Журнал «Компоненты и технологии» №2 2002 г.
Евгений Крылов Люди старшего поколения отлично помнят тяжелые черные телефонные аппараты с вращающимся диском, который приходилось крутить до мозолей на пальцах, чтобы заказать, например, билеты на поезд. Сегодня телефоный аппарат - это не только красивый, изящный элемент интерьера, но и надежный помощник делового человека, собеседник одинокого человека, посредник нуждающихся в общении людей.
Современный телефонный аппарат не только с высоким качеством воспроизводит голос говорящего на другой стороне земного шара, но и автоматически дозванивается до нужного номера, сообщает о звонках и звонивших в отсутствие абонента, причем нормальным человеческим голосом, позволяет работать с автоматическими справочными и обещает в перспективе множество других возможностей.
Естественно, что современный телефонный аппарат не мог быть создан без совершенствования как техники и технологии телефонной связи, так и техники и технологии полупроводниковых приборов, техники и технологии микроэлектроники.
Микросхемы, используемые в телефонных аппаратах, изготавливаются большим количеством крупных и не очень крупных фирм. Мы же рассмотрим номенклатуру микросхем для телефонии, изготавливаемых ведущей тайваньской фирмой Winbond. У нас эта компания пока еще не так хорошо известна, но о продукции уже можно получить информацию на русском языке на сайте официального партнера Winbond, российской фирмы Rainbow Technologies (www.rtcs.ru).
Вначале рассмотрим наиболее общую для всех телефонных аппаратов номенклатуру ИС набора номера.
Номенклатура ИС набора номера фирмы Winbond очень широка - свыше 25 серий, и каждая серия состоит из нескольких приборов, отличающихся, в основном, набором встроенных функций и некоторыми временными характеристиками, ориентирующими приборы на использование в определенных регионах мира, например во Франции. Основные отличия серий заключаются в объеме памяти номеров и ее типе (есть серии с энергонезависимой Flash памятью - серии с индексом F), в формате подключаемых клавиатур, наличии встроенных контроллеров ЖК дисплеев. Основные характеристики ИС набора номера приведены в таблице 1. Гораздо больше у этих серий общих функций.
Общие функции

• Набор номера в тоновом или импульсном режиме с возможностью оперативного переключения клавишей "*/T"
• Запоминание последнего набранного номера
• Сохранение в памяти паузы переключения от импульсного набора к тоновому в виде цифры
• Значение паузы между нажатями клавиш 3,6 секунд (в ряде случаев 2,0 секунды)
• Соотношения длительности импульса набора и паузы между импульсами 2:3 или 1:2, что определяется состоянием вывода MODE
• Скорость набора 10 или 20 импульсов в секунду, устанавливаемая внешними выводами
• Встроенный сброс по подаче питания
• Использование кварцевого кристалла или керамического резонатора на частоту 3,579545 МГц
• Напряжение питания от 2,0 до 5,5 В (только у приборов с индексом F нижняя граница напряжения питания на уровне 2,4 В)
• Потребление, в основном, 0,4 мА (тоновый режим) и 0,2 мА (импульсный режим). До 0,6 и 0,4 мА потребление поднимается у приборов, оснащенных встроенными контроллерами ЖК дисплеев.

Также к категории ИС набора номера фирма Winbond относит генератор тона W91082N, взаимодействующий по последовательному каналу с микроконтроллером. Микроконтроллер посылает 5-разрядные коды, в соответствии с которыми прибор W91082N генерирует и выдает на выход DTMF 16 двухтоновых и 8 однотоновых сигналов. Как и все ИС набора номера этот прибор работает с кварцевым кристаллом или керамическим резонатором на частоту 3,579545 МГц, напряжение питания может быть в диапазоне от 2,0 до 5,5 В и потребление не превышает 0,4 мА. Прибор размещен в 8-выводном корпусе DIP. Фирма отмечает, что этот прибор может быть использован в разнообразных применениях - от беспроводных телефонов и офисных АТС до систем идентификации позвонившего человека.
Итак, был упомянут микроконтроллер. Действительно, трудно сейчас представить себе современное электронное устройство без микроконтроллера и современный электронный телефонный аппарат не является исключением.
Номенклатура микроконтроллеров фирмы Winbond, ориентированных на телефонные применения, показана в таблице 2. Кроме телефонных применений эти микроконтроллеры, изготавливаемые по CMOS технологии, могут быть использованы как удаленные контроллеры, контроллеры клавиатуры, контроллеры ИС синтеза речи и во многих других применениях, для которых необходимо большое количество линий I/O, возможность управления жидкокристаллическими дисплеями (LCD).
Все представленные в таблице микроконтроллеры 4-разрядные и могут быть разделены на две основные группы: семейство W742, оснащенное встроенной RAM данных LCD и драйвером LCD, и семейство W921, располагающее последовательным интерфейсом, позволяющим использовать внешние контроллеры LCD.
Как и все микроконтроллеры, предназначенные для использования в конечной продукции с большими объемами производства, микроконтроллеры фирмы Winbond изготавливаются с масочно программирумой ROM с соответствующими версиями с Flash памятью.
Все микроконтроллеры этих двух семейств работают с кварцевыми кристаллами или керамическими резонаторами на частоту 3,58 МГц. В то же время, большинство микроконтроллеров семейства W742 могут работать с тактовой частотой 400 кГц а микроконтроллеры семейства W921, кроме того, могут работать с тактовой частотой 4 и 2 МГц, 800 и 400 кГц, в том числе с времязадающей RC цепочкой, что способствует организации наиболее экономичного режима работы. Большинство микроконтроллеров могут работать в режиме двойной тактовой частоты. При этом субчастота задается часовым кварцем на частоту 32,768 кГц.
Некоторое представление о возможностях микроконтроллеров даст блок-схема микроконтроллера W921E840A, практически базового кристалла для всех микроконтроллеров серии W921.

> Карта памяти программ и режимы адресации областей памяти этого микроконтроллера показаны на Рис. 2. Отметим, что в памяти программ размещаются и таблицы просмотра, работу с которыми обеспечивает специальный режим адресации.

> На Рис.3 показана карта распределения регистров RAM. В 4-разрядной области RAM микроконтроллера W921E840A размещаются 64 регистра специального назначения, 16 рабочих регистров, 128 регистров общего назначения и 304 многофункциональных регистра.

> Одним из основных отличий микроконтроллеров семейство W742 от семейства W921 заключается: в 16-разрядном формате и страничной организации ROM семейства W742, возможности адресовать до 64К 4-разрядных элементов страниц просмотра, размещаемых в пространстве ROM, и банковой организации пространства RAM по восемь страниц, с организацией 16 x 4, в каждом банке. Именно эти отличия и лежат в основе того, что эти два семейства работают с различными системами команд и используют отличающиеся способы адресации.
Общим для обоих семейств, как это уже отмечалось, является возможность работы на единой для всех микроконтроллеров частоте 3,58 МГц, большое количество I/O, формирование сигнала DTMF и высокая насыщенность встроенной периферией.
В набор входов/выходов входят двунаправленные I/O с индивидуальным или групповым (по порту) управлением, однонаправленные входы и выходы, выходы с большой нагрузочной способностью, обеспечивающие прямое управление светоизлучающими дтодами (LED). Практически все I/O являются многофункциональными, выполняющими функции входа или выхода сигналов встроенной периферии или организации установки адресов или пересылки данных при программировании Flash памяти.
Обязательной встроенной периферией всех микроконтроллеров и семейства W742, и семейства W921 является генератор сигналов DTMF. Специального формирователя импульсного набора нет, но организация импульсного набора таким цифровым устройством как микроконтроллер, не должно представлять особой сложности. Обязателен для всех микроконтроллеров и сторожевой таймер. В семействе W742 это аппаратный таймер, на основе комбинации счетчика и предварительного делителя, в семействе W921 задачи сторожевого таймера может выполнять один из многофункциональных таймеров/счетчиков.
Таймеры микроконтроллеров семейства W742 ведут отсчет временных промежутков, формируя сигналы прерывания, формируют импульсные сигналы произвольной частоты, подаваемые на вывод MFP. Функции перезагружаемых таймеров/счетчиков семейства W921 несколько шире - это, как уже отмечалось, реализация функции сторожевого таймера, организация делителей частоты с коэффициентом деления от 2 до 19, подсчет событий, формирование сигналов произвольной частоты, измерение длительности импульсов и пр. Еще одной особенностью семейства W921 являются 4-канальный аналоговый компаратор и одноканальный 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь.
Встроенная периферия микроконтроллеров семейства W921 практически одинакова. Более того, из таблицы 2 видно, что характеристики микроконтроллеров W921C(E)84X отличаются лишь комбинацией генератора тонов нажатия клавиш и субгенератора, работающего на частоте часового кварца 32,768 кГц.
Синхронный последовательный интерфейс, которым оснащены практически все микроконтроллеры обоих семейств обеспечивает прием/передачу, по умолчанию, восьми разрядов (двух полубайтов - нибблов) и может быть использован для организации связи с внешней периферией, в частности, микроконтроллеры семейства W921 посредством этого интерфейса могут управлять драйверами LCD.
В настоящее время фирма Winbond выпускает две, оснащенных встроенными часами реального времени серии драйверов LCD: W33D0001 и W33D0160. В каждой из этих серий маской, в процессе производства, задаются напряжения питания и ряд других функций. Драйверы серии W33D0001 обеспечивают: отображение 16 цифр (128 точек) при смещении 1/3, скважности 1/4 и 32 управляемых сегментах, отображение високосности года, месяца, числа месяца, часа и минуты. Кроме того, эти драйверы обеспечивают отображение времени разговора. Драйверы серии W33D0160 обеспечивают: отображение 20 цифр (160 точек) при смещении 1/3, скважности 1/4 и 40 управляемых сегментах, отображение високосности года, месяца, числа месяца, часа, минуты и секунды. Управление драйверами обоих серий выполняется ведущим микроконтроллером через последовательный канал, организованный по выводам драйверов RCLK, RDATA, WCLK и WDATA.
Кодирование масочных исполнений LCD драйверов серии W33D0001 показано ниже, в таблице 3 показаны варианты масочного исполнения LCD драйверов серии W33D0160.
W33D _ _ _1
Напряжение питания:
1 - 1,5 В, кварцевый кристалл
2 - 1,5 В, RC цепочка
3 - 3 В, кварцевый кристалл
4 - 3 В, RC цепочка
0: MS = активен низким уровнем, возврат в последнее состояние через 15 сек.
В разряде десятков часов и минут цифра "0" не представляется
1: MS = активен высоким уровнем, возврат в последнее состояние через 15 сек.
В разряде десятков часов и минут цифра "0" не представляется
3: MS = активен высоким уровнем, возврат в последнее состояние через 15 сек.
Цифра "0", в разряде десятков часов и минут, представляется
Частота на выводе COM:
2 - 16 Гц
4 - 32 Гц
Примечание: MS - вывод управления режимом
Также с использованием микроконтроллера в качестве ведущего, работает цифровой процессор W62410, использование которого позволяет реализовать безленточный автоответчик - автоответчик, в котором отсутствует достаточно капризная магнитная лента. Цифровым процессором W62410, реализующем метод сжатия речи STREAMTALK, выполняется обработка и вывод речевых выходных сообщений, обработка входных сообщений с телефонной линии. Управление Flash и DRAM памятью входящих сообщений и 16 линий ввода/вывода позволяют реализовать полностью цифровой автоответчик с памятью входных сообщений объемом до 64 Мбит и с памятью выходных сообщений на основе ROM или, что важнее для наших разработчиков, на основе Flash памяти. Прибор оснащен часами реального времени, отсчитывающими дни недели, часы минуты и работающими в режиме Power down, что позволяет организовать в этом режиме регенерацию DRAM.. Управление цифровым процессором W62410 может быть выполнено посредством последовательного канала или по 8-разрядной параллельной шине, что позволяет использовать в качестве ведущих 4- или 8-разрядные микроконтроллеры.
Упрощенная блок-схема безленточного автоответчика, на основе цифрового процессора W62410, показана на Рис. 4.

> Кроме цифрового процессора W62410 в группу DTAD (Digital Telephone Ansvering Device) приборов фирма включила прибор W6612 - сдвоенный PCM сигма/дельта A/u-Law кодек-фильтр и прибор W6692 - контроллер ISDN S/T интерфейса с PCI шиной - автономный прибор, обеспечивающий взаимодействие с ISDN Internet.
Кодек-фильтр W6612 обеспечивает производительность в 64 Kbps, совместим со стандартами CCITT G.711/G.714, работает в режимах A-Law и u-Law компрессора/экспандера и линейном 14-разрядном режиме и выполняет 3 типа пересылок: длинными и короткими фреймами и GCI (general circuit interface).
Прибор W6692 представляет собой полнодуплексный приемопередатчик 2B + D S/T- интерфейса, совместимый с рекомендациями ITU-T I.430. На одном кристалле интегрированы три HDLC контроллера - один для D канала и два других для B каналов, таймер, вход прерывания, микропроцессорный интерфейс. HDLC контроллеры способствуют эффективному обращению к сервису сигналинга и данных.
В номенклатуру приборов для телефонии фирмы Winbond входит еще одна группа - Caller ID (приборы идентификации вызывающего абонента). Входящие в эту группу приборы (W91030B и W91031) совместимы со спецификациями Bellcore TR-NWT-000030 & SR-TSV-002476, British Telecom (BT) SIN227 и U.K. Cable Communications Association (CCA), т.е. могут быть использованы лишь в том случае, когда телефонные станции оснащены соответствующим оборудованием, посылающим абоненту информацию идентификации. К областям применения этих приборов специалисты фирмы Winbond относят: определители вызывающих абонентов в системах Bellcore CID (Calling Identity Delivery) и British Telecom CLIP (Calling Line Identity Presentation), перспективные телефонные аппараты с расширенными функциональными возможностями, некоторые вспомогательные телефонные устройства, факсы и автоответчики, системы телефонных баз данных и системы интеграции телефонии с компьютерами (компьютерная телефония).
Современные телефонные аппараты, реализуемые на основе телефонной номенклатуры фирмы Winbond, позволят абоненту получить самый современный сервис, интегрировать телефонию с компьютерами - организовывать переадресацию и удержание вызова, пользоваться автоматическими справочниками, получать речевые сообщения, полученные в текстовом виде, и отправлять текстовые сообщения, используя голосовой ввод.

Источник: rtcs.ru