基于單片機的音頻交換控制系統設計

2 控制系統組成和電路設計
圖1給出整個系統組成框圖。它由主控計算機、音頻交換電路、終端設備等組成。其工作原理是：在主控計算機捕獲終端的工作頻率后。向交換控制單片機發出指令，交換矩陣在單片機的控制下．連通同一頻點的終端。該控制系統電路包含交換控制矩陣電路、交換控制單片機電路和串行接口電路3部分。

2．1 交換控制矩陣電路設計
MT8816AE內含一個8x16的開關陣列，并具有7～128條線路的譯碼器和鎖存器。選擇7個適當的地址位，即可對矩陣開關的任意一位進行尋址。在該器件的DATA輸入端加1或0．可使選中的開關開啟或關閉。STROBE為鎖存信號，器件選擇(CS)信號可使開關陣列相互串接，以擴大矩陣的容限。
在話路規模不大的情況下，根據矩陣開關規格，交換電路容量n與所需MT8816AE個數Ⅳ的運算關系：N=(n／8)(n／16)。以16臺規模的系統終端為例，需兩片MT8816AE。定義開關陣列的行，即X為終端發；定義開關陣列的列，即Y為終端收。規定MT8816AE片1中：X0~X15分別連接0～15號終端發；Y0～Y7分別連接0~7號終端收，以實現0~7號內任意同頻終端的收發互通．以及8~15號終端發，0~7號收的功能。規定MT8816AE片2中：XO~X15分別連接0~15號終端發；Y0~Y7分別連接8～15號終端收，以實現8~15號內任意同頻終端的收發互通，以及0~7號終端發，8～15號收的功能。這樣，兩片MT8816AE串接后。即可實現16臺終端機的全雙工語音通信。
2．2 交換控制單片機電路設計
AT89S52通過MAX232與主控計算機串口互聯，根據從主控計算機接收到的命令數據幀控制MT8816AE開關陣列的通斷。其中，AT89s52的P3．0(RXD)和P3．1(TXD)為串行接口的輸入端和輸出端，與MAX232串口電路連接；復位電路采用上電復位方式，其外圍電路的電容為22μF，下拉電阻為4．7 kΩ；單片機外接11．0592 NHz的晶振和兩片30 pF電解電容構成振蕩電路。圖2a給出交換控制單片機電路。表1給出AT89S52與biT8816AE引腳間的對應關系。

2．3 串行接口電路設計
AT89S52通過RS232接口與主控計算機連接。由于各自工作電壓不一樣，故采用MAX232實現電平轉換，滿足系統工作電壓要求。其串行接口電路如圖2b所示。

3 軟件設計
3．1 通信協議
通過編制通信協議實現電路的交換功能。其原理是：由主控計算機發送一幀數據，通過RS232標準接口發送給AT89S52單片機，然后根據通信幀指令控制交換矩陣電路的通斷。表2給出數據幀結構定義。

表2中，$為發送標志；aaaa為16臺終端通斷數；片l為0~15號機與0~7號機的通斷情況控制字節：片2為0~15號機與8～15號機的通斷情況。在接通情況下，控制字節的最高位為“l”；在斷開情況下，控制字節的最高位為“0”。發送$80則為MT8816AE復位控制信號。例如，發送$048133，表示有4臺終端的通斷情況改變，即1號與0號終端接通．由片l控制；3號與10號終端斷開．由片2控制。
3．2 主控制程序設計
圖3a示出AT89S52單片機的主程序流程。首先，初始化單片機，定義內部時鐘，完成中斷及串口設置，一旦有中斷請求，CPU被喚醒，則進入中斷程序(圖3b)，接收串口命令數據幀。根據命令要求，執行開關矩陣復位、話路通斷等功能，執行完畢，系統返回待機狀態。

4 結語
該系統設計可廣泛用于小型會議系統或語音群聊系統．也可完全不依靠電信網絡而實現小范圍內多語音終端的音頻交換，即語音信號的切換，可使通話井然有序。此外，可通過同頻模擬終端的話音通信，實現通信電臺之間語音通信的呼叫和應答功能模擬。經試驗電路調試和試用表明．該系統滿足音頻交換控制的技術要求，性能及各項技術指標基本達到設計要求。交換電路的切換準確、流暢，單片機運行可靠、穩定，在完成準確切換各路音頻信道的基礎上．提高了交換電路的可靠性與穩定性。