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题目：多通道扩容型数字电话
编号：B11191
时间：2002.10.8
首名设计者为联络代表人。
姓名： 吴运明 （中文）WU
YUNMING
（英文） 职业：硕士研究生
（中文）TAN
MIN
（英文） 职业：硕士研究生
姓名： 谭敏
邮编：430074
电子信箱：
WU YUNMING@371.NET
推派单½名称：华中科技大学电子与信息工程系
Motorola MCU/DSP
实验室
内容目½
1.
摘要
2.
引言
3.
系统硬件电路设计及关键技术
3．1
硬件电路综述
．
3．2
语音信号编解码的实现
．
3．3 CS4218
和
DSP
之间的通信
．
．
3．4 DSP
与
C51
的通信
3．5 MODEM
与
DSP
的通信
．
3．6
模拟电话接口电路
．
4.
系统½件设计
4．1
½件原理介绍
．
4．1．1
原始语音采集和合成语音回放
． ．
4．1．2
语音
G.729
算法
． ．
4．1．3 DSP
与
MODEM
间的通信
． ．
4．1．4
通信数据缓冲方法
． ．
4．2
½件功½模块
4．3
．
．
5.
结束语
1．摘要：
．摘要：
给出了一种基于
DSP
技术模数兼容的多通道数字电话系统设计方案。
设计中采用了
DSP，
½比特率语音压缩编
解码，信道复用，FLASH
MEMORY，DSP
和调制解调器通信等技术。在通用调制解调器构成的点对点通信平台上
实现了两路语音的复用，传输及交换。
2.
引言
随着数字化时代的到来，在数字通信技术高速发展的今天，通信信道的容量和信道质量是两个关键性的问题。
与此同时，各种数字终端不断地涌现，给人们的生活带来了极大的方便，而模拟电话向数字电话的过渡也是一个必
然的趋势。在这个背景下，本系统给出了一种利用语音压缩技术，采用普通的调制解调器，通过
PSTN
电话线路就
可以实现高速，多路的，兼容模拟通话的数字电话设计方案。
在这个设计方案中，提出了一种以一个电话½为主机（以
DSP56F826
为内核）
，可挂接一个分机（以
C51
为内
核）的双机数字电话小系统，在该系统中，用户可以在只占用一条
PSTN
线路的情况下，可进行基于点对点模式的
两路完全独立的数字通话。该系统支持传统的分机电话和½音电话的所有功½，还可以½为实时和非实时的数据终
端½用，而且可以稍加改动升级为更多路数的电话系统，具有很½的实用价值。
该小系统的总½思路如图
1
所示：
图
1
其中，主机需要完成的任务比较重：包括用户一和用户二的语音数据的采集和编解码，两路数字话音信道的复
用和交换，模拟话音通道和数字话音通道间的切换，与分机的通信以及与
MODEM
的通信等。而分机所要完成的
任务只是完成与主机的通信和简单的键盘和显示控制。这种设计方案的特点是：½够充分的利用主机中的
DSP56F826
的强大的数字处理和控制的功½，而又没有½系统变得异常庞大；保留了传统电话的完整电路，½够
兼容和普通电话用户之间的模拟通话；利用了模拟电话的拨号，通话和振铃电路,减½了
DSP
的负担。
3.
系统硬件电路设计及关键技术
3．1
硬件电路综述
．
该系统的硬件总½框图如图
2
所示：
图
2
硬件电路的构成大至可以分为以下几个模块：话音处理模块，电话接口模块，存储模块和基本外设模块。话音
处理模块包括十六½
MCU&DSP
芯片
DSP56F826，
½
PCM
编解码芯片
CS4218；
电话接口模块包括信号音检测电
16
路，模拟通道和数字通道切换电路；存储模块采用大容量
FLASH；基本外设模块包括键盘和 LCD
显示部分。其中，
话音处理模块是关键的功½模块。
该电话小系统基本的工½原理如下所述：
在送话时，
话音信号经
CS4218
采样和量化后½成的数字话音信号通过
DSP56F826
的
SSI
口送入语音编解码模
块，编码后的话音信号通过
MODEM
发送给通话对象；在受话方，MODEM 将接收到的数字话音信号通过
SCI
串口
传送给
DSP56F826，经语音解码模块解码以后的合成数字话音信号仍然通过 SSI
口传送给
CS4218
还原。这样就完成
了一路话音信号的发送与接收。½要进行两路通话或者是多路通话的时候，DSP56F826 中的话路复用模块参与工½，
完成多路话音信号的复用和分离的任务。另外，主机和分机之间的通信任务是通过主机里面的
DSP56F826
的
SCI
串
口和分机里面的微控制器
C51
的
SCI
串口之间的通信来实现的，主机和分机之间通过串口中断调用的方式来传递½
此间协同工½所需要的控制和状态信息。
语音信号的采集，量化和编解码，分机和主机间的通信，以及
DSP
和
MODEM
之间的通信是该系统的关键技术
部分。
3．2
话音信号编解码的实现：
．
为了充分利用有限的存储空间，并且½够保证话音信号的实时传输，本设计采用用了½比特率语音压缩技术。它
综合了波½编码和声码器的优点，
4-16kb/s
的速度上得到高质量的合成语音。
在
其中，
码本激励线½预测编码
（CELP）
是成功的代表。在这个系统中采用了
G729A
½为系统编解码的标准。G729A 是
ITU-T
组织于
1996
年制定的½用于
PSTN
的第四代语音编解码标准，该标准采用共½结构-算术码本激励线性预测（CS-ACELP）算法，其工½速率为
8Kbps，MOS
分在
4。0
左右，达到全质语音标准。下面简述一下
G729A
的算法。
在编码端，
输入
8KHZ
采样的
16
½线性
PCM
语音信号，
80
个样值为单½
以
（10ms 为一帧）
进行编码。
CS-ACELP
编码器基于码激励线性预测模型，对每一帧信号进行分析½取
CELP
模型参数（包括线性预测器滤波器系数，自适
应码本和固定码本索引和增益）
，这些参数经编码后传送出去。解码端对收到的参数进行解码，重新获得激励和合成
滤波器参数并重建语音。
3．3
．
CS4218
和
DSP
之间的通信
硬件接口如图
3
所示：
图
3
CS4218
是
CRYSTAL
公司提供的
16
½双声道串行音频编解码芯片，可以提供
4K-50KHZ
的采样频率，非常适用
于该多通道扩容型数字电话小系统。CS4218 提供了多种工½模式给用户选择，这里采用了
SM4（即 Serial Mode 4）
串行工½模式。在这种工½模式中主要用到了
7
根信号线和
DSP
通信：SDOUT，SDIN，SCLK 和
SSYNC
这
4
根线
与
DSP
之间进行声音数据交换：SDOUT 传送经过量化编码之后的信号数据到
DSP；SDIN
从
DSP
接收经过
G729A
解码后的数据信息；SCLK 是为
CS4218
提供串行时钟；SSYNC 是帧开始标志信号。其中
SCLK
和
SSYNC
被配½为
输出信号。CS4218 工½在
SM4
模式下的数据在
SDIN
和
SDOUT
两根信号线上分别输入和输出，帧结构½是分为两
个
16
½
WORD：
而
WORDA
是通道一的数据信息½，
WORDB
是通道二的数据信息½；
CCS，
CCLK，
CDIN
是
CS4218
的控制口，
通过与
DSP
的
GPIO
口
PD0,PD1,PD2
通信来传输
DSP
对
CS4218
的控制信息。
DSP
中的接收寄存器满
½
时，DSP 产生一个中断读取接收到的数据并进行
G729A
的解码；DSP 的编码工½结束后，将编码后的数据传送到发
送寄存器，
½发送寄存器满后，
从而完成
DSP
和
CS4218
DSP
会产生一个中断控制
CS4218
读取发送寄存器中的数据，
之间的数据交换。具½的通信过程见½件部分的说明。
3．4
．
DSP
与
C51
的通信
在该小系统的设计中，分机和主机的通信分为两个信道：控制信道和话音信道。控制信道由主机中的
DSP，
分机中的
C51
以及连接它们之间的
RS232
连接器组成。C51 微控制器只向
DSP
传送和接收信令控制信息，而没有
语音数据的交换，因此数据量不大，而且实时性要求也不高，只需要利用常规的串口中断来实现主机和分机之间的
控制信息交换即可。而话音信道则是将分机中的传统通话模拟信道与主机中
CS4218
的模拟信号的输入输出端通过
主机内部的接口电路相连，这样可以简化设计，也就是说，分机和主机之间的话音传输是以模拟的方式进行的。图
4
给出了控制信道接口电路连接方式。
图
4
3．5 MODEM
与
DSP
的通信电路
．
DSP
将话音数据编码之后，加上一定量的控制和状态信息，通过通用的
56K
的调制解调器发送出去，而接收
端则将对方发送过来的打包后的数据接收并解包成原始的话音数据送到
DSP
进行解码，这样就完成了一个完整的
远端数据的收发过程。 通过异步串口
SCI
发送
AT
½令来实现对
MODEM
控制进行串行通信，
它具有与
MODEM
DSP
接口和控制½力，与
MODEM
的接口如图
5。
TXD0
RXD0
T_IN
R_OUT
T_IN
T_OUT
R_IN
DSP56F826
MAX3221
1
6
2
7
3
8
4
9
5
9p针串口线连至
MODEM9p针凹插½
MODEM
3．6
模拟电话接口电路
．
由于要兼容传统的模拟通话电路，因此模拟通话电路和
DSP
之间的接口电路成为必要，包括：模拟和数字通
道切换电路，信号音监测电路。模拟和数字通道切换电路主要由
DSP
的
GPIO
控制线控制模拟多路开关
AD8182
在模拟通道和数字通道以及数字通道一和数字通道二之间进行切换；
而信号音监测电路主要是监测三种主要信号音
（回铃音，
忙音和拨号音）
的有无，
从而判断话路状态，
以便
DSP
进行相应的控制操½。
信号音监测电路由
LM567
单片机
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