Protel在网络电话通信系统中的应用

张琳 天津滨海职业学院

计算机网络电话通信系统的设计思想是利用现有的计算机网络组成电话通信网络。网络中的每一个节点（终端计算机）通过USB接口连接电话终端，每个电话终端连接8个用户话机，每个用户话机可拥有独立的电话号码，八部电话可以同时通过网络进行话音传输。可通过扩展网络节点或通过USB接口扩展电话终端设备两种方法增加电话用户。

网络电话终端硬件由单片机控制电路、用户接口电路、A/D线性编解码电路、AMBE语音压缩电路、电源电路、铃流发生电路、系统设置电路、USB接口电路等组成。网络电话终端实现了用户话机接入，语音数据交换功能。

一、硬件电路主要元器件功能介绍

图1 单片机控制电路

图2 用户接口电路

图3 AMBE编解码电路

1、C8051F023芯片的特点及应用[1]

Cygnal公司的C8051Fxxx系列单片机速度快，具备扩展的中断系统，指令集与标准8051完全兼容；另外，集成混合信号系统，具有外设定制功能，并能支持在线系统(ISP)调试。因此近来得到了广泛的应用。本系统中使用了一片C8051F023单片机来设计终端的主控模块，并设计了主控模块同其它各模块间的接口电路。

C8051F023单片机是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有32个数字I/O引脚。具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F023是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件配置为使能或禁止。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储并允许现场更新8051固件。

片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品R4CU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察单步及运行和停机命今。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。

C8051F023可在工业温度范围-45℃到+85℃内用2.7V～3.6V的电压工作。端口I/O, RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。

2、MH88612的应用[2]

MH88612芯片是由用户线馈电与铃流，2－4线变换，过流保护，恒流馈电和环路状态检测组成。

电路内共包括四部分：用户线馈电采用一种复杂的反馈电路，以保证环路电流是恒流。2-4线变换网络实现平衡二线与不平衡四线（发送输出VX与接收输入VR）之间的转换，以适应和AD转换电路接口的要求。环路状态检测可以输出二种指示信号SHK和GS，GS反映用户环长度的信息，其输出电压正比于环路长度（电阻）；SHK表示摘挂机状态，若摘机，SHK输出低电平，否则输出高阻。给用户送振铃，通过对继电器的控制将铃流信号馈送到RF端和用户线。

3、AMBE-2000TM芯片

AMBE2000TM是一款高性能、低功耗的单片实时语音压缩/解压缩芯片，它使用TM320LC541B-66内核，能进行全双工的压缩和解压缩，从而以极高的压缩率提供高品质的语音质量，其压缩率可在2.0kbps～9.6kbps范围内由软件调节，且具有FEC(前向纠错)、VAD(语音激活检测)功能和DTMF信号检测功能。在芯片内部有相互独立的语音编码和解码通道，可同时完成语音的编码和解码任务;并且所有的编码和解码操作都在芯片内部完成，不需要外扩的存储器。AMBE2000TM采用CMOS固定点DSP技术以降低功耗，同时提供待机低功耗模式以进一步降低电源消耗。AMBE2000TM的这些特性使它非常适合于数字语音通信、加密语音通信以及其它需要对语音进行数字处理的场合。

AMBE2000TM可以被视为编码和解码两个分开的组件。编码器接受8kHz语音数据流（16位线性，8位A率，或者8位u率），以需要的数据率输出数据。相反的解码器接收数据流并将数据流转换为语音数据流。

二、系统主要电路原理图[3]

利用protel 99 SE软件可绘制系统中电路原理图。

1、单片机控制电路

单片机控制电路由C8051F023单片机及其输入输出接口电路组成。它是整个计算机电话通信系统的控制核心，主要实现控制铃流发生电路发送铃流信号、控制AMBE语音压缩电路实现语音信号的编码和解码，控制USB接口电路完成信令和语音信号的发送和接收，读取用户电路中的电话摘机、挂机状态，读取系统设置参数等多项功能。其电路如图1所示。

2、用户接口电路

用户接口电路主要由MITEL公司推出的MH88612厚膜集成电路组成。该电路实现对用户馈电、二四线变换、振铃控制、过流保护、摘挂机和拨号脉冲检测等功能，其电路如图2所示。

3、语音编解码电路

语音编解码电路采用数字语音系统公司（Digital Voice System）的AMBE-2000TM芯片和ADI公司的AD73311芯片，实现语音信号的编码和解码，使编码后的语音信号在4.8kbps的传输速率下保持良好的语音质量。其电路图如图3所示。

二、PCB设计[4]

对绘制好的原理图，进行器件属性编辑，特别注意的是正确编辑封装属性，一般PCB库文件中都有相应的封装，但有一些器件要通过对实物的测量手工绘制封装，注意管脚之间的距离和管脚尺寸及外形轮廓；还有一些器件原理图中管脚编号和PCB封装中管脚编号不一致，需要对其中之一进行修改达到匹配效果。由原理图生成网络表，将网络表导入PCB板(在此之前首先在机械层和禁止布线层规划好PCB板)，自动产生飞线。为了满足实际工作需求，需要新添加一些焊盘或者器件封装并与原电路中某些器件有电气连接，可在PCB板中通过添加网络标号产生新的飞线。设置布局规则，器件放在顶层，器件之间安全间距为10mil，进行手动布局。特别要注意的是为了方便生产，同类器件按照一个方向放置，便插件。设置布线规则，双面布线，信号线宽为10mil，电源线宽为20mil，自动布线后再手工调整布线。在原理图中二极管两个管脚号为1,2，若二极管的封装为DIODE0.4，其管脚编号为A、K,需要对其中之一进行修改，达到一致。

[1]国顾滨.Protel99实用教程.北京:人民邮电出版社.2008

[2]夏路易.电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE.北京希望电子出版社.2002