徐懷宇

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 內(nèi)江 641100）

基于51單片機(jī)控制的話音調(diào)度臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐懷宇

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 內(nèi)江 641100）

基于ZX-2029型電話機(jī)的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了通過51單片機(jī)控制的話音調(diào)度平臺(tái)。平臺(tái)通過51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能，將多路語音信號(hào)接入，對(duì)語音信號(hào)放大、識(shí)別后經(jīng)綜合控制模塊選通輸出至人機(jī)交互界面，操作人員可以進(jìn)行本地操作或是進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，通過話音調(diào)度平臺(tái)來完成對(duì)遠(yuǎn)程人機(jī)的調(diào)度。平臺(tái)經(jīng)過連接調(diào)試可以正常工作，并且已經(jīng)在相應(yīng)的設(shè)備中投入使用。

電話機(jī)；51單片機(jī)；話音調(diào)度控制；語音信號(hào)處理

電話機(jī)已經(jīng)是最基本、最普通的通信終端設(shè)備，在現(xiàn)代社會(huì)可以說任何人都無法離開手機(jī)生存，已經(jīng)成為我們生活、工作的必須品。日常生活中的單純的通話功能或許可以滿足我們的使用，但是在很多環(huán)境中需要對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行處理與交互，因此這就需要由控制功能的芯片和信號(hào)加入電路設(shè)計(jì)中，來完成對(duì)話音信號(hào)的錄音、錄時(shí)、控制以及交互等處理，文中基于ZX_2029型電話機(jī)的工作原理，利用單片機(jī)、FPGA以及微處理器等控制電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了可實(shí)時(shí)交互的話音調(diào)度臺(tái)。

1 電話機(jī)電路

電話機(jī)電路部分與通常電話機(jī)的電路設(shè)計(jì)類似，分為振鈴電路、撥號(hào)電路、發(fā)/受話電路等幾部分組成，下面分別進(jìn)行原理電路介紹。

1.1 振鈴電路

振鈴電路的原理圖如圖1所示，分為3個(gè)基本部分[1]，如圖所示D1～D44個(gè)二極管部分組成全波整流電路，對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行整流處理。圖中電話機(jī)開關(guān)為選擇開關(guān)，①路連通時(shí)，信號(hào)通向由KA2411芯片構(gòu)成的振鈴電路，可以由喇叭輸出鈴聲；這時(shí)操作人員拔下電話聽筒，即可接通電話機(jī)，電話機(jī)信號(hào)接入發(fā)/受話電路部分。

KA2411引腳示意圖如圖2所示，其1腳輸入經(jīng)全波整流后的話音鈴聲信號(hào)，一旦有信號(hào)輸入，則芯片處于工作狀態(tài)，由8腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電轉(zhuǎn)聲器件。

1.2 發(fā)/受話電路

如圖3所示為發(fā)/受話電路。

V1為發(fā)話放大器，語音信號(hào)連同撥號(hào)信號(hào)DTMF加載到V1的基極經(jīng)集電極輸出。

由V2為主要器件所組成的受話電路本質(zhì)上是一個(gè)功放電路。R14提供V2的基極偏置，C9形成負(fù)反饋。外線信號(hào)經(jīng)R10、C10進(jìn)入受話電路部分即V2的基極，集電極將信號(hào)放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器工作，則用戶可以聽到電話語音。

發(fā)/受話電路有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。一是發(fā)話電路和受話電路的電源是串聯(lián)關(guān)系，二者之間串聯(lián)一個(gè)電容進(jìn)行去耦合來保證電源信號(hào)噪音的去除。二是電路的消側(cè)音設(shè)置，由于發(fā)話和受話都要經(jīng)過外線信號(hào)部分，因此發(fā)話信號(hào)和受話信號(hào)都會(huì)進(jìn)入受話電路中，發(fā)話信號(hào)會(huì)在受話電路中形成側(cè)音，對(duì)受話部分產(chǎn)生影響，側(cè)音過大甚至?xí)绊懯褂?，這里采用的是相位平衡法來消除側(cè)音。

圖1 電話機(jī)振鈴電路

圖2 振鈴IC KA2411引腳示意圖

圖3 發(fā)/受話電路

2 控制模塊設(shè)計(jì)

2.1 DTMF控制電路

DTMF即為雙音多頻信號(hào)，通過承載語音的模擬電話線傳送電話撥號(hào)信息，每個(gè)數(shù)字利用兩個(gè)不同頻率突發(fā)模式的正弦波編碼，雙音方式的選擇是可以可靠地將撥號(hào)信息從語音中區(qū)分出來[2]。

電路設(shè)計(jì)中采用HT9200A[3]集成電路來完成DTMF信號(hào)的產(chǎn)生。片選信號(hào)有效時(shí)，電路開始工作，在時(shí)鐘的下降沿將串行輸入的數(shù)據(jù)鎖存，每5位二進(jìn)制表示一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，并在每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)鎖存后輸出相對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)符號(hào)輸入為5個(gè)1時(shí)，則停止輸出。

HT9200A用于電話網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)中[3]，通過單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制[4]，它與單片機(jī)的接口電路如圖4所示，本文中所選用的單片機(jī)為C8051F02X系列單片機(jī)[5]。

圖4 單片機(jī)控制電路示意圖

如圖4中所示，單片機(jī)的P1_2通用I/O口用于產(chǎn)生串行同步信號(hào)，P1_1通用I/O口用于產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)，P1_0則用于產(chǎn)生HT9200A的片選信號(hào)。單片機(jī)控制HT9200A產(chǎn)生DTMF信號(hào)，并且信號(hào)輸出至發(fā)/受話電路中[6-7]。

2.2 多路音頻處理電路

多路音頻處理模塊的工作流程如圖5所示，其主要作用是完成模擬音頻信號(hào)、PTT控制信號(hào)接入、濾波放大、AD/DA變換、輸入輸出選通以及編碼處理等功能。具體電路設(shè)計(jì)即如圖5所示。

圖5 多路音頻處理電路前端電路

多路音頻處理模塊可以接入多路的模擬音頻輸入信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)增益放大和濾波處理。音頻檢測(cè)功能通過語音檢測(cè)，完成識(shí)別哪一路信號(hào)處于呼入狀態(tài)，將音頻信號(hào)選通輸出[8]，而平時(shí)開機(jī)值守，處于接收狀態(tài)的電臺(tái)輸出音頻為噪聲，該信號(hào)不進(jìn)行選通[9]。此外模擬音頻經(jīng)過AD采樣進(jìn)入VoIP進(jìn)行處理，VoIP輸出的音頻信號(hào)經(jīng)過DA、放大，通過選通輸出，接入相應(yīng)一部電臺(tái)的音頻輸入和PTT。多路音頻處理以及音頻檢測(cè)和選通輸出模塊的信號(hào)處理流程如圖6所示。

圖6 多路音頻處理模塊

2.3 總體控制模塊

VoIP數(shù)據(jù)處理模塊與綜合控制處理模塊[10]，將電臺(tái)音頻、PTT信號(hào)轉(zhuǎn)換成 VoIP數(shù)據(jù)包[11]，同時(shí)外部接入的 VoIP數(shù)據(jù)包處理形成音頻、PTT，根據(jù)選通協(xié)議，將上述模擬信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)電臺(tái)；同時(shí)，完成對(duì)選通、處理模擬、IP數(shù)據(jù)包、接口、電源等進(jìn)行綜合控制[12-13]。數(shù)據(jù)包處理、控制根據(jù)需要選擇處理器主板。組成如圖7所示。

圖7 處理器外部接口關(guān)系

人機(jī)接口完成本地電臺(tái)選通后音頻接入，在本機(jī)實(shí)現(xiàn)音頻輸入輸出、本地電臺(tái)控制；同時(shí)具備狀態(tài)指示功能，系統(tǒng)人機(jī)接口連接模式如圖8所示。

圖8 話音調(diào)度人機(jī)接口終端部分

3 工作模式

話音調(diào)度臺(tái)的使用可以分為兩種基本模式，分別為遠(yuǎn)程調(diào)用模式和本地調(diào)用模式，下面分別進(jìn)行介紹。

3.1 遠(yuǎn)程調(diào)用模式

電臺(tái)通信直接呼叫，通過電臺(tái)接入分控設(shè)備接入話音調(diào)度臺(tái)，話音調(diào)度臺(tái)通過電臺(tái)接入分控設(shè)備調(diào)度電臺(tái)。當(dāng)話音調(diào)度終端發(fā)起調(diào)用時(shí)，電臺(tái)接入分控設(shè)備接收到調(diào)用指令數(shù)據(jù)包，明確需要調(diào)用的電臺(tái)，并判斷是否占用，除非遠(yuǎn)程調(diào)用功能被關(guān)閉，不論被調(diào)用電臺(tái)是否處于在線使用狀態(tài)，其音頻將切換到VoIP數(shù)據(jù)通道：接收到音頻數(shù)據(jù)包后，相應(yīng)的PPT置位使用，同時(shí)模擬音頻輸出到該電臺(tái)；同時(shí)電臺(tái)的音頻形成VoIP數(shù)據(jù)包發(fā)送到話音調(diào)度終端；當(dāng)電臺(tái)接入分控設(shè)備接收到話音調(diào)度終端的結(jié)束調(diào)用數(shù)據(jù)包時(shí)候，返回初始狀態(tài)。

3.2 本地使用模式

本地使用模式下，車載或機(jī)載電臺(tái)接入分控設(shè)備，在本地進(jìn)行控制、使用。電臺(tái)呼入不接入遠(yuǎn)程的話音調(diào)度終端。待機(jī)狀態(tài)下，可接收任意電臺(tái)呼入。無呼入時(shí)候電臺(tái)輸出為噪音，經(jīng)過語音檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別，檢測(cè)為無呼入時(shí)候，自動(dòng)降低噪聲音量。當(dāng)確認(rèn)有呼入音頻時(shí)候，給出操作人員指示燈提示，并自動(dòng)調(diào)節(jié)音量，操作人員進(jìn)行確認(rèn)是否為串臺(tái)等非本車/機(jī)接收語音，可進(jìn)行人工干預(yù)。

4 結(jié)束語

文中詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)控制的話音調(diào)度臺(tái)的工作原理和詳細(xì)設(shè)計(jì)思路。話音調(diào)度臺(tái)可用于車載、機(jī)載或是地面房屋中，通過語音信息自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)處于不同地區(qū)的多個(gè)分機(jī)進(jìn)行控制和語音回復(fù)，并且具有本地使用和遠(yuǎn)程分控設(shè)備調(diào)用的多用途選擇方式，目前成品已經(jīng)在軍民領(lǐng)域中投入實(shí)驗(yàn)和使用[14-16]。

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Design and implementation of voice dispatch platform based on 51 Single-Chip microcomputer

XU Huai-yu
（Institute of Technology of Profession of Neijiang，Neijiang 641100，China）

In this paper，we design and implement the voice dispatch platform controlled by 51 single-chip microcomputer based on the design principle of ZX-2029 phone.The platform achieve the control function through the 51 single-chip microcomputer.After the access，amplification and identification of the multi-channel voice signal，it strobe output to the interactive interface by the integrated control module.The operator can operate locally or remotely controlled to Scheduling remote people or machinery.The platform can work normally after connecting and debugging and has been put to use in the appropriate device.

telephone equipment；51 single-chip microcomputer；voice scheduling control；voice signal processing

TN924+.6

A

1674－6236（2016）15-0045-04

2016-01-09 稿件編號(hào)：201601054

全國教育科學(xué)十二五規(guī)劃教育部重點(diǎn)項(xiàng)目（SHN1340205）

徐懷宇（1959—），男，四川宜賓人，實(shí)驗(yàn)師。研究方向：電子電器、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。