Bauanleitung für einen Impuswahl nach Tonwahl-Konverter

Letzte Änderumg am 01. April 2014  

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 Telephonanalge, 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 Milisekunden 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

Eine gute Telephonanlage, sei sie ganz analog oder der a/b Anschluß einer ISDN-Anlage, kann sowohl Impulse als auch Töne dekodieren. Offensichtlich wird da aber immer öfter gespart, denn Impulswahltelephone sind ja kaum noch im Einsatz. Im einfachsten Fall ignoriert die Telephonanlage die Impulse einfach. In diesem Fall muß unser Wandler dann nur die Impulse Zählen und den richtigen Ton erzeugen.

Leider ist das aber nicht immr so. In den „ersten Versuchen“ hat mich das einige graue Haare gekostet. Die einfachste Lösung des Problems ist es, die W2-Leitung des Telephons mitzubenutzen. Intern ist sie mit La verbunden, allerdings ohne daß sie durch die Wählimpulse unterbrochen wird. Sollte die Telephonanlage also trotz funktionierender Schaltung die DTMF-Töne nicht erkennen, sollte man die W2-Modifikation des Schaltplans ausprobieren.

Eine frühere Lösung, um unwillige Telephonanlagen zur Kooperation zu bewegen, ist der 0-Hack. Dabei handelt es sich um eine Softwarelösung, die allerdings nicht so universell ist wie die W2-Modifikation der Schaltung.

Die Schaltung

Die Schaltung wird mit dem Telephon in Reihe geschaltet, wobei auf die Polarität der Telephonleitung geachtet werden muß. 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, vor allem die beim Wählen entstehenden Pulse. 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 vor der Spannungsstabilisierung 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 der Stromkreis kurz unterbrochen, so liegt am unstabilisiert versorgten Spannungsteiler nur noch die vom 220 μF Kondensator gepufferte Spannung an, und die Spannung am invertierende Eingang wird kleiner als die am Nichtinvertierenden. 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.

schaltplan-haupt.png
Der Schaltplan.

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 + ZTel parallel ZAmt. Die Impedanzen ZTel und ZAmt 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.

Wie oben bereits erwähnt, stören sich manche Telephonanlagen an den Wahlimpulsen. Daher empfehle ich, gleich die W2-Modifikation der Schaltung aufzubauen. Wird darin der W2Tel-Anschluß mit dem LaTel-Anschluß verbunden, entspricht sie der Originalschaltung.

Die Software

Die Software für den PIC steht unter der GPL frei zur Verfügung. Neben dem Quellcode gibt es zwei HEX-Files im inhx16-Format, eines mit und eines ohne 0-Hack.

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.

schaltplan-optional.png
Erweiterungen.

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.

Download

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

Interessante Quellen

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