基于51单片机控制的话音调度台设计与实现

徐怀宇

（内江职业技术学院 四川 内江 641100）

基于51单片机控制的话音调度台设计与实现

徐怀宇

（内江职业技术学院 四川 内江 641100）

基于ZX-2029型电话机的设计原理，设计并实现了通过51单片机控制的话音调度平台。平台通过51单片机实现控制功能，将多路语音信号接入，对语音信号放大、识别后经综合控制模块选通输出至人机交互界面，操作人员可以进行本地操作或是进行远程操控，通过话音调度平台来完成对远程人机的调度。平台经过连接调试可以正常工作，并且已经在相应的设备中投入使用。

电话机；51单片机；话音调度控制；语音信号处理

电话机已经是最基本、最普通的通信终端设备，在现代社会可以说任何人都无法离开手机生存，已经成为我们生活、工作的必须品。日常生活中的单纯的通话功能或许可以满足我们的使用，但是在很多环境中需要对话音信号进行处理与交互，因此这就需要由控制功能的芯片和信号加入电路设计中，来完成对话音信号的录音、录时、控制以及交互等处理，文中基于ZX_2029型电话机的工作原理，利用单片机、FPGA以及微处理器等控制电路设计并实现了可实时交互的话音调度台。

1 电话机电路

电话机电路部分与通常电话机的电路设计类似，分为振铃电路、拨号电路、发/受话电路等几部分组成，下面分别进行原理电路介绍。

1.1 振铃电路

振铃电路的原理图如图1所示，分为3个基本部分[1]，如图所示D1～D44个二极管部分组成全波整流电路，对话音信号进行整流处理。图中电话机开关为选择开关，①路连通时，信号通向由KA2411芯片构成的振铃电路，可以由喇叭输出铃声；这时操作人员拔下电话听筒，即可接通电话机，电话机信号接入发/受话电路部分。

KA2411引脚示意图如图2所示，其1脚输入经全波整流后的话音铃声信号，一旦有信号输入，则芯片处于工作状态，由8脚输出驱动信号来驱动电转声器件。

1.2 发/受话电路

如图3所示为发/受话电路。

V1为发话放大器，语音信号连同拨号信号DTMF加载到V1的基极经集电极输出。

由V2为主要器件所组成的受话电路本质上是一个功放电路。R14提供V2的基极偏置，C9形成负反馈。外线信号经R10、C10进入受话电路部分即V2的基极，集电极将信号放大后推动扬声器工作，则用户可以听到电话语音。

发/受话电路有两个关键点。一是发话电路和受话电路的电源是串联关系，二者之间串联一个电容进行去耦合来保证电源信号噪音的去除。二是电路的消侧音设置，由于发话和受话都要经过外线信号部分，因此发话信号和受话信号都会进入受话电路中，发话信号会在受话电路中形成侧音，对受话部分产生影响，侧音过大甚至会影响使用，这里采用的是相位平衡法来消除侧音。

图1 电话机振铃电路

图2 振铃IC KA2411引脚示意图

图3 发/受话电路

2 控制模块设计

2.1 DTMF控制电路

DTMF即为双音多频信号，通过承载语音的模拟电话线传送电话拨号信息，每个数字利用两个不同频率突发模式的正弦波编码，双音方式的选择是可以可靠地将拨号信息从语音中区分出来[2]。

电路设计中采用HT9200A[3]集成电路来完成DTMF信号的产生。片选信号有效时，电路开始工作，在时钟的下降沿将串行输入的数据锁存，每5位二进制表示一个数据符号，并在每一个数据符号锁存后输出相对应的DTMF信号，当数据符号输入为5个1时，则停止输出。

HT9200A用于电话网络测控系统中[3]，通过单片机对其进行控制[4]，它与单片机的接口电路如图4所示，本文中所选用的单片机为C8051F02X系列单片机[5]。

图4 单片机控制电路示意图

如图4中所示，单片机的P1_2通用I/O口用于产生串行同步信号，P1_1通用I/O口用于产生串行数据，P1_0则用于产生HT9200A的片选信号。单片机控制HT9200A产生DTMF信号，并且信号输出至发/受话电路中[6-7]。

2.2 多路音频处理电路

多路音频处理模块的工作流程如图5所示，其主要作用是完成模拟音频信号、PTT控制信号接入、滤波放大、AD/DA变换、输入输出选通以及编码处理等功能。具体电路设计即如图5所示。

图5 多路音频处理电路前端电路

多路音频处理模块可以接入多路的模拟音频输入信号，进行自动增益放大和滤波处理。音频检测功能通过语音检测，完成识别哪一路信号处于呼入状态，将音频信号选通输出[8]，而平时开机值守，处于接收状态的电台输出音频为噪声，该信号不进行选通[9]。此外模拟音频经过AD采样进入VoIP进行处理，VoIP输出的音频信号经过DA、放大，通过选通输出，接入相应一部电台的音频输入和PTT。多路音频处理以及音频检测和选通输出模块的信号处理流程如图6所示。

图6 多路音频处理模块

2.3 总体控制模块

VoIP数据处理模块与综合控制处理模块[10]，将电台音频、PTT信号转换成 VoIP数据包[11]，同时外部接入的 VoIP数据包处理形成音频、PTT，根据选通协议，将上述模拟信号发送到相应电台；同时，完成对选通、处理模拟、IP数据包、接口、电源等进行综合控制[12-13]。数据包处理、控制根据需要选择处理器主板。组成如图7所示。

图7 处理器外部接口关系

人机接口完成本地电台选通后音频接入，在本机实现音频输入输出、本地电台控制；同时具备状态指示功能，系统人机接口连接模式如图8所示。

图8 话音调度人机接口终端部分

3 工作模式

话音调度台的使用可以分为两种基本模式，分别为远程调用模式和本地调用模式，下面分别进行介绍。

3.1 远程调用模式

电台通信直接呼叫，通过电台接入分控设备接入话音调度台，话音调度台通过电台接入分控设备调度电台。当话音调度终端发起调用时，电台接入分控设备接收到调用指令数据包，明确需要调用的电台，并判断是否占用，除非远程调用功能被关闭，不论被调用电台是否处于在线使用状态，其音频将切换到VoIP数据通道：接收到音频数据包后，相应的PPT置位使用，同时模拟音频输出到该电台；同时电台的音频形成VoIP数据包发送到话音调度终端；当电台接入分控设备接收到话音调度终端的结束调用数据包时候，返回初始状态。

3.2 本地使用模式

本地使用模式下，车载或机载电台接入分控设备，在本地进行控制、使用。电台呼入不接入远程的话音调度终端。待机状态下，可接收任意电台呼入。无呼入时候电台输出为噪音，经过语音检测，自动识别，检测为无呼入时候，自动降低噪声音量。当确认有呼入音频时候，给出操作人员指示灯提示，并自动调节音量，操作人员进行确认是否为串台等非本车/机接收语音，可进行人工干预。

4 结束语

文中详细介绍了基于单片机控制的话音调度台的工作原理和详细设计思路。话音调度台可用于车载、机载或是地面房屋中，通过语音信息自动或手动对处于不同地区的多个分机进行控制和语音回复，并且具有本地使用和远程分控设备调用的多用途选择方式，目前成品已经在军民领域中投入实验和使用[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 稿件编号：201601054

全国教育科学十二五规划教育部重点项目（SHN1340205）

徐怀宇（1959—），男，四川宜宾人，实验师。研究方向：电子电器、计算机应用。