Protel在網絡電話通信系統中的應用

張琳 天津濱海職業學院

計算機網絡電話通信系統的設計思想是利用現有的計算機網絡組成電話通信網絡。網絡中的每一個節點（終端計算機）通過USB接口連接電話終端，每個電話終端連接8個用戶話機，每個用戶話機可擁有獨立的電話號碼，八部電話可以同時通過網絡進行話音傳輸?？赏ㄟ^擴展網絡節點或通過USB接口擴展電話終端設備兩種方法增加電話用戶。

網絡電話終端硬件由單片機控制電路、用戶接口電路、A/D線性編解碼電路、AMBE語音壓縮電路、電源電路、鈴流發生電路、系統設置電路、USB接口電路等組成。網絡電話終端實現了用戶話機接入，語音數據交換功能。

一、硬件電路主要元器件功能介紹

圖1 單片機控制電路

圖2 用戶接口電路

圖3 AMBE編解碼電路

1、C8051F023芯片的特點及應用[1]

Cygnal公司的C8051Fxxx系列單片機速度快，具備擴展的中斷系統，指令集與標準8051完全兼容；另外，集成混合信號系統，具有外設定制功能，并能支持在線系統(ISP)調試。因此近來得到了廣泛的應用。本系統中使用了一片C8051F023單片機來設計終端的主控模塊，并設計了主控模塊同其它各模塊間的接口電路。

C8051F023單片機是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有32個數字I/O引腳。具有片內VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F023是真正能獨立工作的片上系統。所有模擬和數字外設均可由用戶固件配置為使能或禁止。FLASH存儲器還具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲并允許現場更新8051固件。

片內JTAG調試電路允許使用安裝在最終應用系統上的產品R4CU進行非侵入式(不占用片內資源)、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察單步及運行和停機命今。在使用JTAG調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行。

C8051F023可在工業溫度范圍-45℃到+85℃內用2.7V～3.6V的電壓工作。端口I/O, RST和JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。

2、MH88612的應用[2]

MH88612芯片是由用戶線饋電與鈴流，2－4線變換，過流保護，恒流饋電和環路狀態檢測組成。

電路內共包括四部分：用戶線饋電采用一種復雜的反饋電路，以保證環路電流是恒流。2-4線變換網絡實現平衡二線與不平衡四線（發送輸出VX與接收輸入VR）之間的轉換，以適應和AD轉換電路接口的要求。環路狀態檢測可以輸出二種指示信號SHK和GS，GS反映用戶環長度的信息，其輸出電壓正比于環路長度（電阻）；SHK表示摘掛機狀態，若摘機，SHK輸出低電平，否則輸出高阻。給用戶送振鈴，通過對繼電器的控制將鈴流信號饋送到RF端和用戶線。

3、AMBE-2000TM芯片

AMBE2000TM是一款高性能、低功耗的單片實時語音壓縮/解壓縮芯片，它使用TM320LC541B-66內核，能進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的語音質量，其壓縮率可在2.0kbps～9.6kbps范圍內由軟件調節，且具有FEC(前向糾錯)、VAD(語音激活檢測)功能和DTMF信號檢測功能。在芯片內部有相互獨立的語音編碼和解碼通道，可同時完成語音的編碼和解碼任務;并且所有的編碼和解碼操作都在芯片內部完成，不需要外擴的存儲器。AMBE2000TM采用CMOS固定點DSP技術以降低功耗，同時提供待機低功耗模式以進一步降低電源消耗。AMBE2000TM的這些特性使它非常適合于數字語音通信、加密語音通信以及其它需要對語音進行數字處理的場合。

AMBE2000TM可以被視為編碼和解碼兩個分開的組件。編碼器接受8kHz語音數據流（16位線性，8位A率，或者8位u率），以需要的數據率輸出數據。相反的解碼器接收數據流并將數據流轉換為語音數據流。

二、系統主要電路原理圖[3]

利用protel 99 SE軟件可繪制系統中電路原理圖。

1、單片機控制電路

單片機控制電路由C8051F023單片機及其輸入輸出接口電路組成。它是整個計算機電話通信系統的控制核心，主要實現控制鈴流發生電路發送鈴流信號、控制AMBE語音壓縮電路實現語音信號的編碼和解碼，控制USB接口電路完成信令和語音信號的發送和接收，讀取用戶電路中的電話摘機、掛機狀態，讀取系統設置參數等多項功能。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。該電路實現對用戶饋電、二四線變換、振鈴控制、過流保護、摘掛機和撥號脈沖檢測等功能，其電路如圖2所示。

3、語音編解碼電路

語音編解碼電路采用數字語音系統公司（Digital Voice System）的AMBE-2000TM芯片和ADI公司的AD73311芯片，實現語音信號的編碼和解碼，使編碼后的語音信號在4.8kbps的傳輸速率下保持良好的語音質量。其電路圖如圖3所示。

二、PCB設計[4]

對繪制好的原理圖，進行器件屬性編輯，特別注意的是正確編輯封裝屬性，一般PCB庫文件中都有相應的封裝，但有一些器件要通過對實物的測量手工繪制封裝，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和PCB封裝中管腳編號不一致，需要對其中之一進行修改達到匹配效果。由原理圖生成網絡表，將網絡表導入PCB板(在此之前首先在機械層和禁止布線層規劃好PCB板)，自動產生飛線。為了滿足實際工作需求，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板中通過添加網絡標號產生新的飛線。設置布局規則，器件放在頂層，器件之間安全間距為10mil，進行手動布局。特別要注意的是為了方便生產，同類器件按照一個方向放置，便插件。設置布線規則，雙面布線，信號線寬為10mil，電源線寬為20mil，自動布線后再手工調整布線。在原理圖中二極管兩個管腳號為1,2，若二極管的封裝為DIODE0.4，其管腳編號為A、K,需要對其中之一進行修改，達到一致。

[1]國顧濱.Protel99實用教程.北京:人民郵電出版社.2008

[2]夏路易.電路原理圖與電路板設計教程Protel 99SE.北京希望電子出版社.2002