基于MT888O—DTMF的逆變電源的設計與開(kāi)發(fā)

雙音多頻(DTMF)編解碼通信具有抗干擾強、低成本、遠距離的特點(diǎn)。本文提出基于DTMF遠程通信的逆變電源系統。介紹DTMF收發(fā)控制器MT8880和三相PWM發(fā)生器SA8282的結構特性，由MT8880與單片機80C51和SA8282及IPM組成的基于DTMF技術(shù)的逆變電源，具有低成本高可靠遠程數據通信的功能，形成遠程遙測遙控逆變電源，擴大了逆變電源的應用范圍。

0 引言
在遠程測控系統中(或遠程多機控制系統中)可利用雙音多頻(dual tone multi frequency，DTMF)編碼技術(shù)通過(guò)電話(huà)網(wǎng)進(jìn)行低成本數據傳輸。DTMF是由一組低音頻信號和一組高音頻信號以一定方式組合構成，每組音頻信號各有4個(gè)音頻信號，而每種組合有一個(gè)高音頻信號和一個(gè)低音頻信號，共16種組合。主要用于電話(huà)撥號信息傳輸，具有很強的抗干擾能力，MT8880是DTMF型編解碼于一體的通信控制器專(zhuān)用芯片，具有收發(fā)功能，可實(shí)現DTMF遠距離數據傳輸。
逆變器是構成交流不間斷電源(UPS)及交流變頻調速系統的核心部分，可獨立構成系統成為變頻電源裝置，MITEL公司的推出的新型全數字化三相SPWM發(fā)生器SA8282，輸出頻率寬、精度高，可與微處理器接口，能完成外圍控制功能和保護功能，可實(shí)現系統的智能化設計。將單片機、SA8282和MT8880芯片結合起來(lái)設計成基于DTMF技術(shù)的逆變電源，具有低成本、高可靠遠程數據通信的功能，形成遠程遙測遙控逆變電源，擴大了逆變電源的應用領(lǐng)域。
本文介紹一種基于DTMF技術(shù)的逆變電源的設計，由AT80C51單片機、SA8282波形發(fā)生器和MT8880 DTMF及交直交主電路構成。SA8282和MT8880僅需要少量的外圍硬件而無(wú)需復雜的軟件編程，使得本系統的電路結構簡(jiǎn)單、成本低、控制方便、系統工作穩定可靠。

1 基于MT8880-DTMF數據遠程通信的逆變電源系統組成
基于MT8880-DTMF數據傳輸的逆變電源系統是通過(guò)電話(huà)網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸的遠程遙測遙控系統，由前端和后端組成，前、后端通過(guò)MT8880控制器進(jìn)行DTMF編、解碼傳輸和接收，如圖1所示。其中前端為逆變電源及數據傳輸單元，后端為主控顯示單元。前端以單片機80C51為核心，以SA8282波形發(fā)生器及7MBP75RA120的IPM功率模塊作為逆變電源的主要構件，通過(guò)MT8880進(jìn)行DTMF編碼經(jīng)普通電纜線(xiàn)(電話(huà)線(xiàn))長(cháng)距離傳輸到后端的MT8880進(jìn)行接收解碼處理。后端主控單元由單片機80C51、MT8880和按鍵、顯示屏等組成，MT8880對接收的DTMF信號解碼為BCD碼送單片機80C51進(jìn)行處理、顯示。后端主控單元將命令字通過(guò)MT8880傳輸到前端，實(shí)現前、后端雙工遠程數據傳輸。

2 MT8880-DTMF的特性與收／發(fā)設計
根據CCITT的建議，DTMF的編譯碼定義如表1所示，每個(gè)數字信號由低頻組和高頻組兩組頻率信號任意組合構成，是采用八中取二的方式來(lái)構成一個(gè)音頻信號，由虛假信號的干擾，所以應用特別廣泛。DTMF數字信號的表達式為：

上式中兩項分別表示低、高音群的值，A和B分別表示低音群和高音群的樣值量化基線(xiàn)。CCITT規定的表1中標程頻率在發(fā)送時(shí)，DTMF信號的頻率誤差不得超過(guò)1．8％，每位數字的信號極限時(shí)長(cháng)大于40ms，而接收設備對2％的偏差能可靠地接收，對30～40ms的信號時(shí)長(cháng)可以正常地接收。

2．1 MT8880的特性
MITEL公司采用ISO-CMOS工藝制造的MT8880C是帶有呼叫處理濾波器的單片DTMS收發(fā)器，具有低功耗、高穩定性的特點(diǎn)。整合了收發(fā)功能的MT8880C的內部結構如圖2所示，包括一個(gè)帶有可變增益的內部放大器的高性能接收器和一個(gè)帶有脈沖計數器的發(fā)射器，接收部分采用DTMF信號接收器MT8870的工業(yè)制造標準；發(fā)送部分采用開(kāi)關(guān)電容進(jìn)行D／A轉換。MT8880C具有標準的微處理器總線(xiàn)與MCS-51系列單片機直接接口。 MT8880的內部寄存器包括1個(gè)狀態(tài)寄存器、2個(gè)數據寄存器和2個(gè)控制寄存器。內部寄存器提供一個(gè)群模式，在雙音頻群模式下DTMF信號按精確的時(shí)序被發(fā)送出去，MT8880通過(guò)微處理器控制選擇內部呼叫處理濾波器呼叫音頻信號。管腳定義為，IN+、IN-：運放輸入；GS：Gain Slee-t，運放輸出端；REF：參考電壓；Vss電源負極；OSC2：時(shí)鐘輸出；OSC2：DTMF時(shí)鐘／振蕩器輸入，采用3．579545MHz的時(shí)鐘；R／W：讀寫(xiě)控制；CS：片選；RSO：寄存器選擇；CK：系統時(shí)鐘輸入；IRQ／CP：中斷請求／呼叫處理，向CPU發(fā)中斷申請。當選擇了呼叫處理模式時(shí)，輸入信號線(xiàn)上有呼叫信號時(shí)輸出就發(fā)出與之相應的方式信號；D0～D3：數據線(xiàn)；Est：滯后前輸出。當檢測到有效音頻對時(shí)，就變?yōu)楦唠娖?，信號條件不滿(mǎn)足時(shí)又立刻返回低電平；St／Gt：滯后輸出／保護后輸出。當電壓高于VTST時(shí)，保存檢測到的音頻對，同時(shí)更新輸出鎖存器內容。當電壓低于VTST時(shí)，芯片就可重新接收新的音頻對。Gt的輸出對滯后時(shí)間常數有影響，它的狀態(tài)是Est和加到St的電壓的函數；VDD：電源正極。

2．2 MT8880與單片機接口及收／發(fā)設計
MT8880與單片機80C51接口及收／發(fā)設計如圖3所示。MT8880的D0～D3與80C51的P1．0～P1．3相連，80C51的P1．4～P1．7分別與MT8880的CK、RSO、CS和R／W相連，MT8880的中斷申請IRQ連接到80C51的INT0端。

當MT8880作為DTMF接收器時(shí)，DTMF信號送到MT8880的IN+和IN-端，經(jīng)運算放大器放大并濾除信號的撥號音頻率，然后送到兩組六階開(kāi)關(guān)電容式帶通濾波器，分離出低頻組和高頻組信號。通過(guò)數字計算方式檢出DTMF信號的頻率，并通過(guò)譯碼器按表1譯成4位二進(jìn)制碼，存儲在接收數據寄存器中，在需要時(shí)被送到數據總線(xiàn)D0～D3上。此時(shí)狀態(tài)寄存器中的延時(shí)控標識位b3復位，狀態(tài)寄存器中的接收數據寄存器滿(mǎn)標識位b2復位。若MT8880設置為中斷工作方式，那么當標識位b3復位時(shí)，IRQL由高電平變?yōu)榈碗娖?，向CPU發(fā)出中斷申請，當CPU響應中斷，讀出寄存器中的數據后，IRQL返回高電平。
當MT8880作為DTMF發(fā)送器時(shí)，數據總線(xiàn)D0～D3上4位二進(jìn)制碼被鎖存在發(fā)送數據寄存器中，發(fā)送的DTMF信號頻率由3．579545MHz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器從基準頻率中分離出8個(gè)不同頻率的正弦波，行列計數器根據發(fā)送數據寄存器中的數據，以八中取二的方式分離出一個(gè)高頻信號和一個(gè)低頻信號，經(jīng)開(kāi)關(guān)電容作D／A轉換，在加法器中合成DTMF信號，并從TONE端輸出。
MT8880每接收一個(gè)外部信號IROL由高變低一次，IRQL接80C51的中斷INT0(P3．2)，單片機在中斷期間將數據D0～D3從MT8880讀入內部數據存儲器，中斷服務(wù)后，IRQL由低變高，開(kāi)始接收下一個(gè)信號(設計時(shí)應注意中斷時(shí)間小于撥號內部數字時(shí)間間隔)。當對外發(fā)布命令時(shí)，80C51將內部數據D0～D3傳送到P0口，然后再從P0口傳送到MT8880的D0～D3，數據在MT8880中經(jīng)雙音頻調制后從TONE腳輸出DTMF信號。
MT8880的OSC1、OSC2接3．55MHz晶振，EST和St／Gt端外接RC積分電路，使解碼數據產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)，讓CPU可正確讀取數據。

3 基于MT8880遠程通信的逆變電源及其主電路設計
基于MT8880的數據遠程通信的逆變電源的前端系統組成如圖4所示。由電壓型逆變電源和DTMF MT8880遠程通信等兩大部分組成，包括單片機80C51與LED、按鍵的接口、80C51與SA8282波形發(fā)生器的接口和80C51與DTMF通信控制器MT8880的接口，以及SA8282控制的7MBP75RA120 IPM功率模塊作為逆變電源的主電路等4大接口設計。

其中電壓型逆變電源分為主電路和控制器兩部分。主電路采用交直交(AC／DC／AC)電源型變頻器結構，由整流器、中間濾波器、逆變器和隔離變壓器構成。輸入功率級采用簡(jiǎn)單可靠的三相橋式不可控整流器，將電網(wǎng)交流電整流成直流，經(jīng)中間濾波器濾波獲得平滑的直流電壓，逆變器開(kāi)關(guān)采用富士公司的40KHz兩單元IGBT7MBP75RA120IPM功率模塊三組(六只)組成三相H橋式電路。逆變電源的輸入、輸出之間為實(shí)現電氣隔離和滿(mǎn)足輸出電壓幅度的要求，在逆變電源中必須有變壓器，對于三相變頻電源采用在輸出端接入變壓器△／Y進(jìn)行隔離變壓，以減小電源的體積和重量。
由單片機AT89C51、SPWM發(fā)生器SA8282、驅動(dòng)器HLA02B和檢測數