Impulswahl (IWV) nach Mehrfrequenzwahl (MFV) konvertieren

Die Abkopplung des Nummernschalt­kontaktes von der Amtsleitung ermöglicht eine komplette Neuzuweisung von Funktionen. Man könnte allen möglichen Blödsinn damit realisieren, etwa das Abspielen einer Tonfolge („Melodieklingel“) oder gar Sprache („Sie Vollidiot haben sich verwählt!“ wenn Flash-Speicher des Controllers groß genug) beim Wählen einer bestimmten Nummer oder so. Auch das Sperren von teuren Auslands- und Sonder­rufnummern fällt darunter. Auch ein Least-Cost-Router, den man allerdings von Hand aktualisieren müsste. Heutige (2015) Telefonverträge machen sowas allerdings kaum noch attraktiv.

Die Stromaufnahme der Testschaltung (bei 5 V aus dem Labornetzteil) lag bei lastabhängigen 18 mA bei Tonerzeugung sowie bei unter 1 mA in Ruhe. Bei aufgelegtem Hörer sinkt die (mittlere!) Stromaufnahme auf weit unter 100 µA. Die Firmware kann nur bei abgenommenen Hörer starten! Daher zur Erst­inbetriebnahme Hörer kurz abnehmen. Erst danach kann die Firmware entgangene Anrufe zählen.

Die Firmware ist wie immer quelloffen und Freeware. Zudem deutsch kommentiert. Assembler-Routinen wurde nur für den geschwindigkeits-relevanten DDS-Generator verwendet, der Rest ist in C programmiert.

Die wenigen Bauelemente passen auf ein Stück Lochrasterplatine. Nur beim Verdrahten muss man aufpassen, dass man nichts falsch anschließt oder mit dem Lötkolben das Telefongehäuse anschmurgelt. Leider hatte ich keine passenden Steckschuhe …

Vor der Inbetriebnahme ist zu prüfen:

• Ist die Z-Diode richtig herum? Sonst kann der Mikrocontroller sterben: Beim Klingeln (Wechselspannung!) oder bei Falschpolung.
• Ist der Elko richtig herum? Sonst explodiert er nach einigen Minuten bis Tagen

Beim Einbau ist der Nummernschalt­kontakt nsi (parallel nsr) für S1 zu verwenden! Also die beiden Leitungen von der Wählscheibe vom Telefon trennen und mit der Schaltung verbinden. Dieser normalerweise geschlossene Schalter muss daraufhin im Telefon gebrückt werden. Sonst funktioniert gar nichts auf Grund der dauerhaften Unterbrechung der Stromschleife.

Der Stummschalt­kontakt nsa wird in Reihe zu nsi gelegt. Bei dreidrähtigen Nummernscheiben (DDR-Telefone ab den 70ern) ist dies bereits schaltungs­technich der Fall. Er ist normalerweise offen und schließt nur während Aufzug und Ablauf der Wählscheibe und erzeugt so das typische „Geräusch“ im Telefonhörer, dass das Rauschen vom Amt verstummt.

Die Erdtaste — falls vorhanden — ist mit Wahlwiederholung belegt. Wird sie gemeinsam mit dem Ablauf der Wählscheibe betätigt, wird Ebene 2 angesteuert: Mit 2 Fingern kommt man so ohne Warten zu den Sonderfunktionen. Für einige Telefonanlagen wäre die Umrüstung zur Flash-Funktion sinnvoll. Den gleichen Effekt erreicht man aber auch durch kurzes Antippen der Hörergabel.

Folgende Symbolik verdeutlicht die Tastendrücke:

• 0..9 = Wählscheibe betätigen und Ziffer bzw. Rufnummer wählen
• 0..9 ♪ = Wählscheibe betätigen und am Fingeranschlag halten bis zum ersten Ton, ≈ 1 Sekunde nach dem Beginn des Aufziehens.
• 0..9 ♫ = Wählscheibe betätigen und am Fingeranschlag halten bis zum zweiten Ton, ≈ 1 Sekunde nach dem ersten Ton. (Noch längeres Halten bis zum dritten Ton usw. ist ohne weitere Wirkung.)
• ♪ = Es erfolgt eine Sinustonausgabe zur Kontrolle; dieser unterscheidet sich deutlich von den dissonanzbehafteten Wähltönen

Im Gegensatz zu „normalen“ analogen Tastentelefonen vergisst diese Schaltung die eingespeicherten Nummern nicht bei Stromausfall oder Abziehen der Telefonleitung! Eine Batteriestütze o. ä. ist daher nicht erforderlich. Neu hinzugekommen ist die Autowahl. Die Autowahl ist die Nummer, die beim Abheben automatisch gewählt wird (Oma-Modus). (Natürlich nur, wenn's nicht gerade geklingelt hat.)

Beim Einspeichern ist die Wahl von *, # sowie A..D möglich: Es ist 9², 0² bzw. 1²..4² zu wählen (² = 2 Pieptöne). Bei 5² wird Autowahl festgelegt, bei 6², 7² und 8² passiert nichts.

Der Quarz ist beliebig?

Ja, in Grenzen, 3..20 MHz. Für CLIP / Rückruf ein Resonator (kein Quarz) mit exakt 4 oder 8 MHz.

Kann ich einen programmierten Controller bekommen?

Ja, per Briefpost. Sie müssen mir allerdings mitteilen:

• Ihre Quarzfrequenz
• Gewünschtes Gehäuse (Durchsteck oder SMD)
• Lieferadresse, Stückzahl

Kosten = (Reichelt oder Pollin) + Versand, Vorkasse. Programmierung gratis, auch bei SO8. Und es kann etwas dauern.

Ich benutze eigentlich nur den Kurzwahlspeicher. Damit macht das Telefonieren, genauer das Wählen so richtig Spaß. Während ich bei jedem anderen Telefon schon x-mal die Nummern neu eingeben musste (nach Stromausfall), halten die Nummern bei diesem Telefon länger als die Nummern der Angerufenen.

Berichtet wurde von einem Problem bei der Direktwahl mit einigen Kabelmodems: Durch die lange Pause zwischen den Wähltönen kommt das Modem durcheinander und meldet „besetzt“. Besonders bei langen Nummern. Lösung: Die Nummer zu Ende wählen, dann die Funktion „Wahlwiederholung“ + 1 verwenden.

Implementierung auf Kundenwunsch⚓

Firmware für Quarzfrequenz 17,28 MHz sowie 14,xxx MHz wie oben und ohne Rufnummernsperre. (Der Quarz lag gerade herum.)

Von hinten mit Klemmleiste
Schaltplan
Verdrahtung
ATtiny25 auf Lochrasterplatine

In diesem Fall ist die Einbauanleitung folgende:

positive Spannung an b gegenüber a (regulär)	negative Spannung an b gegenüber a (invers)
b (braun) abtrennen (wegen Gabelumschalter an a) und Schaltung in Reihe einbauen: X2 an b des Telefons X1 an die braune Ader zum Amt bzw. Modem (weil das „positiver“ ist als X2)	b (braun) abtrennen (wegen Gabelumschalter an a) und Schaltung in Reihe einbauen: X1 an b des Telefons X2 an die braune Ader zum Amt bzw. Modem (weil das „negativer“ ist als X1)
X3 an M' (leise MFV-Töne) oder M (laute MFV-Töne) dazu klemmen.	X3 an M' (leise MFV-Töne) oder M (laute MFV-Töne) dazu klemmen.

• Drähte vom Nummernschalt­kontakt nsi||nsr 1 (gelb) und 2 (grün) abklemmen und als S1 anschließen. Polarität egal.
• Kontakte 1 und 2 überbrücken!
• Drähte vom Stummschalt­kontakt nsa 3 (weiß) und 4 (braun) abklemmen und als S2 anschließen. Polarität egal.

Achtung! Der Mikrocontroller funktioniert nicht, wenn das Mikrofon kaputt ist! Dann ist die Stromaufnahme des Telefons zu gering.

Sollte das Amt oder das Kabelmodem während des Einspeicherns von Kurzwahlen auf Besetztton umschalten: Ignorieren und Weitermachen! Alles was der Mikrocontroller vom Amt erwartet ist Strom. Klar, von dem nächsten Rauswählen muss man den Hörer kurz auflegen.

Zur Funktionsanzeige im Bastellabor bietet es sich an, D1 durch 2 parallel geschaltete, weiße LED zu ersetzen. Da einfache LED maximal 20 mA vertragen, wird der max. 40 mA Schleifenstrom auf beide LEDs verteilt. Da LEDs gern mal kaputt gehen, ist trotzdem eine Z-Diode zur Absicherung gegen Überspannung notwendig, dann mit 5,6 V. Außerdem als Verpolschutz. Da diese LEDs sehr hell leuchten, kann man damit bspw. die Nummernscheibe beleuchten.

Nach Meldung eines Nachnutzers funktionierte der Konverter nicht mit Telekom Speedport und auch nicht mit einer Auerswald-Telefonanlage. Nach seiner Untersuchung ist das MFV-Signal für diese „Analoganschlüsse“ zu leise: U_SS = 100 mV. Laut ETSI-Standard sollen es U_eff ≈ 500 mV sein, für jeden einzelnen Sinuston. Die Verringerung des Widerstandes R1 von 10 kΩ auf 1 kΩ brachte die erwünschte Funktion. Dazu muss C5 von 100 nF auf 330 nF erhöht werden. Im Schaltplan ist's entsprechend aktualisiert worden.

Da dann die Hörerlautstärke unerträglich laut sein kann, sollte dann am Mikrofon eingespeist werden, nicht auf der a-Ader. Außerdem bringt die Spannungs­belastung an C5 und die höheren Ströme in das Mikrocontroller-Pin beim Klingeln Probleme, wenn man an der a-Ader einspeist. Daher verändert man die Schaltung am besten zur Version wie in der FAQ, Frage 2 angegeben: „Hinter“ dem Gabelumschalter, so wie ich es selbst zunächst gemacht hatte.

Steckbrief: ATtiny45, 3 Shift-Ebenen, 22 Kurzwahlspeicher, Wahl bei aufgelegtem Telefonhörer, CLIP + Rückruf, Erde, gleiche Schaltung

Schaltplan und Firmware. Mit Bestückungs­vorschlag für Lochstreifen­platine und „Bohrplan“ für Unterbrechungen. Dazu wurden alle Register gezogen, um CLIP-Dekodierung ohne Stromversorgung hinzubekommen! Hier gilt die neue Zuordnung von Sonderfunktionen. Auch hier ist die Erdtaste optional; bei Nichtverwendung ist das RESET-Pin frei für ISP-Programmierung. Nun sind es immer noch zwei oder drei Widerstände. Sorgt man für mehr Wechselspannung an PB2 = ADC1 benötigt man vier Widerstände.

Platine mit Haltenase
eingesteckt (1)
eingesteckt (2)

Sowohl mfv2b als auch mfv2c (diese Firmware) enthalten eine Erkennung des Störfalls „Keine Amtsspeisung“ sowie „Paralleles Telefon abgehoben“. Dies macht sich softwaremäßig als „Telefon abgehoben“ bemerkbar, aber dann sinkt die Speisespannung rapide, und der Mikrocontroller würde verrecken und könnte bis zum nächsten Abheben keine verpassten Anrufe mehr detektieren. In so einem Fall wird der Watchdog auf seine längste Wartezeit (8 s) gesetzt und zyklisch die Betriebsspannung so lange überwacht, bis diese wieder 4,4 V (nominell) erreicht. Die Stromaufnahme sollte dann laut Datenblatt 6 µA betragen und ein 470-µF-Elko für C1 3 Minuten durchhalten.

Die Platine ist so gestaltet, dass alle notwendigen Anschlüsse auf einer einreihigen, 5-poligen Stiftleiste herausgeführt sind. Man kann so die nicht ganz billigen, aber praktischen vor­konfektionierten Stecker+Buchsen+Kabel daran anschließen und hat die Platine steckbar im Telefon.

Steckbrief: ATtiny45, 3 Shift-Ebenen, 22 Kurzwahlspeicher, Wahl bei aufgelegtem Telefonhörer, CLIP + Rückruf, Erde, fast gleiche Schaltung

Mit dem CLIP-Enkoder und -Dekoder in JavaScript wurden verschiedene Methoden der CLIP-Dekodierung untersucht:

• Messung der Zeiten zwischen Nulldurchgängen bei mit verschiedenen Abtastraten
• Hinzuziehung von Minima und Maxima zur Erhöhung der Anzahl von Entscheidungs­punkten
• Phasenregel­schleife (PLL) und Abgriff des Bitstroms an der VCO-Spannung
• Costas-Loop, eine erweiterte PLL

Dabei stellte sich heraus, dass die simple Methode der Nulldurchgänge am besten funktioniert, solange die Abtastrate (hier: die Zählfrequenz) hoch genug ist, etwa 48 kHz. Das ist viel mehr als die gängige Telofonie-Abtastrate (8 kHz). Mit dem A/D-Wandler oben liegt die Abtastrate bei 19 kHz, zu wenig. PLL und Costas-Loop erfordern Multiplikationen (die ATtinys als Zweitaktbefehl fehlen), und die Schleifenfilter sind schwer zu dimensionieren und zu implementieren.

Es ist erstaunlich, dass es mit dem bereits voll belegten 8-beinigen Mikrocontroller ATtiny45 noch möglich ist, einen Zusatznutzen mit nur wenigen weiteren Bauelementen herauszukitzeln. Hier geht es darum, die Empfindlichkeit des Nulldurchgangs­detektors gegenüber der Version mit dem Analog-Digital-Wandler durch die Verwendung des bisher ungenutzten Analog­vergleichers (Analog Comparator, ich kürze diesen fortan mit AC ab) zu steigern. Die Idee war, dass AIN0 (AIN+) = PB0 während des CLIP-Empfangs offen mit internem Pullup ist (der Anwender wird schon nicht, wenn's klingelt, an der Wählscheibe herumspielen!) und AIN1 (AIN-) = PB1 auf High-Potenzial festgenagelt werden kann. In einem Vor-Experiment wurde nachgewiesen, dass der Analogvergleicher auch mit Eingangs­spannungen jenseits der Betriebs­spannungs­grenzen (max. 500 mV wurden ausprobiert) zurecht kommt und korrekt arbeitet. Es handelt sich also um echte Rail-To-Rail-Eingänge. Als Offsetspannung für den Komparator wurde <3 mV herausgefunden. Daher genügt für die Zuführung des FSK-Signals ein Kondensator C4, der mit dem internen Pullup einen Hochpass bildet. Der Serienwiderstand R4 dient nur zum Schutz des Mikrocontrollers bei Spannungssprüngen und reduziert die Wechsel­spannungs­amplitude nur unwesentlich. Dabei unterdrückt dieser hörbare Störgeräusche vom Nummern­schaltkontakt. Hingegen beteiligt sich R1 an der Leitungs­terminierung während der CLIP-Signalisierung, da PB1 dann als High führender Ausgang arbeiten muss, um den invertierenden Eingang des Analog­vergleichers an 5P zu fixieren. Nun sind es fünf Widerstände.

Schaltplan und Firmware.

Bedingt durch die kapazitive Kopplung zum Wählscheiben­kontakt hört man hier die ach-so-typischen Impulswahl­geräusche leise durch. Ist vielleicht gar nicht schlecht, denn so hat man eine einfache akustische Kontrolle der sauberen Kontaktgabe. Der Wert von R4 wurde dazu schon recht hoch angesetzt.

Ausgehend von den vorhergehenden Überlegungen komme ich zu dem Schluss, die Speisung und Schleifen­strom­detektion nicht mehr über PB2 / ADC1 sondern über PB0 (als Digitaleingang) laufen zu lassen. Denn der bisherige Versuch, den 680-kΩ-Widerstand R2 mit einem Hochpass aud C4 und R4 zu überbrücken, um an ADC1 mehr Amplitude für Frequenzmessung und DFT zur Verfügung zu haben, biss sich mit dem stromsparenden, schnellen Erkennen des Schleifenstroms in Watchdog-Unterbrechungen, weil dazu immer der Kondensator geladen werden muss. Um dabei Low für Schleifen­unterbrechung zu detektieren muss R2 auf 430 kΩ verkleinert werden (Schaltschwelle = U_B/2). Damit die Wahl bei aufgelegtem Telefonhörer möglich bleibt, muss die Wählscheibe woanders hin; nun ist es PB2. Nun sind es sechs Widerstände.

Die CLIP-Erkennung erfolgt entweder per Analogvergleicher an PB1 oder per A/D-Wandler an PB2.

• Analogvergleicher:
  • An PB1 wird der Pullup aktiviert, C3 und dieser Pullup wirken als Hochpass.
  • PB0 als zweiter Eingang des Analog­vergleichers wird auf High-Pegel führender Ausgang eingestellt.
• A/D-Wandler:
  • Für verarbeitbaren Gleichspannungs­pegel sorgt R6 in Verbindung mit dem internen Pullup. Mit Wählscheibe kommt R5 dazu; es könnte dennoch funktionieren, ist aber unwichtig. R4 sorgt dafür, dass Schalthandlungen nicht direkt zum Mikrocontroller-Pin durchgreifen, und dass die Wählscheibe während des Sprechens kaum hörbar bleibt.

Der Clou ist hier, dass der Resonator auf 8 MHz hochgesetzt wurde, damit trotz fehlendem MUL-Befehl die Detektion von DTMF möglich ist. DTMF-Empfang ist vor allem dazu sinnvoll, dass der Gesprächspartner per Tastenwahl eine Telefonnummer übermitteln kann, die man nachher abspeichern oder weiterverarbeiten kann — ohne Zettel und Bleistift. Auch ist die Hörton-Erkennung per DFT funktionssicherer als die Messung von Nulldurchgangs-Abständen, weil Geräusche vom Mikrofon dabei vollkommen stören.

Zum Einbau des Impulswahl-zu-Tonwahl-Konverters sind Umbau­arbeiten im Telefon erforderlich. Auch andere Projekte im Internet gehen so vor, die Wählscheibe aus dem Telefonie­pfad zu entfernen. Das hat mehrere Vorteile: Zum einen kann während des Gesprächs an der Wählscheibe herumgespielt werden, ohne das Gespräch zu stören, und zum anderen vereinfacht sich die Schaltung enorm. Obendrein kann so bei aufgelegtem Telefon­hörer gewählt werden: Man kann so einhändig wählen und telefonieren.

Häufig ist zweckmäßig, die Anschlüsse a und b zu tauschen, weil dann sogleich der nsi-Kontakt des Nummern­schalters auf der richtigen Seite liegt. Wie nsi und nsa herausgenommen werden ist leider bei jedem Telefon anders zu lösen. Nicht vergessen, den heraus­genommenen nsi zu brücken, sonst ist das Telefon tot.

Die Erdtaste, die so auch bei aufgelegtem Hörer funktioniert, ist vom in Reihe geschalteten Gabelumschalter zu trennen oder dieser zu überbrücken. Für bessere Kontaktsicherheit schaltet man beide Gabelumschalt­kontakte parallel. Inzwischen ausgelaufene 1-µF-Kondensatoren für die Klingel (Wecker) kann man getrost durch einen klitzekleinen Elko 1 µF / 63 V ersetzen, da heutzutage (am DSL-Router) die Polarität bekannt und nicht tauschbar ist. Schließlich sollte man neben der einwandfreien Funktion aller Kontakte auch den Übergangs­widerstand an Schraub­anschlüssen mit dem Ohmmeter überprüfen und alles was mehr als 1 Ω anzeigt nacharbeiten.

Man kann nun abwägen, ob man so wenig wie möglich am Telefon ändert und die Platine „geschickt“ am Klemmenfeld anschließt (das erfordert praktisch immer ein paar Klemmen „in der Luft“) oder ob man rigoros am Klemmenfeld und an Schalt­kontakt­zungen herumlötet, damit insbesondere die Wählscheibe unverändert angeschlossen bleiben kann. Beides hat Vor- und Nachteile. Ich habe mich im obigen Abschnitt für letzteres entschieden: Es sieht im Innern schön aufgeräumt aus. Ein Rückbau zur Impulswahl ist nicht vorgesehen.

Ressourcen als große Bilder:

• Schaltplan W38 (Ost, mit Erdtaste) bunt, als JPG (250 KByte)
• Schaltplan W38 (Ost, mit Erdtaste) 4 Grauwerte, als GIF (70 KByte)
• Schaltplan W38 mit Änderungsanleitung 8 Farben, als GIF (72 KByte)
• Verdrahtungsplan — Ansicht von hinten (Vektorgrafik)

Nach dem Einbau der Schaltung sollte das Telefon angerufen werden. Bei Verwendung der Fritzbox beispielsweise mit dem Internruf **9. Das Telefon muss klingeln, und nach dem Abheben muss man ein Gespräch führen können. Für diese beiden Funktionen hätte man auch keine Schaltung einbauen brauchen. Ist das nicht der Fall, liegt meistens eine Unter­brechung vor.

Als nächstes wählt man eine Ziffer und hört, ob ein typischer Wählton zu hören ist. Ist das nicht der Fall, prüft man zunächst, ob über dem Mikrocontroller die richtige Betriebs­spannung (5..5,5 V wenn abgehoben, 3..5 V wenn aufgelegt) richtigherum anliegt. Bei zu wenig Spannung liegt ein Schaltungs­fehler vor, oder der Controller steckt verkehrt­herum in der Fassung (passiert schnell mal, ging aber bei mir nie kaputt). Oder dem Controller fehlt die Firmware. Stimmt die Spannung, kann es sein, dass der Controller in einer Powerdown-Reset­routine hängengeblieben ist. Dann überbrückt man mal kurz die Speise­spannung und löst so einen Reset aus. Ist dann immer noch (bei abgenommenem Hörer!) kein Wählton zu hören wird wohl ein Schaltungs­fehler vorliegen. Um die Funktion der Wählscheibe zu prüfen zieht man die Wählscheibe auf (= schließt den nsa-Kontakt) und hält diese am Fingeranschlag für 2 s. Im Hörer muss ein Zeit­überschreitungs­pieps hörbar sein. Mit dem anschließenden Ablauf der Wählscheibe müsste der nsi-Kontakt arbeiten. Wenn nicht, kommt es zu keiner Tonausgabe. (TODO: Da könnte ein Fehlerpiep kommen.)

Als nächstes prüft man, ob die Fritzbox den DTMF-Ton akzeptiert. Dazu hebt man ab, wartet das Freizeichen ab, und wählt eine Ziffer. Mit dem Ertönen des Wähltons muss das Freizeichen verstummen. Ist das nicht der Fall, kann das an einer falschen Resonator­frequenz oder an zu wenig (oder zu viel) Lautstärke liegen. Ob die Frequenz stimmt prüft man am einfachsten durch Vergleich der Tonhöhe mit einem Tastentelefon oder Handy. Die Lautstärke variiert man mit dem Wert von R1 = nominell 1 kΩ.

Aufbau-Foto mit ATtiny25V-10SU
Zu kurzer letzter Impuls

Nun ist zu prüfen, dass die richtigen Wähltöne ausgegeben werden: Eine bekannte Nummer wählen und testen, ob der Anruf durchkommt. Wird eine falsche Nummer ausgegeben, funktioniert sicherlich die Wählscheibe nicht richtig und hält die Impuls­längen nicht ein. Die gewählte Nummer ist im Webinterface der Fritzbox sichtbar.

Den korrekten CLIP-Empfang (wenn vorhanden) prüft man schließlich durch Anruf des Telefons, bspw. mit Internruf **9. Das Telefon lässt man „ausklingeln“, der Anrufer legt zuerst auf. Die LED, wenn vorhanden, müsste nun den verpassten Anruf durch Aufblitzen alle 4 s anzeigen, auch ohne CLIP. Beim Abnehmen des Hörers muss nun ein Doppelton (= 2 Piep hintereinander) mit gleicher (oder steigender) Tonhöhe zu hören sein. Bei fallender Tonhöhe ist irgendetwas gestört, und man sollte mit dem Oszi an die Fehlersuche gehen und wie unten beschrieben die Oszillogramme ggf. mit dem Debug-Image des Mikrocontroller-Programms überprüfen.

Schließlich füttert man den Kurzwahlspeicher mit den häufig zu wählenden Nummern, druckt ein Blatt mit der Bedienungs­anleitung aus, schreibt die Kurzwahlen dazu und legt/klebt diesen Zettel unter oder neben das Telefon.

Typ: Die Status-LED am Pin 1 des ATtinyx5, muss, falls dort auch die Erdtaste angeschlossen ist, unbedingt eine weiße oder blaue LED sein wegen ihrer höheren Flussspannung, oder 2 konventionelle (rote, gelbe grüne) in Reihe. Ansonsten könnte die Erdtaste im aufgelegten Zustand den Elko bis zur Funktions­unfähigkeit des Mikrocontrollers entladen. Ist keine Erdtaste angeschlossen, sorgt die Software dafür, dass der Elko nicht zu sehr entladen wird; die Farbe ist beliebig. Der Wert des Vorwiderstandes sollte nicht verkleinert werden; ist die LED zu dunkel nehme man gefälligst eine modernere, hellere LED.

Einbau: Die (getestet) beste Möglichkeit, die LED unauffällig und ohne Beschädigung am Telefonapparat anzubringen ist es, sie durch ein vorhandenes Loch an der Unterseite auf den Boden leuchten zu lassen. Sowohl am Telefon „Variant“ (= Ausschnitt für Spritzguss­werkzeug) als auch am „W38“ (= unter den Weckerschalen) gibt es geeignete Löcher, die sich hinreichend weit vorn am Apparat befinden. Dort wird die LED nach schräg vorn strahlend mit Schmelzklebstoff von innen fixiert.

Funktion: Die LED zeigt folgende Zustände an:

• Im aufgelegten Zustand (funktioniert bei mfv2[cd]):
  • Kurzes Blitzen alle 4 s: Mindestens 1 Anruf wurde verpasst.
    • Zurückrufen (mfv2b: Anrufen) dekrementiert den Anrufzähler.
    • mfv2b: 6² bzw. mfv2[cd]: 0³ setzt den Anrufzähler zurück auf Null.
  • Beim Wählen: Aufblitzen bei Ablauf eines Festhalten-am-Fingeranschlag-Timeouts zum Mitzählen der Ebene
• Im abgehobenen Zustand (alles TODO):
  • Leuchten mit dem 425-Hz-Hörton
    Da der Hörton offkook vom Amt ausgegeben wird und keine Gabelschaltung die Signalrichtung trennt, kann eine Erkennung auch durch eigenes Sprechen oder durch den anderen Teilnehmer ausgelöst werden. Ausgewertet wird der Hörton nur dazu, um
    • nach dem Abheben Wähltöne aussenden zu dürfen (bei totem Amt sollten keine Wähltöne ausgegeben werden)
    • beim Abheben beim Klingeln festzustellen ob das Gespräch läuft oder ob ein verpasster Anruf vorliegt; bei einprogrammierter Autowahl wird in diesem Fall ein Auto-Rückruf generiert.
    • Anklopfen zu erkennen
    Denkbar ist auch die Detektierung von „besetzt“. Automatische Wahlwiederholung würde das softwaremäßige Unterbrechen des Schleifenstroms erfordern.
  • Beim Wählen:
    • Aufblitzen bei Ablauf eines Festhalten-am-Fingeranschlag-Timeouts zum Mitzählen der Ebene
    • Aufblitzen im Takt des Nummernschalt­kontakts zur Visualisierung der Funktion der Wählscheibe
  • Blinken beim Anklopfen; mögliche Reaktion:
    • ignorieren
    • Hörergabel antippen und Rückfrage / Makeln / Dreierkonferenz wie dort beschrieben

Als technisches Detail zeige ich hier, wie die FSK-Wechselspannung am Pin5 (PB0) anliegt und wie die Software daraus Bits und Bytes macht. Dazu wird die Debug-Funktion am Pin 1 (PB5) genutzt, die die Funktion der Firmware wie eine Art Logikanalysator zeigt. Zur Aufzeichnung der Signalverläufe stand ein modernes Digital­oszilloskop „Rigol DS1104“ zur Verfügung.

Überblick, das CLIP-Signal zwischen 2× Klingeln
Nächste Vergrößerung
Mit Cursor zur Zeit- und Spannungsmessung
CSS und Nulldurchgangs­detektor
CSS: Umschaltung auf Längenauswertung nach 256 Nulldurchgängen
Übergang von CSS zu Mark
Übergang von Mark zum 1. Datenbyte, Cursor = Byterahmen (0x80)
Ende der Daten, Cursor = letztes Datenbyte (0x4F), danach Prüfsumme

• Im ersten Bild sieht man, wie der Dekoder zu früh einsetzt und dabei unnötig Energie verbraucht. Ist gefixt; das CLIP-Signal setzt tatsächlich genau 500 ms nach der letzten Klingel­wechselspannung ein. Außerdem sieht man den Spannungsabfall am Elko. Zudem sieht man, dass der Dekoder ein wenig früher fertig ist als das CLIP-Signal; ein Zeichen dafür dass alles geklappt hat, das kurze Auslaufsignal interessiert nicht. Das CLIP-Signal ist bereits in dieser Zoomstufe in 4 Abschnitten erkennbar:
  1. Dem Wechsel aus 0- und 1-Bits (Channel Seize Signal CSS)
  2. Den laufenden 1-Bits (Mark Signal)
  3. Den Daten
  4. Den Auslauf, wenn nichts mehr vom Debug-Ausgang kommt
• Im zweiten Bild sieht man während der ersten Phase des CLIP-Signals (Channel Seize Signal) eine Änderung am Debug-Ausgang: Die Software wechselt vom Modus, die mittlere Frequenz zu messen, und nur die Nulldurchgänge zu protokollieren, zum Modus, lange und kurze Nulldurchgangs­abstände zu unterscheiden und dazu ein Null- oder Eins-Bit anzuzeigen. Allerdings immer ein Bit zu spät; das geht nicht anders.
• Im dritten Bild beginnt der Dekoder zur richtigen Zeitpunkt, am Anfang des CSS, mit der Arbeit. Mit dem Cursor ist mit ΔX die Zeitdauer und mit ΔY der Spannungsabfall markiert.
  Die folgenden Bilder sind allesamt stark in X-Richtung vergrößerte Ausschnitte des Gesamtsignals.
• Im vierten Bild ist zu sehen, wie der Nulldurchgänge erfasst werden, indem bei jedem Interrupt das Portpin 5 gekippt wird (= Toggle). Die Phasenlage ist nicht von Belang; im Bild erscheint es invertiert. Die Software berechnet dabei den mittleren Nulldurchgangs­abstand TLEVEL aus 256 „plausiblen“ Nulldurchgängen.
• Im fünften Bild ist die Stelle mittig gestellt, bei der der Übergang von der mittleren Zeitmessung zur Bit-Detektion (ob 0- oder 1-Bit) erfolgt. Das passiert nach 256 „plausiblen“ Nulldurchgängen des CSS-Signals. Nun gibt die Software nach jedem Nulldurchgang zusätzlich zum Toggle das Ergebnis des Vergleichs mit TLEVEL als Low- oder High-Pegel aus. So verbleiben Marker bei jedem Nulldurchgang. Die Software sucht von nun an 100 Nulldurchgänge hintereinander mit tiefer Frequenz (= Mark).
• Im sechsten Bild sieht man den Übergang von abwechselnd High (1) und Low (0) in Dauer-High (tiefe Frequenz). Die Software wird alsbald Erfolg mit der Suche nach 100 tieffrequenten Nulldurchgängen haben und zur Startbitsuche (0 = hohe Frequenz) übergehen.
• Im siebenten Bild sieht man das erste Startbit nach Mark, und der X-Cursor markiert das erste Byte mitsamt Stoppbit. Ein Bit von 1200 Baud ist 833 µs lang, ein Byte, bestehend aus 1 Startbit, 8 Datenbits und 1 Stoppbit, ist das zehnfache, 8,33 ms lang. Zu sehen ist der Rahmenstartwert eines Multi-Message-Datenblocks = 0x80, sichtbar als LLLLLLLHH.
• Im letzten Bild sieht man das vorletzte Startbit mit dem letzten Nachrichtenbyte 0x4F = 'O' = LHHHHLLHLH im Cursor-Rahmen, und rechts davon das letzte Startbit mit der Prüfsumme (hier 0xFD). Noch während des Stoppbits der Prüfsumme hört die Dekodersoftware auf zu arbeiten, während noch ein paar 1-Bits ausgesendet werden. Die größere Amplitude im Oszillogramm erklärt sich durch das Abschalten des internen Pullup-Widerstandes.

Als technisches Detail zeige ich hier die Funktion des Hörton-Detektors. Der Hörton-Detektor wird vor allem dazu gebraucht, um beim Abheben nach Klingeln festzustellen, ob man den Anruf verpasst hat (d.h. Rückruffunktion sinnvoll) oder das Gespräch läuft (Rückruf ist dann Quatsch). Dazu gibt es zwei prinzipielle Lösungs­möglichkeiten:

• Mit dem Analogvergleicher an PB0 Nulldurchgänge erfassen und ausmessen
• Mit dem A/D-Wandler an PB2 eine Spektralanalyse durchführen

Während beim CLIP-Empfang sich der Analogvergleicher als klarer Favorit herausgestellt hat, erweist sich dasselbe Unterfangen für den Hörton als wenig zielführend, weil überlagerte (Sprech-)Wechselspannungen und Gleichstrom­schwankungen vom Kohlekörner­mikrofon und Wackelkontakten (des DDR-Telefons „Variant“) die Frequenzerkennung erheblich stören, trotz Hochpass an PB0. Wenn man hingegen nur eine Frequenz im Amplituden­spektrum sucht, kann man sich die Fensterfunktion ersparen, wenn man ein (in etwa) ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer des gesuchten Signals von 425 Hz festlegt. Als Favorit schweben mir 6 Perioden (14 ms, weniger als Watchdog-Timeout) oder auch 8 Perioden (16 ms, mehr als Watchdog-Timeout) vor.

Da der ATtiny keinen Hardware-Multiplizierer enthält, galt es im voraus abzuschätzen, ob und bei welcher Abtastrate der das überhaupt schafft. Es genügt im Continuous-Mode (13 A/D-Takte pro Abtastwert) ein A/D-Vorteiler von 16, macht 13×16 = 208 Takte verfügbare Rechenzeit zwischen 2 Abtastwerten. Für sportliche 9,6 kSa/s braucht es so eine Resonatorfrequenz von mindestens 2 MHz: Kein Problem. Das ist schon mal eine Vorausabschätzung für die künftige DTMF-Erkennung (nicht -Generierung; braucht man für Türsprechanlagen und den Türöffner sowie für einfache Aufgaben in der Haus­automatisierung), bei dem der Berechnungs­aufwand um Faktor 7-8 höher liegt.

Die fehleranfälligen Assemblerroutinen habe ich mal in LabVIEW durchsimuliert:

• Screenshot Frontpaneel
• Screenshot der Verschaltung
• LabVIEW2017-Programm