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电话来电显示装置电路原理图见图2-4，由信号隔离、电话线路状态判断、DTMF解码、FSK解码、单片机、USB转串口单元组成。
电路板外部接口有电话线路、计算机的USB接口和声卡，这两部分需要隔离，隔离不好的现象是电话有严重杂音，同时无法解码。隔离电路分交流信号隔离和直流信号隔离，图2-4中的电容C11和隔离变压器T1组成交流信号隔离电路，隔离后的信号分别进入FSK解码电路、DTMF解码电路和计算机声卡音频录音电路；直流信号的隔离由光耦U5完成。电话线路上有振铃信号时会出现100V左右的交流电压，电容C11和三极管Q1、Q2的耐压至少要达到160V。
从电话线路电压变化看电话有挂机、振铃、摘机3种状态，挂机状态线路电压为DC45V左右，振铃状态线路电压为AC100V（频率25Hz）左右，摘机状态线路电压为DC10V左右。
线路状态判断电路由整流桥D1、电阻R1~R5、三极管Q1～Q2和光耦U5组成，整流桥的作用是极性变换，电话接线时不分正负极，需要用整流桥保证后面电路的极性不变。振铃信号是交流信号，经过整流桥变为直流脉冲，相当于全波整流，脉冲频率是交流信号频率的2倍即50Hz。挂机状态线路电压高，R1和R2分压后能使三极管Q1导通，三极管Q2截止，光耦U5输出截止，STA端为高电平。摘机后线路电压降低，三极管Q1截止，三极管Q2导通，光耦U5导通，拉低STA端为低电平。同理，当线路为振铃状态时，STA端为50Hz脉冲信号。
单片机用外部中断INT1对STA端脉冲计数，主程序中检测SAT端电平，当检测到STA端变低时，延时100ms。如果100ms内脉冲计数大于3，判为振铃状态；如果计数小于3且STA端仍为低电平判为摘机状态；在摘机状态时检测到STA端变高，延时100ms后STA端仍为高电平，判为挂机状态。
图2-4 电话来电显示装置电路原理图
U4（HM9270D）引脚PWDN接地，始终处于工作状态；外接3.58MHz晶振，时钟信号经电容C8提供给U3使用；锁存端TOE接电源正极时不锁存，输出数据随输入变化，信号处理部分外接电路按HM9270D数据手册参考电路连接，实测HM9270D解码输出波形见图2-5；INH端内部有下拉电阻，未接线时为低电平，能解所有码。
图2-5 HM9270D解码输出波形
DTMF来电显示信息在第一次振铃之前由交换机发送过来，正常拨号在摘机状态才能实现，上位机由此可以判断出挂机状态发来的号码是来电显示，摘机状态发来的号码是拨号号码。DTMF来电信息的另一个特点是号码前或后有非数字码，上位机显示DTMF来电号码时，要去掉非数字码。
U3（HT9032D）时钟信号由U4提供，HM9270D数据手册中信号输入用的是电容隔离，TIP端和RING端都接线，才能构成完整的信号回路。本设计使用了变压器隔离，信号只接TIP端，RING端内部钳位至1/2 VDD，通过VSS端构成信号回路。引脚PDWN受单片机控制，在第一次振铃和第二次振铃之间拉低，U3工作于解码状态，解码信号从引脚DOUT输出。用串口调试软件观察HT9032D解码信息输出如图2-6所示，在有效信息前后都有杂乱的其他信息。从文本模式可以看到有效的信息“04300724”代表4月30日7:24，“13945900286”是来电号码，一系列“U”是前导码“01010101”，对应HEX模式中的一系列0x55（注：在图2-6中显示的数据是55，这里在55前加0x表示55是十六进制数据，下同）；从HEX模式可以看到一系列0x55后面的信息“80 2B 01 08 30 34 33 30 30 37 31 37 02 0B 31 33 39 34 35 39 30 30 32 38 36”与表2-3中的数据格式是一致的。
图2-6 HT9032D解码信息输出
图2-6 HT9032D解码信息输出（续）
从这些杂乱的信息中提取有效信息的方法是寻找帧头0x80，为避免误判，对前导标志0x55计数，连续计满20个以上再遇到0x80才是帧头，找到帧头后通过参数2的长度可确定电话号码。对于数据格式1的情况，遇到0x04才是帧头，用消息长度减去8个固定的时间长度就是电话号码长度，由此可确定电话号码。
单片机与上位机通信是通过USB转串口芯片CP2102实现的，CP2102内置振荡器，外围元件少，采用QFN-28封装，尺寸仅为5mm×5mm，占用空间小，适合在较小尺寸的电路板上使用。使用过程中，在部分计算机上会出现同时接入2个CP2102时只能识别1个的情况，这可能与计算机操作系统有关，这种情况用厂家的设置软件把其中1个的识别码改成不同的就可以了。
单片机和U3通信的参数是1200，和上位机的通信参数也只能是1200。单片机U1的RxD端分别连接了U3的DOUT端和U2的TXD端。因为U2、U3数据输出端上拉作用较强，需要用二极管D2、D3隔离开，当其中一方通信时，另一方的高电平不会影响其通信。