基于51單片機控制的話音調度臺設計與實現

徐懷宇

（內江職業技術學院 四川 內江 641100）

基于51單片機控制的話音調度臺設計與實現

徐懷宇

（內江職業技術學院 四川 內江 641100）

基于ZX-2029型電話機的設計原理，設計并實現了通過51單片機控制的話音調度平臺。平臺通過51單片機實現控制功能，將多路語音信號接入，對語音信號放大、識別后經綜合控制模塊選通輸出至人機交互界面，操作人員可以進行本地操作或是進行遠程操控，通過話音調度平臺來完成對遠程人機的調度。平臺經過連接調試可以正常工作，并且已經在相應的設備中投入使用。

電話機；51單片機；話音調度控制；語音信號處理

電話機已經是最基本、最普通的通信終端設備，在現代社會可以說任何人都無法離開手機生存，已經成為我們生活、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，但是在很多環境中需要對話音信號進行處理與交互，因此這就需要由控制功能的芯片和信號加入電路設計中，來完成對話音信號的錄音、錄時、控制以及交互等處理，文中基于ZX_2029型電話機的工作原理，利用單片機、FPGA以及微處理器等控制電路設計并實現了可實時交互的話音調度臺。

1 電話機電路

電話機電路部分與通常電話機的電路設計類似，分為振鈴電路、撥號電路、發/受話電路等幾部分組成，下面分別進行原理電路介紹。

1.1 振鈴電路

振鈴電路的原理圖如圖1所示，分為3個基本部分[1]，如圖所示D1～D44個二極管部分組成全波整流電路，對話音信號進行整流處理。圖中電話機開關為選擇開關，①路連通時，信號通向由KA2411芯片構成的振鈴電路，可以由喇叭輸出鈴聲；這時操作人員拔下電話聽筒，即可接通電話機，電話機信號接入發/受話電路部分。

KA2411引腳示意圖如圖2所示，其1腳輸入經全波整流后的話音鈴聲信號，一旦有信號輸入，則芯片處于工作狀態，由8腳輸出驅動信號來驅動電轉聲器件。

1.2 發/受話電路

如圖3所示為發/受話電路。

V1為發話放大器，語音信號連同撥號信號DTMF加載到V1的基極經集電極輸出。

由V2為主要器件所組成的受話電路本質上是一個功放電路。R14提供V2的基極偏置，C9形成負反饋。外線信號經R10、C10進入受話電路部分即V2的基極，集電極將信號放大后推動揚聲器工作，則用戶可以聽到電話語音。

發/受話電路有兩個關鍵點。一是發話電路和受話電路的電源是串聯關系，二者之間串聯一個電容進行去耦合來保證電源信號噪音的去除。二是電路的消側音設置，由于發話和受話都要經過外線信號部分，因此發話信號和受話信號都會進入受話電路中，發話信號會在受話電路中形成側音，對受話部分產生影響，側音過大甚至會影響使用，這里采用的是相位平衡法來消除側音。

圖1 電話機振鈴電路

圖2 振鈴IC KA2411引腳示意圖

圖3 發/受話電路

2 控制模塊設計

2.1 DTMF控制電路

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

電路設計中采用HT9200A[3]集成電路來完成DTMF信號的產生。片選信號有效時，電路開始工作，在時鐘的下降沿將串行輸入的數據鎖存，每5位二進制表示一個數據符號，并在每一個數據符號鎖存后輸出相對應的DTMF信號，當數據符號輸入為5個1時，則停止輸出。

HT9200A用于電話網絡測控系統中[3]，通過單片機對其進行控制[4]，它與單片機的接口電路如圖4所示，本文中所選用的單片機為C8051F02X系列單片機[5]。

圖4 單片機控制電路示意圖

如圖4中所示，單片機的P1_2通用I/O口用于產生串行同步信號，P1_1通用I/O口用于產生串行數據，P1_0則用于產生HT9200A的片選信號。單片機控制HT9200A產生DTMF信號，并且信號輸出至發/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、PTT控制信號接入、濾波放大、AD/DA變換、輸入輸出選通以及編碼處理等功能。具體電路設計即如圖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，進行自動增益放大和濾波處理。音頻檢測功能通過語音檢測，完成識別哪一路信號處于呼入狀態，將音頻信號選通輸出[8]，而平時開機值守，處于接收狀態的電臺輸出音頻為噪聲，該信號不進行選通[9]。此外模擬音頻經過AD采樣進入VoIP進行處理，VoIP輸出的音頻信號經過DA、放大，通過選通輸出，接入相應一部電臺的音頻輸入和PTT。多路音頻處理以及音頻檢測和選通輸出模塊的信號處理流程如圖6所示。

圖6 多路音頻處理模塊

2.3 總體控制模塊

VoIP數據處理模塊與綜合控制處理模塊[10]，將電臺音頻、PTT信號轉換成 VoIP數據包[11]，同時外部接入的 VoIP數據包處理形成音頻、PTT，根據選通協議，將上述模擬信號發送到相應電臺；同時，完成對選通、處理模擬、IP數據包、接口、電源等進行綜合控制[12-13]。數據包處理、控制根據需要選擇處理器主板。組成如圖7所示。

圖7 處理器外部接口關系

人機接口完成本地電臺選通后音頻接入，在本機實現音頻輸入輸出、本地電臺控制；同時具備狀態指示功能，系統人機接口連接模式如圖8所示。

圖8 話音調度人機接口終端部分

3 工作模式

話音調度臺的使用可以分為兩種基本模式，分別為遠程調用模式和本地調用模式，下面分別進行介紹。

3.1 遠程調用模式

電臺通信直接呼叫，通過電臺接入分控設備接入話音調度臺，話音調度臺通過電臺接入分控設備調度電臺。當話音調度終端發起調用時，電臺接入分控設備接收到調用指令數據包，明確需要調用的電臺，并判斷是否占用，除非遠程調用功能被關閉，不論被調用電臺是否處于在線使用狀態，其音頻將切換到VoIP數據通道：接收到音頻數據包后，相應的PPT置位使用，同時模擬音頻輸出到該電臺；同時電臺的音頻形成VoIP數據包發送到話音調度終端；當電臺接入分控設備接收到話音調度終端的結束調用數據包時候，返回初始狀態。

3.2 本地使用模式

本地使用模式下，車載或機載電臺接入分控設備，在本地進行控制、使用。電臺呼入不接入遠程的話音調度終端。待機狀態下，可接收任意電臺呼入。無呼入時候電臺輸出為噪音，經過語音檢測，自動識別，檢測為無呼入時候，自動降低噪聲音量。當確認有呼入音頻時候，給出操作人員指示燈提示，并自動調節音量，操作人員進行確認是否為串臺等非本車/機接收語音，可進行人工干預。

4 結束語

文中詳細介紹了基于單片機控制的話音調度臺的工作原理和詳細設計思路。話音調度臺可用于車載、機載或是地面房屋中，通過語音信息自動或手動對處于不同地區的多個分機進行控制和語音回復，并且具有本地使用和遠程分控設備調用的多用途選擇方式，目前成品已經在軍民領域中投入實驗和使用[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：201601054

全國教育科學十二五規劃教育部重點項目（SHN1340205）

徐懷宇（1959—），男，四川宜賓人，實驗師。研究方向：電子電器、計算機應用。