基于单片机的音频交换控制系统设计.pdf

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1、国外电子元器件 2 0 0 8 年第1 0 期计算机应用基于单片机的音频交换控制系统设计兰俊杰(解放军9 4 3 6 2 部队。山东青岛2 6 6 1 1 1)摘要：设计了一种简单而实用的小型音频交换系统电路。它采用A T 8 9 S 5 2 单片机作为主控单元；采用M T 8 8 1 6 A E 作为交换控制矩阵。单片机通过接收主控计算机发送的通信帧来控制矩阵开关工作，从而实现了终端语音交换。关键词：单片机；计算机；控制系统；终端，音频交换；矩阵电路；A T 8 9 S 5 2中图分类号：T N 9 1 7文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 6 9 7 7(2 0 0 8)1 0-0 0

2、 3 9 埘D e s i g no fa u d i os w i t c h i n gc o n t r o ls y s t e mb a s e do nM C UL A NJ u n-j i e(U n t9 4 3 6 2o f P L A，Q i，l 鲥2 6 6 1 1 1，C h i n a)A b s t r a c t：As i m p l e u s e f u la n ds m a l la u d i os w i t c h i n gs y s t e mi sd e s i g n e di nt h i sp a p e r,w h i c hU s e

3、 8A T 8 9 S 5 2 鸽t h em a i nc o n t r o lu n i ta n dM T 8 8 1 6 A E 鹳t h es w i t c ho fc o n t r o lm a t r i x M C Ui st h em a s t e ro ft h em a t r i xs w i t c hb yr e c e i v i n gt h ef r a x n ew h i c hi ss e n tb yt h em a i nm a s t e rc o m p u t e r T h i ss y s t e mC a l la c c o m

4、 p l i s ha u d i os w i t c h i n ga m o n ge v e r yc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l K e yw o r d s：s i n g l e-c h i pm i e r o c o t r o l l e r；c o m p u t e r；c o n t r o ls y s t e m；t e r m i n a l a u d i oe x c h a n g e；m a t r i xc i r c u i t；A T 8 9 S 5 21引言小型会议系统或语音群聊系统是由多路音频电

5、路组成的，为了使通话井然有序，需要通过音频交换电路来控制各路音频信号的输出。音频交换电路主要用于完成语音信号的切换，以实现同频终端的话音通信。经对可靠性、经济性、兼容性和供货情况进行多方面的综合考虑该控制系统选用了A T 8 9 S 5 2 型单片机和交换控制矩阵器件M 鸭8 1 6 A E【l J。其中A T 8 9 S 5 2 型单片机具有实用，价廉。功耗小，速度快，体积小，功能强等优点；M T 8 8 1 6 A E 是C M O S 单片集成电路具有功耗小，可靠性高等特点。2 控制系统组成和电路设计图l 给出整个系统组成框图。它由主控计算机、音频交换电路、终端设备等组成。其工作原理是：

6、在主控计算机捕获终端的工作频率后向交换控制单片机发出指令交换矩阵在单片机的控制下连通兰竺单片机(A T 8 9 S 52 J交换矩阵(M T 8 8 1 6 A E)登H!塑图l 系统组成框图同一频点的终端。该控制系统电路包含交换控制矩阵电路、交换控制单片机电路和串行接1 2 1 电路3 部分。2 1 交换控制矩阵电路设计M T 8 8 1 6 A E 内含一个8 1 6 的开关阵列并具有7 1 2 8 条线路的译码器和锁存器。选择7 个适当的地址位，即可对矩阵开关的任意一位进行寻址。在该器件的D A T A 输入端加l 或收稿日期：2 0 0 8-0 7 2 7稿件编号：2 0 0 8 0

7、7 0 6 70，可使选中的开关开启或关闭。S T R O B E 为锁存信号，器件选择(C S)信号可使开关阵列相互串接，以扩大矩阵的容限。在话路规模不大的情况下根据矩阵开关规格交换电路容量厅与所需M T 8 8 1 6 A E 个数的运算关系：N=(n 8)(n 1 6)。以1 6 台规模的系统终端为例需两片M T 8 8 1 6 A E。定义开关阵列的行，即X 为终端发；定义开关阵列的列，即Y 为终端收。规定M T 8 8 1 6 A E 片l 中：X O X 1 5 分别连接0 1 5 号终端发；Y O Y 7 分别连接肚7 号终端收以实现o 刀号内任意同频终端的收发互通，以及8 1

8、5 号终端发，O o 号收的功能。规定M T 8 8 1 6 A E 片2 中：X O X 1 5 分别连接O 1 5 号终端发；Y O Y 7分别连接8 1 5 号终端收，以实现8 一1 5 号内任意同频终端的收发互通以及0 7 号终端发，8 一1 5 号收的功能。这样，两片M T 8 8 1 6 A E 串接后即可实现1 6 台终端机的全双工语音通信。2 2 交换控制单片机电路设计叫A T 8 9 S 5 2 通过M A X 2 3 2 与主控计算机串E l 互联。根据从主控计算机接收到的命令数据帧控制M T 8 8 1 6 A E 开关阵列的通断。其中A T 8 9 S 5 2 的P 3

9、 O(R X D)和P 3 1(T X D)为串行接口的输入端和输出端，与M A X 2 3 2 串口电路连接；复位电路采用上电复位方式，其外围电路的电容为2 2 妒，下拉电阻为4 7k Q；单片机外接1 1 0 5 9 2M H z 的晶振和两片3 0p F 电解电容构成振荡电路。图2 a 给出交换控制单片机电路。表l 给出A T 8 9 S 5 2 与M T 8 8 1 6 A E 引脚间的对应关系。2 3 串行接口电路设计【3 1A r 8 9 s 5 2 通过R S 2 3 2 接口与主控计算机连接。由于各自工作电压不一样故采用M A X 2 3 2 实现电平转换，满足系统工作电压要求

10、。其串行接口电路如图2 b 所示。作者简介：兰俊杰(1 9 8 4 一)男山西岚县人，研究生，助理工程师。研究方向：通信对抗。3 9 国外电子元器件)2 0 0 8 年第1 0 期表1A T 8 9 S 5 2 与M T 8 8 1 6 A E 引脚对应关系A T 8 9 S 5 2P O 0P O 1P 0 2P o 3P O 4P o 5M T 8 8 1 6 A EA x 0A X lA x 2A)【3A Y 0A Y lA T 8 9 S 5 2P 0 6P O 7P 3 2P 3 3P 3 4P 3 5M T 8 8 1 6 A EA Y 2D A T AC S IC S 2R E

11、S E TS T R O B E+5 V2 2UF3 0 p F 早(a J 单片机电路3 软件设计A X 0 上：；：tA X 3r：Y 0tA Y 2ED A T A!图2 电路设计图M A X 2 3 2CC l+V+C 1 一C 2+C 2 一V T 2 0 H tV C CG N DT 1 0 U tR 1 i nR 1 0 U【T 1 i nT 2 i nR 2 0 u t(b)串行接口电路C zP 3 1P 3 03 1 通信协议通过编制通信协议实现电路的交换功能。其原理是：由主控计算机发送一帧数据通过R S 2 3 2 标准接口发送给A T 8 9 S 5 2 单片机然后根据通

12、信帧指令控制交换矩阵电路的通断。表2 给出数据帧结构定义。表2 帧结构示意$100 00a aa al 片1 I 片2l 片1l 片2l 片1l 片2表2 中，$为发送标志；姗为1 6 台终端通断数；片l 为O 1 5 号机与0 7 号机的通断情况控制字节：片2 为0 1 5 号机与8 一1 5 号机的通断情况。在接通情况下，控制字节的最高位为。l”；在断开情况下控制字节的最高位为“0”。发送$8 0则为M T 8 8 1 6 A E 复位控制信号。例如发送$1 3 4 8 1 3 3，表示有4台终端的通断情况改变即1 号与0 号终端接通，由片l 控制；3 号与1 0 号终端断开，由片2 控制

13、。3 2 主控制程序设计 4 1图3 a 示出A T 8 9 S 5 2 单片机的主程序流程。首先，初始化单片机定义内部时钟，完成中断及串E l 设置，一旦有中断请(a J 主程序中断开始二工二保护现场二工二发送标志一帧数据接收存储串口数据遥帧接收，存储收完毕I 主堑墨型l(b)中断程序图3 主程序和中断程序流程图求，C P U 被唤醒，则进入中断程序(图3 b)，接收串口命令数据帧。根据命令要求，执行开关矩阵复位、话路通断等功能，执行完毕。系统返回待机状态。4 结语该系统设计可广泛用于小型会议系统或语音群聊系统也可完全不依靠电信网络而实现小范围内多语音终端的音频交换即语音信号的切换，可使通话

14、井然有序。此外，可通过同频模拟终端的话音通信实现通信电台之间语音通信的呼叫和应答功能模拟。经试验电路调试和试用表明该系统满足音频交换控制的技术要求，性能及各项技术指标基本达到设计要求。交换电路的切换准确、流畅，单片机运行可靠、稳定在完成准确切换各路音频信道的基础上，提高了交换电路的可靠性与稳定性。参考文献：【l】张迎新单片机原理及应用【M】北京：电子工业出版社，2 0 0 4 2】余永权单片机在控制系统中的应,q l【M】北京：电子工业出版社2 0 0 3【3】赵晶P r o t e l 9 9 高级应用【M】北京：人民邮电出版社，2 0 0 2 f 4 1 张鸿雁单片机间的多机通信在光电对抗

15、，无源干扰中的应用【J】光电对抗与无源干扰，1 9 9 9(1)：2 0 2 2 一g 奢g 奢g 孓g 备蝓蝓g 佘g 永g 书g 会g 备g 夺g 余g 备g 夺g 备蝓g 夺g 夺 畚g 氰g 氰g 糸2 糸g 畚昧g 余蝓g 余笙备g 齐g 氰g 余g 争(上接第3 8 页)5 结语讨论的F l a s h 三种在线烧写技术在实际工程中均得到实际运用。采用T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 I 坼为控制器的数据采集系统，利用F l a s h 在线烧写技术开发的试验程序，可以根据需求及时更新。有助于产品维护。为了T 程技术人员在实际项目开发中根据T 程阶段和现场环境选择合适的烧

16、写方法文中给出了关键部分程序。经过比较发现，基于j T A G1 2 1 的烧写技术适用于研发调试阶段，而串口烧写F l a s h 技术更适用于维护阶段。大大提高系统的可维护性和可扩展性，如在封闭和复杂环境下进行外场加载和控制时，该技术具有较好的实用价值。m 一参考文献：1】徐科军，张瀚，陈智渊T M S 3 2 0 X 2 8 1 XD S P 原理与应用 M】北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 6【2】孙轶，许少尉T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 芯片的F L A S H 烧写技术叨航空计算技术2 0 0 6，3 6(5)：4 6 1 9【3】韩红霞，耿爱辉D S P 外

17、部n A S H 烧写的两种方法 I I 微计算机信息，2 0 0 7，2 3(2)：1 7 0-1 7 1【4】r r I 公司T M S 3 2 0 F 2 8 xB o o tR O MR e f e r e n c eG u i d e(R e v A)【E B O L h t t p：1 w w w t i c o r n c n，2 0 0 5【5】陈娟，戴文进一种烧写T M S 3 2 0 L F 2 4 0 x A 的新方法【J】通信电源技术，2 0 0 7，2 4(5)：4 9 5 1 鸵一阳即舳舳即阳舳 o _9 8-2 T _0 12345LLA-TDS333333TTN

18、-RPPPPPPXXGm m m 珊nQFm枷 基于单片机的音频交换控制系统设计基于单片机的音频交换控制系统设计作者：兰俊杰，LAN Jun-jie作者单位：解放军94362部队,山东,青岛,266111刊名：国外电子元器件英文刊名：INTERNATIONAL ELECTRONIC ELEMENTS年，卷(期)：2008，16(10)被引用次数：0次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.张迎新 单片机原理及应用 20042.余永权 单片机在控制系统中的应用 20033.赵晶 Prote199高级应用 20024.张鸿雁 单片机间的多机通信在光电对抗/无源干扰中的应用 1999(01)相似文献(

19、10条)相似文献(10条)1.期刊论文 程万胜.王雪洁.刘军 计算机与51系列单片机多机通讯的实现-鞍山钢铁学院学报2002,25(4)阐述了主、从式多机通讯的原理,并针对计算机与51系列单片机串行口的通讯特点,通过设置计算机中通讯控制寄存器,使计算机满足单片机多机通讯的格式,实现了计算机和单片机的多机通讯.2.会议论文 关宇东.陈叙超.倪维华 基于电话网的远程设备单片机和计算机监测系统 2001 介绍一种基于电话网的远程设备单片机和计算机监测系统.该系统利用现有的电话网实现了远程设备的监测与数据的互传.对调制解调器的硬件工作原理及其与单片机的接口方法进行了较为详细的描述.给出了上位机通讯程序

20、的设计和运行方法.3.会议论文 高兵权.张兴.杜磊.韩洪梅.王韫婷 把计算机仿真软件引入单片机实验教学 2006 传统的单片机实验教学采用实物教学存在一些不足之处,计算机软件仿真技术可以解决这些问题,Protcus是一款可以对单片机系统进行仿真的软件,把Protcus软件引入单片机实验教学,有一系列的优点.实物教学和软件仿真配合使用,有利于学生更好的掌握单片机技术.4.期刊论文 田立勇.汪玉凤.于宁.李文江.TIAN Li-yong.WANG Yu-feng.YU Ning.LI Wen-jiang 计算机与单片机的串行通讯-仪器仪表用户2005,12(2)本文主要介绍应用组态王软件实现计算机

21、与单片机的串行通讯,在计算机将数据发送到单片机中的基础上,讨论了两者之间的通信问题,给出了单片机通讯中断服务程序.对调试中遇到的问题作了必要的说明.5.期刊论文 元红妍.YUAN Hong-yan 基于共享RAM的计算机与多单片机通信接口的实现-烟台大学学报（自然科学与工程版）2006,19(3)设计了计算机与多台MCS-51单片机通信接口电路.主计算机与各组主单片机之间、各组辅助单片机与各分单片机之间均采用RS-485接口实现远距离串行通信;各组主单片机与辅助单片机采用普通的SRAM作为共享RAM,通过仲裁电路、握手信号抢占共享RAM实现并行通信.此设计方案充分利用了系统资源,有效地实现了主

22、计算机与多台MCS-51单片机之间的远距离数据采集与管理.适用于智能小区的抄表系统等需要主计算机与多台单片机组成的测控系统中.6.期刊论文 李大伟.董立岩.李大志 用闪速单片机实现的多计算机通讯系统-气象水文海洋仪器2010,27(3)提出了用闪速单片机实现的多计算机通讯系统的实现方案.阐述了多计算机通讯原理及实现方法硬件设计及软件设计.其中的硬件是针对应用广泛的AT89系列中的AT89C52 Flash单片机而设计的.利用闪速单片机串行口的多机通讯模式,构成多机通讯系统.从单片机可以进行数据初级处理,而主单片机则汇总数据并完成综合处理,同时还能根据情况随时向各个从单片机发出操作命令.采用RS

23、-422A标准串行接口代替了常用的RS-232C标准串行接口,它采用差动接收差动发送的工作方式,提高了通讯可靠性.在软件上,把通讯数据分为数据帧和命令帧,而且按照主从机之间的通讯协议分别传送.这有利于程序的模块化设计.该方法可以推广应用于其他系统,对硬件电路设计及程序设计具有一定的参考价值.7.期刊论文 马天才.程全.樊宇 MSComm控件下单片机与计算机串口通信的实现-天中学刊2008,23(2)介绍了计算机与单片机之间进行串行通信的一种编程方法,介绍了硬件电路设计时所用到的计算机串行口,分析了软件设计所用到的控件MSComm,给出了该设计的程序流程图和程序的部分源代码.8.期刊论文 彭彬彬

24、 CNC系统中PC与单片机通讯模块的设计-制造业自动化2002,24(4)为了提高CNC系统中上、下位机之间的数据传输速度.本文介绍了一种用于经济型数控系统的计算机与单片机利用计算机扩展槽以实现并行通信方法,并给出了相应的传输协议.本方法具有硬件电路简单、数据传输速率和可靠性高等特点.9.期刊论文 张晓军 MCS-96单片机和PC计算机串行通讯技术的实现-中国高新技术企业2009,(13)文章论述了实现工业PC计算机(上位机)与MCS-96单片机(下住机)的数据通讯技术实现要点,并对具体实现思路和实施过程进行了详细说明.10.期刊论文 陈娜.巍巍 基于MCS-51单片机无线鼠标的设计与实现-河南科技学院学报（自然科学版）2009,37(4)运用无线技术将收集到的鼠标移动和按键数据发送给计算机,具体分为硬件原理、电路设计、软件设计和程序调试等模块.以Atmel公司生产的AT89C51作主芯片,采用RS-232通信接口技术和MODEM信号转换技术.运用MC2833和TDA7010芯片作信号射频的发送和接收,设计出的无线鼠标具有电路体积小,功耗低,通用性强,程序简单等优点.它解决了鼠标与计算机间的通信问题,省去了鼠标与计算机之间的硬件连接,方便了广大计算机用户,特别在多媒体大教室的教学中更具有一定的推广应用价值.本文链接：http:/