamentos ao iniciar o dispositivo ou em caso de falhas devido a interferências externas. Se você não redefinir a saída da chave, pode ser assim. que haverá um nível alto nele, a linha fechará em R3 e a tensão cairá. Como resultado, o programa nunca sairá desse loop. Se o registro TRISB não for inicializado (o que é feito na sub-rotina lnit), então, como resultado de uma falha, a linha Key pode ser programada como entrada e a chave K1 será aberta pela carga acumulada no portão, o que novamente levará a um travamento do programa. Para evitar isso, um resistor com resistência de cerca de 200 kΩ é conectado entre a porta K1 e o fio comum.

Depois que um nível alto aparece no Itel, o contador de pulsos recebidos é zerado. Além disso, com o sinalizador Supress apagado, cuja finalidade será explicada a seguir, é chamada a sub-rotina Delay10, que realiza um atraso de 10 ms. O texto desta sub-rotina não é dado aqui, pois é bastante simples. O mesmo se aplica a uma sub-rotina semelhante de atraso de 80ms.

Em seguida, verificamos se a tensão na linha aumentou. Caso contrário, considera-se que a queda de corrente no telefone é causada por uma queda de corrente na linha, e não pela operação do discador, e o programa retorna para o rótulo _dial_0l. Caso contrário, é inicializado um contador, formado pelos registradores Counterl o e CounterHi, por um tempo de 400 ms. Se durante esse período o nível alto no Itel não desaparecer, podemos supor que o telefone foi desligado e o controle será transferido para o início, ou seja, para o rótulo _begin.

Quando ocorre um nível baixo, um atraso de 10 ms é feito para proteger contra o salto dos contatos do discador e, em seguida, o contador de pulsos recebidos é incrementado e o contador de tempo é inicializado em 100 ms. Quando um novo pulso aparece, o programa executa ações semelhantes e, se um novo pulso não for detectado em 100 ms, considera-se que a discagem do dígito foi concluída e o contador de dígitos recebidos é incrementado.

Em seguida, você precisa processar o dígito recebido. Em nosso exemplo, é necessário desativar o acesso às comunicações de longa distância com uma senha. Presume-se que a comunicação de longa distância pode ser alcançada discando o número "8" imediatamente após levantar o fone do gancho. Um fragmento do programa para este caso é mostrado na Tabela. 8.

Se os sinalizadores Supress e Parol forem redefinidos, e depois de levantar o monofone e discar o primeiro dígito, esse é realmente o caso. em seguida, o programa verifica se o dígito discado é igual a oito. Se essa igualdade for verdadeira, os sinalizadores Supress e Parol são ativados. A configuração do sinalizador Supress leva ao fato de que, no momento em que a linha é aberta pelo discador, um resistor R80 é conectado a ele por 3 ms, de modo que a discagem de um dígito na linha não é pulada. No entanto, o programa ainda tem a capacidade de recalcular os pulsos de discagem após desconectar o resistor R3 da linha.

Se o dígito da senha inserido corresponder ao dado, ambos os sinalizadores são redefinidos e o controlador para de bloquear o conjunto de dígitos. Se a senha for digitada incorretamente, apenas a bandeira Parol é zerada, e o conjunto continua bloqueado até então. até que o telefone seja desligado.

O diagrama de tensão na linha telefônica ao discar o número "2" é bloqueado é mostrado na fig. 6.

No tempo t, a linha é aberta pelo discador. Então, no intervalo de tempo t0 -t1, a tensão aumenta até que o controlador a detecte. Além disso, no momento t1. O resistor R3 está conectado. No tempo t2, o pulso do dial termina, e no tempo U, o resistor R3 é desligado.

Assim, apenas pulsos curtos serão passados ​​para a linha desde o momento em que a linha é aberta até que o resistor R3 seja ligado. A maioria dos PBXs não será afetada por esses pulsos; no entanto, em algumas centrais telefônicas eletrônicas, eles podem ser percebidos como discando. Para se livrar desses pulsos, você pode bloquear o conjunto não com um resistor, mas com um diodo zener. Neste caso, o algoritmo de operação do programa deve ser alterado para que o diodo zener não seja conectado por 80 ms. como resistor R3. mas constantemente. Nesse caso, se a linha for interrompida durante a discagem, a corrente fluirá pelo diodo zener e, quando a linha for fechada, pelo telefone. Este método de bloqueio de discagem é usado no switch descrito em [2].

Considere agora a operação do dispositivo, cujo esquema é mostrado na Fig. 7. É um bloqueador de telefone paralelo com um determinado conjunto de funções de serviço adicionais. O bloqueador foi concebido para ligar dois aparelhos telefónicos (SLT) a uma linha com possibilidade de prioridade ao levantar o auscultador no primeiro telefone.

A prioridade para SLT 1 permite que uma linha livre seja transferida para este telefone, mesmo que esteja em uso por outro telefone. Neste caso, antes da desconexão, o assinante TA2 receberá um sinal de alerta e um tempo de cerca de 6 ... 7 s para encerrar a conversa. Esse recurso permite tornar a presença de um segundo telefone o mais discreta possível para o proprietário do primeiro. Ele pode ser ativado ou desativado com a chave seletora SA1. Com a chave seletora SA2, você pode definir este modo de operação TA2 para uma chamada recebida, quando ele começa a tocar após a terceira chamada.

O bloqueador é feito em um controlador PIC12C508-04/P barato e de tamanho mínimo.

Ambos os telefones são conectados através das teclas atuais VT1 e VT2. Cada um dos telefones é controlado por corrente usando optoacopladores U1.1 e U1.2. O sinal de chamada recebida é monitorado através do divisor R4R5.

As chaves de alternância SA1 e SA2 são ligadas de forma que sua posição possa ser determinada aplicando um nível baixo às portas dos transistores VT1 e VT2. Nesse caso, a saída do sistema de controle de corrente do telefone será baixa quando a chave seletora estiver fechada e alta quando estiver aberta. Essa inclusão não requer saídas de processador separadas e permite que você tenha apenas cinco linhas de controlador disponíveis para todo o bloqueador.

No entanto, há um recurso que causou o uso dos resistores R9 e R10. Na sua ausência (ou seja, quando os sinais são aplicados diretamente dos coletores do transistor optoacoplador às entradas do controlador), no momento em que o dispositivo é conectado, pode surgir uma situação em que, por exemplo, as saídas GP2 e GP3 serão programadas como saídas com zero e um sinais em cada, respectivamente. Se ao mesmo tempo a chave seletora SA1 for fechada, uma corrente fluirá pelo diodo VD3, que, devido à baixa potência da fonte de alimentação, não permitirá que a tensão de alimentação atinja o nível necessário. O gerador de relógio não poderá iniciar e o dispositivo não funcionará. Essa corrente deve ser limitada, e é para isso que servem esses resistores.

O programa bloqueador é construído de forma semelhante ao discutido acima. No ciclo inicial, ocorre a inicialização e o ajuste de um nível alto para as portas dos transistores VT1 e VT2. Este ciclo também monitora o estado dos telefones e verifica se há sinal de chamada recebida. Depois de pegar o fone, ambos os telefones são desligados por um curto período de tempo e a posição dos interruptores SA1 e SA2 é determinada. Seu estado é armazenado nos sinalizadores de programa correspondentes.

Em seguida, o programa entra no modo de espera de discagem. Neste caso, se o monofone for removido do TA2 e com a chave SA1 fechada. após um curto intervalo de tempo, o primeiro telefone é conectado à linha. Isso permite que a função de prioridade seja fornecida. Se você começar a discar no TA2, o primeiro telefone será desligado novamente para evitar tocar durante a discagem. Após o término da discagem do último dígito, ele será conectado novamente.

Se a chave de alternância SA1 estiver aberta, o TA1 não se conectará à linha e o dispositivo funcionará como um bloqueador de telefone paralelo normal.

No caso de pegar o fone no TA1 enquanto fala no segundo telefone, o dispositivo gera um sinal de alerta curto aplicando uma tensão de audiofrequência na porta VT2. TA1 desconecta e um atraso de 6...7 s é formado para dar ao assinante TA2 a oportunidade de encerrar a conversa. Depois disso, um sinal é dado novamente, o TA2 é desligado e após 1 s a linha é transferida para o primeiro telefone. Assim, a função de prioridade para o primeiro telefone é implementada.

Uma chamada recebida é processada pelo programa da seguinte forma. Quando um nível alto aparece no resistor R5, o programa lê o estado das chaves SA1. SA2 e quando SA2 está fechado, desconecta TA2 da linha. Em seguida, o controlador recalcula o número de períodos na chamada. Se este número for menor que o especificado em uma das constantes do programa, considera-se que houve uma interferência na linha e não uma chamada. Em seguida, a execução do programa começa novamente. Caso contrário, o conteúdo do contador de mensagens aumenta e o programa espera que o fone seja retirado de um dos telefones ou que apareça uma nova chamada. Isso acontece em cerca de 8 segundos. Se durante este tempo o monofone não foi levantado e a próxima mensagem não foi recebida, podemos assumir que o sinal de chamada terminou e a execução do programa recomeça.

Quando a próxima mensagem é detectada e quando o número de pontos nela é maior ou igual ao especificado na constante do programa, o contador de mensagens é incrementado. Quando este contador atinge o estado 3 (esse número é definido na seção de constantes do programa e pode ser alterado), TA2 é conectado à linha. como resultado, ele também emitirá um sinal de chamada a cada próxima parcela.

O circuito R13C2 define a frequência do oscilador interno do controlador. Com as classificações indicadas no diagrama, é de 50 kHz ± 10%. Os LEDs HL1 e HL2 indicam um telefone ocupado e, usando HL3, você pode determinar a polaridade da linha quando conectada.

O bloqueador é montado em uma placa de circuito impresso de fibra de vidro laminado unilateral (Fig. 8).

Ao soldar o controlador, o temporizador do watchdog deve ser desabilitado.

O texto do programa para o dispositivo na fig. 7

Literatura

1. Kialuk A. I. Manual sobre o dispositivo e reparo de aparelhos telefônicos de produção estrangeira e nacional. - M.; Antelcom. 1999.
2. Kulakov V. Interruptor de microprocessador de telefone 1x5 - Rádio. 1999. Nº 10. p.30-32.

Autor: V.Kulakov, Rostov-on-Don

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