基于51單片機的音頻交換控制系統設計

1、引言

　　小型會議系統或語音群聊系統是由多路音頻電路組成的．為了使通話井然有序,需要通過音頻交換電路來控制各路音頻信號的輸出。音頻交換電路主要用于完成語音信號的切換。以實現同頻終端的話音通信。經對可靠性、經濟性、兼容性和供貨情況進行多方面的綜合考慮,該控制系統選用了AT89S52型單片機和交換控制矩陣器件MT8816AE。其中,AT89S52型單片機具有實用,價廉,功耗小,速度快,體積小,功能強等優點：MT8816AE是CMOS單片集成電路,具有功耗小,可靠性高等特點。

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。