FSK制式来电信息采集器的研究与设计

赵羿然 陈 玮 邹光远 刘桂红 伍子健 刘宇杰 杨海严 崔泽华 罗 敏

（邵阳学院，湖南 邵阳 422004）

FSK制式来电信息采集器的研究与设计

赵羿然 陈 玮 邹光远 刘桂红 伍子健 刘宇杰 杨海严 崔泽华 罗 敏

（邵阳学院，湖南 邵阳 422004）

依据来电显示技术规范，利用HT9032C实现FSK制式来电显示信号的解调。IAP12C5A62S2单片机通过外部中断检测解码成功之后，将串口2接收到的解调数据进行处理。实际运行证明本文所设计的来电信息采集器实现了预设的来电信息采集功能。

来电显示；采集器；STC12C5A62S2；HT9032C

1．引言

在销售、咨询、售后等依托固网座机电话实现客户、商家交互的服务行业中，采取全程人工问询的传统话务模式工作的话务员往往疲于重复和应答惯例的基本信息问询工作，降低了服务效率。随着信息技术的进步，有序可循的工作完全可以由信息处理系统完成，而话务员则专注于处理个体突发随机事件。本文研制的来电信息采集器可以做为信息管理系统[1]的子系统使用，不仅可以让客户享受更轻便、愉快的服务，而且可以提升企业形象和工作效率。

来电显示[2]是电信运营商主叫识别信息传送及显示业务的简称。该业务主要向被叫用户提供主叫号码、呼叫时间和日期等主叫识别信息。具体的来电显示数据传送制式有频移键控(Frequency-Shift-Keying，简称FSK)和双音多频(Dual Tone Multi Frequency，简称DTMF)。我国大多数地区采用FSK做为主要的CID来电显示数据传送制式，此方式的优点是效率高、信息量大，可传送主叫号码、姓名、日期和时间等信息。

2．来电信息采集器方案设计

来电信息采集器的设计依照模块化设计思路和项目驱动式[3]方法实施，要求来电信息采集器从电话线路来电显示信号中识别出来电号码、时间等数据。系统原理框图如图1所示。当来电信息采集器所接电话线路出现振铃信号时，FSK信号解调模块从电话线路上解调出含来电显示数据的基带信号送入单片机，再由单片机对来电信息进行处理，从而实现来电信息的采集。

图1 来电信息采集器原理框图

3．来电信息采集器硬/软件系统设计

中国电信的线路支持FSK和DTMF双制式（具体取决于本地电信话务局交换机是采用FSK还是DTMF制式传送主叫识别信息）。比较简易的方法是通过双制式来电显示电话测试线路制式：响铃前显示来电号码的电话线路为DTMF制式；响铃后（1-2声间）显示来电号码的电话线路为FSK制式（来电信号的发送时序是在第1次振铃与第2次振铃之间）。

3．1 来电信息采集器电路设计

通过RIGOL DS1062C数字示波器接地夹、探头分别连接电话信号解码电路板的地和任一电话信号输入端测得本地（湖南省邵阳市）电信话务交换机发出的振铃信号频率约为26．8Hz、振铃电压约为77V，符合BELL202规格和FSK v.23协议（振铃频率典型值为25HZ，变化范围：15～75HZ；振铃电压典型值为75V，变化范围：60～90V）。另外，由于FSK制式标准里面含有时间信号，而DTMF没有。所以，也可以先将测试用电话机（步步高130M来电显示有绳电话HCD007(130)TS）的时间调乱，再用手机拨打该机电话，响铃（无需接听）一会后，再看电话机的时间。如果时间可以自动校正回来，则表示线路是FSK制式的，如果不能自动校正，则表示线路是DTMF制式的。此法同样确认了本地电信线路为FSK制式。

信号解调电路的核心器件具体选用灵敏度较高且具有一定抗干扰性的FSK解码芯片HT9032C[4]。HT9032C是Holtek生产的接收电话线路物理层所传输信号的低功耗、高输入灵敏度的CMOS集成芯片，可以满足Bell TR-NWT-000030和ITU-T V.23规范来电显示信号的解码，工作电压范围3.5V-5.5V，具有振铃检测输入和输出、载波检测输出、掉电模式。可应用于功能电话、来电显示识别盒、传真与应答机器、计算机和电话接口产品、ADSL产品的设计。信号解调电路如图2所示。

图2 信号解调电路

HT9032C工作在上电模式时，芯片功耗为3.2mW，此时可以检测振铃信号[5]有效，以RDET引脚电平值变低作为振铃信号有效的标志；振铃信号消失后，RDET脚电平立即恢复为高。

当检测到电话线路上的有效载波信号时，CDET引脚电平值变为低。内部迟滞功能允许瞬间从载波中退出。载波检测的典型采样时间为14ms，载波信号消失至少8ms后该引脚变为高电平。

第1、2次振铃间，HT9032C把传输速率为1200b/s的FSK信号（逻辑1时，信号频率为1200±12Hz；逻辑0时，信号频率为2200±22Hz）解调成串行异步二进制数据。DOUTC脚输出处理过的主叫识别数据；DOUT脚输出包括信道占用信号(由一组300个连续的0和1交替组成，第1位为0，最后1位为1，在通话状态下信道占用信号不发送)、标志信号(由180个〈挂机状态下〉或80个〈通话状态下〉标志位〈逻辑1〉组成，即持续的高电平)，以及主叫识别信号的原始数据。

来电显示解码芯片HT9032C的CDET引脚接STC单片机IAP12C5A62S2[6]的外部中断0，当检测到主叫识别信号的有效载波时，CDET脚电平发生下跳变，触发IAP12C5A62S2单片机的外部中断0。

HT9032C的DOUTC引脚接IAP12C5A62S2单片机的串口2，当HT9032C解调出FSK基带信号后，产生传送速率为1200b/s的信号，IAP12C5A62S2单片机通过波特率设定为1200b/s的串口2接收FSK解调后的数据（10位合成字节数据的起始位是0，结束位为1，中间8位为数据位）。最后，根据主叫识别的单数据消息格式提取所需的消息位，得到来电信息数据。

3．2 来电信息采集器软件设计

来电信息采集器中单片机部分的软件采用Keil C51 μVision集成开发环境开发，以汇编语言编程实现具体功能。

来电信息采集器主程序实现单片机外部中断和异步串口接口的初始化。STC单片机IAP12C5A62S2通过串口2接收HT9032C的解码数据，串口2的收发缓冲器S2BUF的地址码是9BH。串口2只能使用独立波特率发生器BRT，地址为9CH，复位值为00H。此外，辅助寄存器AUXR的独立波特率发生器计数控制位BRTx12为0时，每12个时钟周期独立波特率发生器计数加一；BRTR位为1时，允许独立波特率发生器运行。程序流程见图3。

图3 来电信息采集器主程序流程图

IAP12C5A62S2单片机上电后，通过串口初始化设定串口2为10位UART通信方式，波特率为1200b/s，串口2以片内独立波特率发生器作为波特率发生器。独立波特率发生器BRT寄存器中保存的重装时间常数为十六进制值D8。

来电信息采集器通过中断服务程序实现来电显示号码数据的收发以及处理。IAP12C5A62S2单片机中断0初始化为下跳变触发方式，以响应HT9032C检测到有效载波信号后CDET引脚产生的下跳变。来电信息采集器仅有1个中断源，初始化时不需要考虑优先级顺序。程序流程见图4。

进入中断服务程序后，IAP12C5A62S2单片机逐字节接收来自串口2的来电显示信号解码数据并存入RAM区，之后根据来电显示数据格式进行处理。

4．来电信息采集器制作及测试

测试阶段按5倍量采购制作实物所需的元器件，核心器件可以向公司原厂或办事处、区域代理商申请样片。信号解调电路的PWB采用感光制板法[7]制作（如图5所示），用到的仪器设备包括：精密手动裁板机、单面自动曝光机、台式自动喷淋腐蚀机、高精度微型台钻。

图5 来电信息采集器PWB实物图

实物测试用到的测量仪器和设备有RIGOL DS1062C数字示波器、胜利仪器折叠式大屏幕数字万用表VC9804A；用到的硬件有STC单片机ISP编程器/烧录器、步步高130M来电显示有绳电话HCD007(130)TS；用到的软件有stc-isp-15xx-v6.61下载编程烧录软件。

制作来电信息采集器PCB时，由于采用标准生产的无极性电容无0．2uF容量值，所以实际制作时C1、C2、C17以两个0.1uF的104电容并联。另外，HT9032C解码芯片采用独立时钟电路时，X1和X2脚需分别外接独立晶振的两端，否则不能起振。

电话公网线路TIP、RING线上的信号为交变信号，不存在极性问题，所以将其接入来电信息采集器HT9032C解码电路时，无需对应。

电话线路上存在50V左右的电压。来电信号采集器的上电测试分不接入电话线路和接入电话线路两种情况：

(1)不接入电话线路直接上电后，通过胜利VC9804A数字万用表测得HT9032C的DOUT、DOUTC、RDET、CDET引脚均处于高电平，说明芯片初始工作状态正常。

(2)接入电话线路再上电后，通过RIGOL DS1062C数字示波器接地夹连接来电信息采集器PCB的地端，探头连接晶振任一引脚焊盘，可以观察到稳定的时钟信号。测试中，为了确保FSK解码芯片正常工作，需要PDWN引脚在VDD上电和晶振振荡稳定后，才能拉低；否则会导致复位不良。为了确保HT9032C在时钟信号稳定后再进入上电工作模式，测试过程中，先是将PDWN外接RC电路，0.1uf的C12电容104换成了1uf的105，以延长PDWN下降的时间。来电信息采集器PCB实物图（如图6所示）中底面焊接的无极性电容是为了使PWDN引脚电平变低所做的改进。

图6 来电信息采集器测试实物图

HT9032C解码芯片进入上电模式后，通过RIGOL DS1062C数字示波器观测RDET、CDET、DOUT、DOUTC引脚均为高电平，PDWN引脚为稳定的低电平。通过RIGOL DS1062C数字示波器测试FSK解调芯片HT9032C的交流特性为：典型的起振时间为2ms，芯片进入上电模式到FSK信号上升时间最短为15ms，载波检测采集时间典型值为14ms，数据末位至载波检测信号恢复高电平最短耗时8ms。

振铃信号到来时，通过RIGOL DS1062C数字示波器观测到：RDET脚信号下跳变为低电平；载波信号到来后，CDET脚信号下跳变为低电平；DOUT和DOUTC引脚在非解码期间，一直保持高电平。符合HT9032C的工作时序[8]。

测试来电信息采集器输出时，将来电信息采集器的DOUTC引线通过杜邦线直连STC单片机ISP编程器/烧录器单排多针插座的P3.1接口（如图6所示），通过板载电平转换芯片MAX202E ESE与计算机进行串行通信。计算机运行stc-isp-15xx-v6.61下载编程烧录软件，选中串口助手选项卡并设置波特率1200、无校验位、1位停止位，然后打开串口1。

第1-2声振铃间，stc-isp-15xx-v6.61中串口助手接收缓冲区出现HT9032C解码输出的十六进制数据：

0x04，0x14，0x31，0x31，0x31，0x35，0x30，0x38，0x34，0x34，0x30，0x31，0x33，0x37，0x36，0x32，0x38，0x37，0x39，0x36，0x34，0x34，0xCF。

通过分析，为单数据消息数据格式，来电显示的时间为11月15日08时44分，来电号码为013762879644，校验字为0xCF。缓冲区所收到的所有数据和（包括校验位）按模256求和，结果为0，证明来电信息采集器的输出完全正确。

5．结束语

本文针对电信行业的CID业务及PSTN网络中的来电显示信号进行研究，并调研了市场上多种类似产品的功能，提出了FSK制式来电信息采集器的设计方案和详细的软硬件实现方法。本文所设计的来电信息采集器根据电信网络技术规范采集来电显示信号，然后将解码后的来电显示数据传输至系统内单片机中进行处理。经实物测试，证明本文所设计的来电信息采集器可以稳定、可靠地实现预设的来电信息采集功能。

[1]陈玮．来电信息管理系统研究与设计[D]．长沙：湖南大学，2013．

[2]YD/T 1277．1-2003，固定电话网主叫识别信息传送技术要求及测试方法第一部分：技术要求[S]．

[3]顾思思．项目驱动式教学法在我校文科类专业Access课程教学中的应用研究[J]．中国科教创新导刊，2012，20：154-156．

[4]高万兵．基于HT9032C的新型来电显示器设计[J]．新器件新技术，2010，3：49-51

[5]GB/T 5443-1985，电话自动交换网铃流和信号音技术指标测试方法[S]．

[6]Kan Wen．Chin．Type I caller ID using the HT9032[Z]．Holtek Semiconductor Inc．．

[7]陈玮，顾思思．高精度感光制板研究与实践[J]．邵阳学院学报(自然科学版)，2008，5(1)：33-36

[8]HT9032 Calling Line Identification Receiver Datesheet[Z]．Holtek Semiconductor Inc．，April，2000．

The Research and Design of FSK Calling Information Collector

Zhao Yiran Chen WeiZhou Guangyuan Liu Guihong Wu Zijian Liu Yujie Yang Haiyan Cui Zehua Luo Min
(Shaoyang University,Shaoyang 422004,Hunan)

tract】According to the specification of CID(calling identity delivery),this paper implements the FSK calling information demodulation using IC HT9032C.After IAP12C5A62S2 MCU judges decoding by external interrupt successfully,it processes the decoding data received by UART2.The real run of the system proves that this calling information collector can fulfill the default function.

words】CID;collector;STC12C5A62S2;HT9032C

赵羿然，女，云南个旧人，本科，研究方向：通信电路与系统。通信作者：陈玮，男，湖南邵阳人，本科，讲师，研究方向：嵌入式系统及应用。

国家级大学生创新训练计划资助项目，项目编号：201210547004；湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划资助项目，项目编号：湘教通[2012]402号文364项。