数字电子课程设计——多通道扩容型数字电话.doc

1多通道扩容型数字多通道扩容型数字内容目录内容目录 1. 摘要摘要 2. 引言引言 3. 系统硬件电路设计及关键技术系统硬件电路设计及关键技术 3．．1 硬件电路综述硬件电路综述 3．．2 语音信号编解码的实现语音信号编解码的实现 3．．3 CS4218 和和 DSP 之间的通信之间的通信 3．．4 DSP 与与 C51 的通信的通信 3．．5 MODEM 与与 DSP 的通信的通信 3．．6 模拟接口电路模拟接口电路 4. 系统软件设计系统软件设计 4．．1 软件原理介绍软件原理介绍 4．．1．．1 原始语音采集和合成语音回放原始语音采集和合成语音回放 4．．1．．2 语音语音 G.729 算法算法 4．．1．．3 DSP 与与 MODEM 间的通信间的通信 4．．1．．4 通信数据缓冲方法通信数据缓冲方法 4．．2 软件功能模块软件功能模块 4．．3 5. 结束语结束语21．摘要：．摘要：给出了一种基于给出了一种基于 DSP 技术模数兼容的多通道数字系统设计方案技术模数兼容的多通道数字系统设计方案 设计中采用了设计中采用了 DSP，低比特率语音压缩编解码，信道复用，，低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，而模拟向数字的过渡也涌现，给人们的生活带来了极大的方便，而模拟向数字的过渡也 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，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，通过采用普通的调制解调器，通过 PSTN 线路就可以实现高速，多路的，线路就可以实现高速，多路的， 兼容模拟通话的数字设计方案兼容模拟通话的数字设计方案 在这个设计方案中，提出了一种以一个作为主机（以在这个设计方案中，提出了一种以一个作为主机（以 DSP56F826 为内核）为内核） ，可挂接一个分机（以，可挂接一个分机（以 C51 为内核）的双机数字小系统，在为内核）的双机数字小系统，在 该系统中，用户可以在只占用一条该系统中，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和录音电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和录音电 话的所有功能，还可以作为实时和非实时的数据终端使用，而且可以稍加话的所有功能，还可以作为实时和非实时的数据终端使用，而且可以稍加 改动升级为更多路数的系统，具有很好的实用价值改动升级为更多路数的系统，具有很好的实用价值 该小系统的总体思路如图该小系统的总体思路如图 1 所示：所示：图图 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：能够充分的利用主机中的这种设计方案的特点是：能够充分的利用主机中的 DSP56F826 的强大的强大 的数字处理和控制的功能，而又没有使系统变得异常庞大；保留了传统的数字处理和控制的功能，而又没有使系统变得异常庞大；保留了传统 的完整电路，能够兼容和普通用户之间的模拟通话；利用了模的完整电路，能够兼容和普通用户之间的模拟通话；利用了模 拟的拨号，通话和振铃电路拟的拨号，通话和振铃电路,减轻了减轻了 DSP 的负担。

的负担3. 系统硬件电路设计及关键技术系统硬件电路设计及关键技术 3．．1 硬件电路综述硬件电路综述该系统的硬件总体框图如图该系统的硬件总体框图如图 2 所示：所示：3图图 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，接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，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位口模块，存储模块和基本外设模块话音处理模块包括十六位 MCU&DSP 芯片芯片 DSP56F826，，16 位位 PCM 编解码芯片编解码芯片 CS4218；接口模块包括信；接口模块包括信 号音检测电路，模拟通道和数字通道切换电路；存储模块采用大容量号音检测电路，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；基本外设模块包括键盘和 LCD 显示部分其中，话音处理模块显示部分其中，话音处理模块 是关键的功能模块是关键的功能模块 该小系统基本的工作原理如下所述：该小系统基本的工作原理如下所述： 在送话时，话音信号经在送话时，话音信号经 CS4218 采样和量化后形成的数字话音信号采样和量化后形成的数字话音信号 通过通过 DSP56F826 的的 SSI 口送入语音编解码模块，编码后的话音信号通过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，发送给通话对象；在受话方，MODEM 将接收到的数字话音信将接收到的数字话音信 号通过号通过 SCI 串口传送给串口传送给 DSP56F826，经语音解码模块解码以后的合成数，经语音解码模块解码以后的合成数 字话音信号仍然通过字话音信号仍然通过 SSI 口传送给口传送给 CS4218 还原。

这样就完成了一路话音还原这样就完成了一路话音 信号的发送与接收当要进行两路通话或者是多路通话的时候，信号的发送与接收当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作，完成多路话音信号的复用和分离中的话路复用模块参与工作，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 的的 SCI 串口和分机里面的微控制器串口和分机里面的微控制器 C51 的的 SCI 串口之间的通信来实现的，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彼此间协同工作所需要的主机和分机之间通过串口中断调用的方式来传递彼此间协同工作所需要的 控制和状态信息控制和状态信息 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 和和 MODEM 之间的通信是该系统的关键技术部分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：话音信号编解码的实现：4为了充分利用有限的存储空间，并且能够保证话音信号的实时传输，为了充分利用有限的存储空间，并且能够保证话音信号的实时传输， 本设计采用用了低比特率语音压缩技术。

它综合了波形编码和声码器的优本设计采用用了低比特率语音压缩技术它综合了波形编码和声码器的优 点，在点，在 4-16kb/s 的速度上得到高质量的合成语音其中，码本激励线形预的速度上得到高质量的合成语音其中，码本激励线形预 测编码（测编码（CELP）是成功的代表在这个系统中采用了）是成功的代表在这个系统中采用了 G729A 作为系统编作为系统编 解码的标准解码的标准G729A 是是 ITU-T 组织于组织于 1996 年制定的使用于年制定的使用于 PSTN 的第四的第四 代语音编解码标准，该标准采用共轭结构代语音编解码标准，该标准采用共轭结构-算术码本激励线性预测（算术码本激励线性预测（CS- ACELP）算法，其工作速率为）算法，其工作速率为 8Kbps，，MOS 分在分在 40 左右，达到全质左右，达到全质 语音标准下面简述一下语音标准下面简述一下 G729A 的算法 在编码端，输入在编码端，输入 8KHZ 采样的采样的 16 位线性位线性 PCM 语音信号，以语音信号，以 80 个样个样 值为单位（值为单位（10ms 为一帧）进行编码为一帧）进行编码CS-ACELP 编码器基于码激励线性编码器基于码激励线性 预测模型，对每一帧信号进行分析抽取预测模型，对每一帧信号进行分析抽取 CELP 模型参数（包括线性预测器模型参数（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）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，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 并重建语音并重建语音 3．．3 CS4218 和和 DSP 之间的通信之间的通信 硬件接口如图硬件接口如图 3 所示：所示：图图 3CS4218 是是 CRYSTAL 公司提供的公司提供的 16 位双声道串行音频编解码芯片，位双声道串行音频编解码芯片， 可以提供可以提供 4K-50KHZ 的采样频率，非常适用于该多通道扩容型数字小的采样频率，非常适用于该多通道扩容型数字小 系统CS4218 提供了多种工作模式给用户选择，这里采用了提供了多种工作模式给用户选择，这里采用了 SM4（即（即 Serial Mode 4）串行工作模式在这种工作模式中主要用到了）串行工作模式在这种工作模式中主要用到了 7 根信号线根信号线 和和 DSP 通信：通信：SDOUT，，SDIN，，SCLK 和和 SSYNC 这这 4 根线与根线与 DSP 之间进之间进 行声音数据交换：行声音数据交换：SDOUT 传送经过量化编码之后的信号数据到传送经过量化编码之后的信号数据到 DSP；；SDIN 从从 DSP 接收经过接收经过 G729A 解码后的数据信息；解码后的数据信息；SCLK 是为是为 CS4218 提供提供串行串行时钟；时钟；SSYNC 是帧开始是帧开始标志信号标志信号。

其中其中 SCLK 和和 SSYNC 被配置为输出信号被配置为输出信号CS4218 工作在工作在 SM4 模式下的数据在模式下的数据在 SDIN 和和 SDOUT 两根信号线上分别输入和输出，帧结构都是分为两个两根信号线上分别输入和输出，帧结构都是分为两个 16 位位 WORD：：WORDA 是通道一的数据信息位，而是通道一的数据信息位，而 WORDB 是通道二的数据是通道二的数据 信息位；信息位；CCS，，CCLK，，CDIN 是是 CS4218 的控制口，通过与的控制口，通过与 DSP 的的 GPIO 口口 PD0,PD1,PD2 通信来传输通信来传输 DSP 对对 CS4218 的控制信息当的控制信息当 DSP5中的接收寄存器满时，中的接收寄存器满时，DSP 产生一个中断读取接收到的数据并进行产生一个中断读取接收到的数据并进行 G729A 的解码；的解码；DSP 的编码工作结束后，将编码后的数据传送到发送寄存器，当的编码工作结束后，将编码后的数据传送到发送寄存器，当 发送寄存器满后，发送寄存器满后，DSP 会产生一个中断控制会产生一个中断控制 CS4218 读取发送寄存器中的读取发送寄存器中的 数据。