張琳 天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)電話通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成電話通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（終端計(jì)算機(jī)）通過(guò)USB接口連接電話終端，每個(gè)電話終端連接8個(gè)用戶話機(jī)，每個(gè)用戶話機(jī)可擁有獨(dú)立的電話號(hào)碼，八部電話可以同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行話音傳輸?？赏ㄟ^(guò)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或通過(guò)USB接口擴(kuò)展電話終端設(shè)備兩種方法增加電話用戶。

網(wǎng)絡(luò)電話終端硬件由單片機(jī)控制電路、用戶接口電路、A/D線性編解碼電路、AMBE語(yǔ)音壓縮電路、電源電路、鈴流發(fā)生電路、系統(tǒng)設(shè)置電路、USB接口電路等組成。網(wǎng)絡(luò)電話終端實(shí)現(xiàn)了用戶話機(jī)接入，語(yǔ)音數(shù)據(jù)交換功能。

一、硬件電路主要元器件功能介紹

圖1 單片機(jī)控制電路

圖2 用戶接口電路

圖3 AMBE編解碼電路

1、C8051F023芯片的特點(diǎn)及應(yīng)用[1]

Cygnal公司的C8051Fxxx系列單片機(jī)速度快，具備擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，指令集與標(biāo)準(zhǔn)8051完全兼容；另外，集成混合信號(hào)系統(tǒng)，具有外設(shè)定制功能，并能支持在線系統(tǒng)(ISP)調(diào)試。因此近來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)中使用了一片C8051F023單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)終端的主控模塊，并設(shè)計(jì)了主控模塊同其它各模塊間的接口電路。

C8051F023單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，具有32個(gè)數(shù)字I/O引腳。具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F023是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件配置為使能或禁止。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。

片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品R4CU進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察單步及運(yùn)行和停機(jī)命今。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。

C8051F023可在工業(yè)溫度范圍-45℃到+85℃內(nèi)用2.7V～3.6V的電壓工作。端口I/O, RST和JTAG引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。

2、MH88612的應(yīng)用[2]

MH88612芯片是由用戶線饋電與鈴流，2－4線變換，過(guò)流保護(hù)，恒流饋電和環(huán)路狀態(tài)檢測(cè)組成。

電路內(nèi)共包括四部分：用戶線饋電采用一種復(fù)雜的反饋電路，以保證環(huán)路電流是恒流。2-4線變換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平衡二線與不平衡四線（發(fā)送輸出VX與接收輸入VR）之間的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)和AD轉(zhuǎn)換電路接口的要求。環(huán)路狀態(tài)檢測(cè)可以輸出二種指示信號(hào)SHK和GS，GS反映用戶環(huán)長(zhǎng)度的信息，其輸出電壓正比于環(huán)路長(zhǎng)度（電阻）；SHK表示摘掛機(jī)狀態(tài)，若摘機(jī)，SHK輸出低電平，否則輸出高阻。給用戶送振鈴，通過(guò)對(duì)繼電器的控制將鈴流信號(hào)饋送到RF端和用戶線。

3、AMBE-2000TM芯片

AMBE2000TM是一款高性能、低功耗的單片實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓縮/解壓縮芯片，它使用TM320LC541B-66內(nèi)核，能進(jìn)行全雙工的壓縮和解壓縮，從而以極高的壓縮率提供高品質(zhì)的語(yǔ)音質(zhì)量，其壓縮率可在2.0kbps～9.6kbps范圍內(nèi)由軟件調(diào)節(jié)，且具有FEC(前向糾錯(cuò))、VAD(語(yǔ)音激活檢測(cè))功能和DTMF信號(hào)檢測(cè)功能。在芯片內(nèi)部有相互獨(dú)立的語(yǔ)音編碼和解碼通道，可同時(shí)完成語(yǔ)音的編碼和解碼任務(wù);并且所有的編碼和解碼操作都在芯片內(nèi)部完成，不需要外擴(kuò)的存儲(chǔ)器。AMBE2000TM采用CMOS固定點(diǎn)DSP技術(shù)以降低功耗，同時(shí)提供待機(jī)低功耗模式以進(jìn)一步降低電源消耗。AMBE2000TM的這些特性使它非常適合于數(shù)字語(yǔ)音通信、加密語(yǔ)音通信以及其它需要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行數(shù)字處理的場(chǎng)合。

AMBE2000TM可以被視為編碼和解碼兩個(gè)分開的組件。編碼器接受8kHz語(yǔ)音數(shù)據(jù)流（16位線性，8位A率，或者8位u率），以需要的數(shù)據(jù)率輸出數(shù)據(jù)。相反的解碼器接收數(shù)據(jù)流并將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音數(shù)據(jù)流。

二、系統(tǒng)主要電路原理圖[3]

利用protel 99 SE軟件可繪制系統(tǒng)中電路原理圖。

1、單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路由C8051F023單片機(jī)及其輸入輸出接口電路組成。它是整個(gè)計(jì)算機(jī)電話通信系統(tǒng)的控制核心，主要實(shí)現(xiàn)控制鈴流發(fā)生電路發(fā)送鈴流信號(hào)、控制AMBE語(yǔ)音壓縮電路實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的編碼和解碼，控制USB接口電路完成信令和語(yǔ)音信號(hào)的發(fā)送和接收，讀取用戶電路中的電話摘機(jī)、掛機(jī)狀態(tài)，讀取系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)等多項(xiàng)功能。其電路如圖1所示。

2、用戶接口電路

用戶接口電路主要由MITEL公司推出的MH88612厚膜集成電路組成。該電路實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶饋電、二四線變換、振鈴控制、過(guò)流保護(hù)、摘掛機(jī)和撥號(hào)脈沖檢測(cè)等功能，其電路如圖2所示。

3、語(yǔ)音編解碼電路

語(yǔ)音編解碼電路采用數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)公司（Digital Voice System）的AMBE-2000TM芯片和ADI公司的AD73311芯片，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的編碼和解碼，使編碼后的語(yǔ)音信號(hào)在4.8kbps的傳輸速率下保持良好的語(yǔ)音質(zhì)量。其電路圖如圖3所示。

二、PCB設(shè)計(jì)[4]

對(duì)繪制好的原理圖，進(jìn)行器件屬性編輯，特別注意的是正確編輯封裝屬性，一般PCB庫(kù)文件中都有相應(yīng)的封裝，但有一些器件要通過(guò)對(duì)實(shí)物的測(cè)量手工繪制封裝，注意管腳之間的距離和管腳尺寸及外形輪廓；還有一些器件原理圖中管腳編號(hào)和PCB封裝中管腳編號(hào)不一致，需要對(duì)其中之一進(jìn)行修改達(dá)到匹配效果。由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，將網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入PCB板(在此之前首先在機(jī)械層和禁止布線層規(guī)劃好PCB板)，自動(dòng)產(chǎn)生飛線。為了滿足實(shí)際工作需求，需要新添加一些焊盤或者器件封裝并與原電路中某些器件有電氣連接，可在PCB板中通過(guò)添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)產(chǎn)生新的飛線。設(shè)置布局規(guī)則，器件放在頂層，器件之間安全間距為10mil，進(jìn)行手動(dòng)布局。特別要注意的是為了方便生產(chǎn)，同類器件按照一個(gè)方向放置，便插件。設(shè)置布線規(guī)則，雙面布線，信號(hào)線寬為10mil，電源線寬為20mil，自動(dòng)布線后再手工調(diào)整布線。在原理圖中二極管兩個(gè)管腳號(hào)為1,2，若二極管的封裝為DIODE0.4，其管腳編號(hào)為A、K,需要對(duì)其中之一進(jìn)行修改，達(dá)到一致。

[1]國(guó)顧濱.Protel99實(shí)用教程.北京:人民郵電出版社.2008

[2]夏路易.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程Protel 99SE.北京希望電子出版社.2002