Bauanleitung für einen Impulswahl nach Tonwahl-Konverter

Wer kennt diesen Fluch der Technik nicht? Da hat man noch ein schönes, richtiges Telephon (neu: Telefon), so eins mit Wählscheibe und richtiger Klingel, wo man den Hörer, anstatt ihn in einer unförmigen Mulde unterbringen zu müssen, auf eine Gabel legen oder bei Bedarf auch darauf knallen kann. Und dann scheitert der Betrieb ausgerechnet an der ach so modernen Telephonanlage, die zwar analoge Telephone unterstützt, aber eben nur mit Tonwahlverfahren, nicht aber mit Impulswahverfahren.

An dieser Stelle muß nun ein Wandler her. Die allerdings sind nur schwer zu bekommen und dann auch noch unverschämt teuer. Diesem Mangel möchte ich hier mit einer Anleitung zum Selbstbau Abhilfe schaffen. Beim Entwurf der Schaltung sollten nur leicht erhältliche Bauteile verwendet werden, keine externe Stromversorgung und kein Eingriff in das Telephon notwendig sein.

Der Technische Hintergrund

Das Impulswahlverfahren IWV

Ein Telephon, das an der Amtsleitung hängt, stellt mit aufgelegtem Hörer eine Unterbrechung des Stromkrerises dar. Mit abgenommenem Hörer wird der Stromkreis über einen Widerstand von etwa 400 bis 1000 Ohm geschlossen. Wird nun mit der Wählscheibe eine Nummer gewählt, so wird der Stromkreis für jeden Impuls für einige zehn Millisekunden unterbrochen. Die Anzhal der Impulse entspricht dabei der gewählten Nummer, die Null erzeugt zehn Impulse. Wer sich geschickt anstellt, kann daher auch mit der Gabel wählen. Detailliert weiterlesen kann man bei ↥Wikipedia.

Das Mehrfrequenzwahlverfahren MFV

Das MFV, salopp auch Tonwahlverfahren genannt, übermittelt die gewählte Nummer, indem gleichzeitig zwei Töne erzeugt werden. Dabei kodiert ein Ton die Zeile, in der die Nummer auf der Tastatur angeordnet ist, der andere kodiert die Spalte. Diese Verfahren wird auch DTMF (Dual Tone Multi-Frequency) genannt. Auch hier kann man technische Details bei ↥Wikipedia nachlesen.

Die Telephonanlage

Echte analoge Anschlüsse, die von sich aus das Impulswahlverfahren beherrschen, sind selten geworden. Bei der Telekom ist man bemüht, solche Altverträge loszuwerden, damit die ja ohnehin kaum noch benutzte Technik für analoge Telephone eingespart werden kann. Also hat man heute zu Hause eine Telephonanlage, die den Anschluß eines analogen Telephons ermöglicht, häufig integiert mit einem DSL-Modem, einem Router und dergleichen.

Nicht alle Telephonanlagen verstehen das Impulswahlverfahren, und wenn sie es verstehen, kommt es häufig vor, daß sie es mit der Einhaltung der Pulslängen sehr genau nehmen, so daß ältere Telephone mit Wählscheibe nicht mehr (zuverlässig) betrieben werden können. In diesen Fällen hilft ein Impuls- nach Tonwahl-Umsetzer weiter. Damit die Wählpulse des Telephons nicht auch noch als Nummern oder als kurzes Auflegen interpretiert werden, müssen wir die zusätzliche Forderung stellen, daß der Umsetzer die Wählpulse des Telephons von der Telephonanlage fern hält.

Die Schaltung

Da der Tonwahlumsetzer keine eigene Versorgungsspannung benötigen soll, wird er — im Wesentlichen — mit dem Telephon in Reihe geschaltet. Um aber dei Wählpulse des Telephons nicht auf die Leitung zum „Amt“ (also der Telephonanlage) gelange zu lassen, bedienen wir uns eines kleinen Tricks: Anstatt das Telephon regulär über die La/Lb-Leitungen anzuschließen, nehmen wir die Leitungen W2/Lb.

Eigentlich ist die W2-Leitung dazu da, eine zweite Klingel (Wecker) anzuschließen. Damit diese Zusatzklingel beim Wählen nicht immer leise mitbimmelt, wird sie nicht einfach parallel geschaltet, sondern vor dem Nummernschalter angeschlossen. Die Leitung La wird separat zum Tonwahlumsetzer geführt und ist nicht mehr mit der Amtsleitung verbunden. Sie dient nur noch dazu, die Pulse zu zählen.

Beim Anschluß des Tonwahlkonverters an die Amtsleitung muß auf die Polarität geachtet werden. Lb ist der plus-Pol, La ist der minus-Pol. Bei aufgelegtem Hörer ist der Stromkreis unterbrochen, der Wandler ist also aus. Bei abgenommenem Hörer fließt ein Strom von 14 – 30 mA. Über den 100 Ω Widerstand und die Zenerdiode wird eine stabile Versorgungsspannung hergestellt. Die Kondensatoren von 220 μF und 100 nF filtern Störungen heraus. Es dauert einige zehn ms bis die Versorgungsspannung hergestellt ist, daher ist im PIC der Power-UP Timer (PWRT) eingeschaltet, der den Reset der CPU um ∼ 72 ms verzögert. Die beiden 4,7 kΩ Widerstände erfüllen zwei Aufgaben. Zum einen sorgen sie dafür, daß nach dem Auflegen die Kondensatoren nach etwa 1 s entladen sind. Zum anderen stellen sie eine stabilisierte Vergleichsspannung für den OP her, der die Impulse auf der Leitung erkennen soll. Dazu bekommt er auf dem invertierenden Eingang die geteilte und durch einen 100 nF Konsensator entprellte Spannung von der La-Leitung des Telephons zugeführt. Bei abgenommenem Hörer ist somit die Spannung am invertierenden Eingang des OP etwas größer als am Nichtinvertierenden und er signalisiert am Ausgang logisch 0. Wird nun durch einen Wählpuls die Verbindung von La zu W2 (dem Pluspol) kurz unterbrochen, so fällt die Spannung am invertierenden Eingang des OP auf null ab. Das Ergebnis ist eine logeische 1 am Ausgang des OP. Der CA3140 erzeugt freundlicherweise TTL-kompatible Spannugnspegel am Ausgang, wenn er mit 5 V versorgt wird. Daher kann er direkt an den Eingang am PIC angeschlossen werden.

An den Ausgängen RA0 und RA1 werden die beiden DTMF-Töne als Rechtecksignal ausgegeben. Das folgende Netzwerk aus Kondensatoren und Widerständen ist ein passiver Tiefpaßfilter 4. Ordung. Die beiden Transistoren bilden einen Komplementär-Darlingtontransistor, an dessen Eingang die beiden Töne addiert werden. Der Gleichspannungsanteil des eingehenden Signals ist gleichzeitig die Basisvorspannung für den Transistor.

Der Darlingtontransistor arbeitet in Emitterschaltung, wobei der Arbeitswiderstand gebildet wird aus 100 Ω + Z_Tel parallel Z_Amt. Die Impedanzen Z_Tel und Z_Amt werden mit 600 Ω angegeben, sind aber induktiv und daher bei Frequenzen um 1 kHz, mit denen wir es hier zu tun haben, eher doppelt so groß. Es ergibt sich daher ein Arbeitswiderstand für den Transistor von etwa 600 Ω.

Sollte das Telephon wieder Erwarten keine W2-Leitung haben, können die Anschlüsse „W2 Tel“ und „La Tel“ auch verbunden werden und gemeinsam als La-Anschluß für das Telephon verwendet werden. In diesem Fall bekommt die Telephonanlage aber die Wählpulse mit, und man muß hoffen, daß sie sich daran nicht stört.

Die Software

Die Software für den PIC steht unter der GPL frei zur Verfügung. Neben dem Quellcode steht auch das fertig compilierte Programm als HEX-File im inhx16-Format zur Verfügung.

Erweiterungen

Die freien Anschlüsse im Schaltplan lassen es bereits vermuten. Es gibt zwei Erweiterungen der Schaltung, die nach Lust und Laune hinzugefügt werden können. Einmal ist das eine Tastatur, über die die Ziffern einer Telephonnummer ebenfalls eingegeben werden können. Das ist nützlich, wenn man zu faul ist, die Wählschibe zu benutzen (pfui!), oder wenn man tatsächlich einmal die Symbole * oder # wählen muß. Die Schaltung der Tastatur ist nichts besonderes. Einfach eine Tastaturmatrix mit Schutzwiderständen.

Außerdem gibt es eine Anzeige, mit der man kontrollieren kann, welche Nummer man gerade gewählt hat. Hier habe ich bewußt keinen fertigen 7-Segment Decoder benutzt, sondern einen 8 Bit Zähler. Das hat den Vorteil, daß man jedes beliebige Muster auf der Anzeige erzeugen kann. So wird # als H dargestellt und * als -.

Bedienungsanleitung

Anschluß Beim Anschluß muß auf die richtige Polarität der Amtsleitung geachtet werden. Bei richtiger Polarität flackert die Leuchtdiode, wenn das Telephon klingelt, bleibt aber sonst dunkel. Bei falscher Polarität leuchtet die LED, sobald der Hörer vom Telephon abgenommen wird.

Anrufen Nun ja, eigentlich telephonieren wie immer, man muß nur nach jeder gewählten Ziffer die MFV-Töne abwarten.

• Hörer abnhemen
• Ziffern wählen. Jede gewählte Ziffer wird angezeigt und ein MFV-Ton erklingt.
• Sollte man sich verwählt haben, Gabel mindestens 1 s herunterdrücken. Der Dezimalpunkt leuchtet auf und erlischt wieder.
• Nach dem Gespräch Hörer auflegen. Der Dezimalpunkt leuchtet auf und erlischt wieder.

Download

Hier sind die Schaltpläne, der Quellcode und fertige hex-Dateien für den PIC als ZIP-Datei.

Interessante Quellen

• ↥Taxi Phone. Könnte auch ein Notfalltelephon sein. Diese Schaltung ruft eine vorher festgelegte Nummer an, sobald der Hörer abgenommen wird. Hier habe habe ich Inspiration und Mut gefunden, das Problem mit einem PIC zu lösen.
• ↥Spruts PIC Page (deutsch). Sehr gute Übersicht über PIC Microcontroller mit Programmierkurs, Brennern und eigentlich allem was dazu gehört.
• ↥gputils. Sammlung von Linux-Software rund um PICs. Hier gibt es auch den Assembler gpasm, den ich benutze.
• ↥Prog84. PIC Programmiersoftware mit wirklich kleinem Brenner für die serielle Schnittstelle. Ist prima geeignet für den Einstieg. Läuft unter Linux uns sollte auch unter DOS (und Windows?) laufen.
  
  Die Seite ist leider nicht mehr online, der Verweis zeigt daher auf archive.org. Da letzteres allerdings oft sehr langsam ist, gibt es hier die entscheidende Datei prog84-4.0a.tar.gz. Sie enthält sowohl das Programm im Quellcode als auch den Schaltplan des Brenners in der Datei README.adapters.
  
  Da sich im aktuellen Linux-Kernel eine Headerdatei geändert hat, ist hier eine von mir entsprechend angepaßte Version von prog84: prog84-4.0-formica.tar.gz
• ↥GnuPIC. Freie Software rund um den PIC.
• ↥Microchip. Hier gibt es Datenblätter und allerlei zusätzliche Informationen.