基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计

1、基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计中文摘要随着社会的发展，通信技术也随之在生活中有了大的发展，其中语音信号的电力线载波传输就是其中之一，但大都以模拟方式传输信号，质量差，抗干扰力小。以新型的语音压缩编解码解调器AMBE2000和电力载波扩频调制解调芯片SC1128为基础的语音通信设计，就能克服恶劣电力环境并能把电力载波技术得到充分应用。结合单片机的电路控制，从而实现电力线载波的对讲。关键词：A/D转换、语音压缩、电力载波、单片机、对讲机Based on power line carrier of AMBE2000 and SC1128 radio designEnglis

2、h Abstractwith the development of society, the communication technology and then in the big in life development, the speech signal transmission of electricity lines carrier is one of them, but mostly to simulation signal transmission way, poor quality, anti-interference force is small. With the new

3、voice compression codec modem AMBE2000 and power carrier spread spectrum demodulation chip SC1128 based voice communication design, can overcome the bad environment and electric power can carrier technology application fully. Combined with the single chip microcomputer control circuits, so as to rea

4、lize the power line carrier-current intercom.Key words: A/D conversion、 Speech compression、 Power carrier、Single chip microcomputer、nterphone目录中文摘要1第 1 章 绪论51.1 对讲机前景51.2 概述61.3 设计意义7第2章 工作原理及总体设计72.1 工作原理72.2系统总体论证82.3 系统组成9第3章 SC1128扩频通信芯片103.1 SC1128芯片简介103.1.1 SC1128的内部逻辑框图103.2 SC1128芯片的工作原理和封装

5、133.2.1 SC1128的电特性指标(VDD=5V，TA=工作环境温度)133.2.2 SC1128管脚说明143.3 SC1128芯片参数的设置153.3.1 MCU对电路的设置（读或写）：153.3.2 MCU对SRAM的读写：163.3.3 MCU对工作状态寄存器读写：173.3.4 MCU对内置电子表的读写：193.4 SC1128工作时序203.4.1 MCU对电路设置的时序示意图203.4 发射和接收时序：213.5 SC1128的检测功能223.5.1 系统监测（看门狗）：223.5.2 电源监测: 相关引脚 POWIN和POWALM22第4章 AMBE2000 功能概述及压

6、缩包读写原理234.1语音压缩芯片 AMBE-2000 简介:234. 2 语音压缩包数据组成及传输原理274.3 语音压缩包的发送和接收原理27第5章 电力线接口电路的设计295.1电力线接口电路295.2 通信过程要求：30第6章 通信协议306. 1 硬件协议306.2 软件协议30第 7章 系统控制及软件设计32结 论35参考文献36致 谢37第 1 章 绪论1.1 对讲机前景对讲机家庭拥有量是反映一个国家公众无线通信水平高低的综合性指标，同时也是一个国家国民经济和科学技术发展水平的标志之一。对讲机在美国、欧洲、韩国、新加坡、香港、台湾等地深受消费者的欢迎。美国从1998年开放民用对讲

7、机市场后，在超市里就可以买到对讲机，其销量以每年翻一番的速度增长，2000年销量就与手机的销量处于同一个数量级。在德国、日本，大概有30%的家庭拥有对讲机，大概有25%的法国家庭使用对讲机。2011年我国手机用户已经达到7.8 亿，连续几年的销量都超过2000万部。如果参照美国市场对讲机和手机销量的比例，可以认为我国对讲机市场的潜力非常巨大，市场需求不会低于欧美国家及我国港台等地。国家为满足社会公众使用对讲机的需求，对400HZ低功率公众民用对讲机市场全面放开。设置和使用低功率公众无线对讲机，免收频率占用费。低功率公众对讲机与手机相比，价格便宜，也不产生通话费用，可以很方便地实现一对一和一对多

8、的通话；与室内无绳电话比较，通话距离更远，可达3公里。公众民用对讲机不仅让个人通信更自由，而且可以表现自身独特的性格。特别是随着愈来愈多消费者生活水平的逐步提高，驾车远行、登山、露营等外出休闲活动的机会和次数在逐渐增加，可以支持你在与同伴、家人及时联络沟通的公从低功率民用对讲机的作用此时便凸现出来，从而使社会对公众对讲机的需求量急剧上升。我国现有的对讲机无论技术水平还是生产能力，与国外产品比都不具备竞争能力，因此对讲机的竞争对手主要来自国际方面。国外公司对中国对讲机市场早已馋涎欲滴，他们的产品及资本的大举进入和渗透，已形成一种潮流。摩托罗拉公司1987年进入中国，1992年在天津注册成立摩托罗

9、拉（中国）电子有限公司，用世界领先的通讯技术生产手机、对讲机等无线通信设备。TEKK也将眼光转向了中国，2005年3月正式将制造基地从韩国搬到了深圳，从而开始了TEKK 对讲机在中国生产，服务中国用户的历程。威泰克斯公司在苏州独资设立了自己的工厂后，形成了与摩托罗拉公司相抗衡的在中国生产对讲机的双架马车，生产广泛应用于作为社会基础的警察、消防、救护、石油化工和民用的建筑施工、物业管理、酒店餐厅、商场学校等领域的无线对讲机。对讲机市场的迅猛发展，也从侧面反映出我国国民经济有了高速发展。今天我国已是世界移动通信第一大国，我国人口达13亿之多，但我国每百人拥有量仍处于较低水平，这一反差巨大的情况既说

10、明我国在发展移动通信方面取得了巨大的成就，也预示了今后发展我国对讲机方面有着广阔的空间和美好的前景，随着建筑业、交通业、石油化工等产业的快速发展，对讲机的需求量将越来越大，对讲机市场容量将进一步扩大。我国对讲机总的发展趋势，将加速提高对讲机产品的技术含量，朝着智能化、个性化、轻巧型的方向发展，朝着民用的方向发展。品牌的东西不仅好在“形”，更在“神”，而这种说不清楚的“神”就是由设计水平决定的。因此，自主研发、科技创新把国内的民用对讲机市场培育起来，也是我国对讲机制造业的一项重要任务，这样自然就有了进一步提高和创新的基础。1.2 概述对讲机和收音机在我们日常生活之中都可谓随处可见，它们在我们的生

11、活中扮演了不可取代的角色，下面我来对对讲机和收音机分别做一下介绍。首先，对讲机可以实现一对一，一对多的通话方式，并且不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者轻松沟通。通话成本低、一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其是紧急调度和集体协作工作的情况下，对讲机的优势显得更加突出。尽管现在手机不断普及，然而对讲机的这些优点仍然让它在通信行业大显身手， 对讲机现广泛应用在公安、 民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场，人们外出 旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。对讲机技术最

12、早产生在风声鹤唳的二十年代，诞生于Wsetinghouse 的实验室里。本设计将介绍一种由语音压缩编解码芯片AMBE2000 和专用的低压电力线载波芯片SC1128 为主要部分所构成的点对点语音对讲系统。该系统具有模拟输入输出、数字扩频调制传输、电力线半双工传输、直接电力线连接等特点，可以很方便地在各类数字语音通信系统中加以使用。1.3 设计意义1.加强对电子制作的认识，充分掌握和理解设计个部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、电路的焊接与调试等多项知识。 2.把理论知识与实践相结合，充分发挥个人与团队协作能力，并在实践中锻炼。 3.提高利用已学知识分析和解决问题的能力。 4.提高实践动手能

13、力。第2章 工作原理及总体设计2.1 工作原理模拟的语音信号经过A/D转换后变成数字信号，经过AD73311发送到AMBE2000。而AMBE2000将送过来的二进制数字信号经过采样、压缩成数据包的形式后，送8051P2.2口同时由十六分频器分频后将CLK信号送向RXD端，当单片机1接收到信号后，通过软件识别。并由双口RAM将其数据存储后等待下单片机2的响应，在完成这些后，采用异步串行通信方式3与扩频通信芯片SC1128进行半双工通信，再送到电力接口电路，经过耦合、放大、滤波送至低压电力线上，而在此耦合过程中，发送和接收共用一个耦合变压器。由于AMBE2000每20ms产生一个数据包，用1ms

14、发,9ms收。其对方也是一样，所以在下一个数据包产生的过程中将会实现一次半双工通信。再经上述的相反过程经AMBE2000的解码，还原出二进制数字信号，再经AD73311的数模转换并将转换成模拟的语音信号，通过放大后经扬声器播出。既可实现所有用户的点对点的通信和广播通信。 2.2系统总体论证 在本次设计过程中，主要设计电力载波数字对讲系统，基于恶劣电力网环境的低压电力载波技术得到充分的应用，同时应用单片机进行人机交互的控制。通过加以技术改进实现广播通信、远程调度等应用。首先在进行点对点半双工通信和广播通信时，通过麦克风输入语音信号，而在此过程中首先经过RC滤波电路，经过滤波以后，送入AD7331

15、1芯片，而此芯片集抽样、量化、编码于一身，将模拟信号转换成二进制数字编码，由于二进制数字编码位数较多，其必须进行压缩，则此过程最理想的电路结构就是采用新型语音压缩编解码器，既AMBE2000。而由AMBE2000和AD73311构成的语音采样，压缩，解压缩实用电路是整个设计方案中最佳的组合。其中AD73311是ADI公司的一种声码器芯片，将A/D转换和D/A转换集于一身，而用AD73311来构成电路设计的采样和模数转换及数模转换，而它的采样速率可以达到32KHZ。16位采样数据，且具有较好的声音质量，再配合AMBE2000使用过程中可取得良好的效果，还可以通过软件对AMBE2000和AD733

16、11进行重新设置，因此在本设计中使用AMBE2000和AD73311的结合，将使语音采样.压缩.解压缩的过程十分方便，使用十分灵活。在完成对模拟信号的采样.压缩.解压缩的过程以后，AMBE2000将数据送到单片机8051中。单片机控制1单片机控制2模拟语音发送与接收A/D和D/A转换语音压缩解压缩压缩包存储电力线调制解调图2-1 系统框图 2.3 系统组成但在上述设计过程中对提出的两种方案进行比较分析，其主要区别在于A/D转换和D/A转换及片外数据存储器的不同。就其分析结果如下：在方案一中对语音转换采用A/D转换芯片，同时对对方送来的数字信号进行D/A转换芯片，采用两块芯片。在将信号转换完成后

17、，通过芯片AMBE2000的压缩及解压缩送入单片机AT89C51，在经片外数据存储器的暂时存放，等待下一级AT89C51的响应，当AT89C51响应后，将数据从片外数据存储器中取出，再送给输出通道。而在方案二中，重点克服了方案一的缺陷，采用了比较好的芯片，尤其在A/D和 D/A转换过程中，采用了一个芯片AD73311，AD73311最大的优点在于将A/D、D/A转换集于一身，使其在实际中对硬件电路的要求降低了，而且也在成本上有很大的优势，所以在A/D、D/A的转换过程中系统设计采用芯片AD73311。对于方案一中采用两块片外数据存储器，其带来的后果与采用A/D.D/A两块芯片是一样的。所以方案

18、二也采用一块芯片，双口RAM，这样不但给硬件部分带来很多方便，而且给软件方面尤其是单片机识别地址过程中更是方便。这样通过对上述两种方案的论证分析，采用第二种方案是最佳的。第3章 SC1128扩频通信芯片3.1 SC1128芯片简介SC1128芯片是面向电力线载波通信市场而开发研制的专用扩频调制解调器电路。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，因此该电路应用在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频解扩、调制解调、D/A和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及与单片机(MCU)串口通信等功能。该芯片在小

19、型多功能应用系统中可以起到降低系统成本并提高系统功能的作用。SC1128芯片是采用CMOS技术设计的数模混合电路。其功能特点：l 直接序列扩频技术，抗干扰能力强； l 发射信号分为两种形式输出：一种是经D/A转换器后正弦缓冲器输出，谐波成份少；另一种以高压开漏缓冲器输出，应用成本低；l 输入信号放大器，对输入信号进行前置放大；l 内置看门狗电路，监视系统程序的工作状态；l 内置电压监测器，监视电源电压的变化，并及时向系统发出报警信号；l 内置电子表电路（24小时制），满足对不同时间段记费率的要求（支持掉电工作）；l 内置串行半双工同步传输通信接口,方便与MCU之间的控制命令和数据交换；l 63

20、位扩频码, 数据速率典型值为5.75Kbps；l 捕获门限值从2006290由软件设定；l 内置64 X 8 SRAM存储器（支持掉电工作），为系统提供数据暂存；l 提供QFP-44线封装形式（LQFP-44PIN）；l 单+5伏电压工作；3.2 SC1128芯片的工作原理和封装3.2.1 SC1128的电特性指标(VDD=5V，TA=工作环境温度)名称符号条 件-20TA85)规范值单 位最小最大V输出高电平VOHIOH=-20AVIH =3.15 VIL=0.8V4.8-IOH=-4.0mAVIH =3.15 VIL=0.8V4.2-输出低电平VOLIOH=20AVIH =3.15 VIL

21、=0.8V-0.2IOH=4.0mAVIH =3.15 VIL=0.8V-0.45输入高电平VIHVOUT=0.45V或4.2V3.15-输入低电平VILVOUT=0.45V或4.2V-0.8输入漏电流IIVI=VDD或GND-2.0A静态电源电流2IDDT电子表工作电流550输出驱动电流IDRVSINOUT输出端515MA静态电源电流1IDDVI=VDD或GND，IO10A310输入电容CI1)TA =25-10PF输出电容CO1)-10工作频率FT外接晶体836MHz3.2.2 SC1128管脚说明序 号符 号简 单 说 明1CP32内置电子表晶体振荡器输入端（32768HZ）25NC无连

22、接。在使用中要保持浮空状态。6GND数据地79NC无连接。在使用中要保持浮空状态。10GNDA模拟地11CAP模拟滤波电容12V+一级放大器输入V+端13V-一级放大器输入V-端14VOUT一级放大器VOUT输出端15Vi1二级放大器输入端16VO1二级放大器输出端17Vi2三级放大器输入端18VO2三级放大器输出端19VCMPIN过零比较输入端20FIROUT滤波输出21VDDA模拟电源22GNDP发射输出驱动器地23SINOUT发射输出（正弦）24SEND发射输出（数字）。高压开漏输出。25VDDP发射输出驱动器电源26FIRIN滤波输入27CP6M1/4工作主时钟输出28CP12M1/2

23、工作主时钟输出29VDD数字电源30CPOUT电路工作主时钟晶体振荡器输出端31CP电路工作主时钟晶体振荡器输入端32POWIN电源监测输入端。33SPLDOG看门狗输入端。当大于768mS此端无高低变化输入，则DOGOUT端输出1/3占空比的复位脉冲（256mS高， 768mS低）。出1/3占空比的复位脉冲（256mS高， 768mS低）。34DOGOUT看门狗输出端，与SPLDOG端输入配合，正常时，输出为低电平。否则，输出1/3占空比的复位脉冲。35POWALM电源报警输出端。当电源监测输入端监测到的电源信号低于监测值时，输出为低电平。当电源监测输入端监测到的电源信号高于监测值时，输出为

24、高电平。36SR发射接收控制端。0为接收，1为发射。37SYN发射接收同步端。发射或接收同步后产生同步脉冲。38TX发射接收数据端（双向端口）39LINE设置数据及状态的输入输出端（双向端口）40SETCLK同步设置时钟输入端（MCU对本电路设置）41CS设置片选输入端（MCU对本电路设置）42NC无连接。在使用中要保持浮空状态。43VDDT内置电子表电源输入端44CP32OUT内置电子表晶体振荡器输出端（32768HZ）3.3 SC1128芯片参数的设置3.3.1 MCU对电路的设置（读或写）：MCU对SC1128芯片的设置是通过CS,SETCLK和LINE三端进行的。其中CS为片选输入端，

25、SETCLK为设置时钟输入端，LINE为串行数据输入或输出端（双向端口）。MCU对SC1128芯片的设置（读或写）是统一的数据格式即每次读或写都是由两个字节（控制字和数据位）完成的，其格式说明如图13：图31 MCU电路的设置示意图 MCU对电路设置（读或写）时要向电路的CS端给出低电平，再向电路发出同步脉冲SETCLK，在同步脉冲的控制下首先向LINE端串行给出8位控制字，即先由高到底分别给出六位（A5A0）地址，再给出读写控制位（第七位）和空操作位（第八位）；然后再给出8位数据。特别要注意的是LINE端为双向端口，当MCU给出的8位控制字中的第七位（读写控制位）为0（读操作）时，电路将在S

26、ETCLK的第七个脉冲的下跳沿把LINE端由输入状态变为输出状态，因此MCU在对电路进行读操作时一定要在SETCLK的第七个脉冲的下跳沿之前将MCU端的输出（与电路的LINE相对应的端子）状态改为输入状态。3.3.2 MCU对SRAM的读写：由于控制字的地址A5A0只有六位，因此可寻址范围是64。电路内部实际上只有60X8位SRAM，其地址范围。另四个字节分别是保留寄存器、工作状态寄存器、内部电子表的低八位和高八位。因此，对电路内部60X8位SRAM的读写操作同样是按照图的格式先给出地址再给出读或写操作位和空操作，最后给出写入SRAM的数据或读出SRAM内的数据。SRAM支持掉电工作方式，若系

27、统出现掉电情况则在VDDT电源端的维持下可以保持SRAM内的数据不丢失。因此可为小型应用系统提供数据暂存避免系统突然掉电而丢失一些关键数据。3.3.3 MCU对工作状态寄存器读写：S1S0D4D3D2D1D0保留位捕获门限值设置周波选择周波选择工作状态寄存器（地址：）的每一位分别控制着电路不同的工作状态，具体格式如下图图32工作状态寄存器示意图对工作状态寄存器的设置可以得到多种工作状态。如通信速率快慢和捕获门限的大小。工作状态寄存器的S1和S0是控制通信速率快慢的，由这两位可以选择三种通信速率值。见下表2S1S0通信速率(PN码63位)周波006K单周波013K双周波101.5K四周波表2通信

28、速率的设置工作状态寄存器的D4D0是控制捕获门限设置值的。在使用中可根据通信环境的实际情况来选择不同的捕获门限值以达到比较好的通信效果。在设置捕获门限值时要特别注意与通信速率值的配合，否则将因为设置的捕获门限值过大而出现无法同步的结果。捕获门限值共有32个基本数值可以选择，捕获门限设置值与捕获门限的具体对应的数值见下表：地址（A5A0）说明SRAM 160 字节保留位状态寄存器电子表低八位电子表高八位表3 内部寄存器地址表（A5A0）设置值（D4D0）门限数值（十进制）设置值（D4D0）门限数值（十进制）00000 (00H)20010000 (10H)45000001 (01H)256100

29、01 (11H)55000010 (02H)29010010 (12H)66000011 (03H)36010011 (13H)75000100 (04H)39610100 (14H)89000101 (05H)49610101 (15H)112800110 (06H)59610110 (16H)130000111 (07H)71010111 (17H)149001000 (08H)79311000 (18H)178001001 (09H)99211001 (19H)218001010 (0AH)119011010 (1AH)268001011 (0BH)140011011 (1BH)3100

30、01100 (0CH)158011100 (1CH)371001101 (0DH)198011101 (1DH)451001110 (0EH)238011110 (1EH)532001111 (0FH)285011111 (1FH)6290表4 捕获门限设置值（D4D0）3.3.4 MCU对内置电子表的读写：内置电子表分为低八位和高八位（地址：和），电子表是24小时制式。MCU可以分别对电子表的高八位和低八位进行读写。特别需要注意的是写入电子表的数值是以两秒为增量值计时的。写入电子表的最大数值是24小时，换算成秒就是24小时 = 86400秒，86400秒 / 2 = 43200就是写入电子表

31、的最大数值（在电子表内43200代表24小时）。例如要给电子表设置时间为一小时十分，必须先将一小时十分换算为秒即1：10 = 4200秒然后将4200秒除2得到2100数值，再将2100换成二进制：（高八位）和（低八位），最后由MCU分别将其写入电子表。从电子表内读出的数值也要经过反向计算得到实际的时间值。例如从电子表内读出的数值是（高八位）和（低八位），换算成十进制等于43199，再将43199乘2得到86398，再将86398换算成24小时制就得到23小时59分58秒。需要注意的是写入电子表的数值不能大于24小时即43200（十进制）或A8C0（十六进制）或（高八位）和（低八位），当写入的

32、数值大于24小时电路内部将把此无效值作为零来处理，即电子表将从零点时刻开始走时。3.4 SC1128工作时序3.4.1 MCU对电路设置的时序示意图MCU对电路的设置是通过CS，SETCLK和LINE三端进行的。其中CS为片选输入端，SETCLK为设置同步时钟输入端，LINE为串行数据输入或输出端（双向端口）。MCU对电路的读写时序如图33：图33 MCU对电路的写时序（波形图）图34 MCU对电路的读时序（波形图）注释1：电路的LINE端为双向端口，当MCU给出的8位控制字中的第七位（读写控制位）为0（读操作）时，电路在SETCLK的第七位下跳沿将把LINE端由输入状态变为输出状态，因此在M

33、CU对电路进行读操作时一定要在第七位的下跳沿之前将MCU输出端（对应电路的LINE端子）改为输入状态，否则将出现MCU与LINE端输出冲突。注释2： 当MCU对电路进行输入操作（写入控制字或写入数据）时，MCU对电路的LINE端给出的数据是在SETCLK的下跳沿变化，电路在SETCLK的上跳沿将数据读入并锁存，具体时序见图4中MCU对电路的写时序波形图。而当MCU对电路进行读操作（读出数据）时，电路在SETCLK的上跳沿将数据输出到LINE端，MCU应在SETCLK的下跳沿将读取数据。具体时序见图4中MCU对电路的读时序波形图。3.4 发射和接收时序：发射或接收数据是通过SR（发射接收控制端第

34、36脚）、TX（发射接收数据端第38脚）和SYN（发射接收同步脉冲端第37脚）三个端进行的。SR=0电路处与接收状态， SR=1电路处与发射状态。发射状态：当SR=1，发射接收同步脉冲端SYN(第37脚)输出同步脉冲。当电路处于发射状态时，电路内部在SYN的上跳沿对TX(第38脚)端输入的数据进行锁存，所以外部MCU应当在SYN的上跳沿保持TX端的数据不变化而在SYN的下跳沿可以给出发射的数据。具体时序见下图35：图35接收状态：当SR=0，电路处于接收态， SYN(第37脚)端不会立刻输出同步脉冲，只有当电路接收到的数据与本电路“同步”之后，SYN端才能输出同步脉冲。SYN端输出上跳沿时接收

35、数据从TX(第38脚)端锁存输出，并一直保持到下一个上跳沿，因此MCU应在SYN同步脉冲的下跳沿之后从TX端读出数据。具体时序见图36。在图36中，当SR刚为低电平时，SYN输出为低电平。图363.5 SC1128的检测功能3.5.1 系统监测（看门狗）：相关引脚 SPLDOG(第33脚)和DOGOUT(第34脚)。SC1128系统监测部分由看门狗电路所组成。与这个部分有直接关系的电路输入端是SPLDOG（看门狗输入端）和DOGOUT（看门狗输出端）。当出现系统程序不正常时，看门狗输入端SPLDOG长时间没有输入高、低电平变化（时间大于768mS），DOGOUT将输出1/3占空比的（256mS

36、高电平、768mS低电平）报警波形。3.5.2 电源监测: 相关引脚 POWIN和POWALMSC1128电源监测部分是由电压监测器电路组成。当系统开始加电时本电路的POWIN(第32脚)端接到被监测的电源端（例如将POWIN端接到本电路的工作电源端VDD上），被监测的电源电压逐渐上升到超过4.6V时POWALM(第35脚)输出高电平，表示系统电压正常。在系统工作中，若被监测的电源电压下降到低于4.2V时POWALM输出低电平，向系统发出电源不正常报警信号。第4章 AMBE2000 功能概述及压缩包读写原理4.1语音压缩芯片 AMBE-2000简介: 基于多带激励(MBE)算法，美国数字语音系

37、统公司(DVSI)推出的 AMBE-2000型语音压缩编码电路已被证 明优于 CELP，RELP，VSELP，MELP，ECELP，MP-MLQ，LPC-10 及其它压缩技术。AMBE 编码器技术能应用于包括数字移动通信系统在内的许多领域，如卫星通信、保密通信、语音多路技术、语音邮件、多媒体、IP 电话等。 AMBE-2000语音压缩芯片是一个实时的、全双工的标准设置AMBE语音压缩系统，有较强的抗背景噪声 和信道错误的能力。该芯片采用改进的多带激励(MBE)算法，能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压 缩编码。编码过程包括: 输入的PCM 语音数据按20ms分帧、语音谱各带清浊音判断、数

38、据速率的确定、数据门 限的动态调整以及对话音数据的压缩和打包等, 形成 48 字节的压缩编码数据包。 解码过程包括: 每 20ms 接收 48 字节的压缩数据包, 根据收到的数据格式, 向 PCM 接口发送 8ksps 的 符合 A/DD/A 接口压扩规律的重建数据。许多 AMBE-2000 所能实现的功能, 既可通过硬件实现, 也可通过软件编程来完成。 在此芯片100个管脚中, 有专门用于数据速率选择、编码方式选择、语音启动检测、噪声消除等的管脚, 增加了 AMBE-2000 芯片的灵活性, 在较简单的功能实现中可利用硬件管脚的选择来完成，在较复杂的功能实现中可通过 DSP 对此 芯片进行软

39、件编程来控制并实现。 AMBE-2000 芯片电路可以被视为两个独立的部分即编码器和译码器。 编码器接收8kHz话音数据流并以所希望的速率输出数据流到传输通道上，相反，译码器接收从传输通道上传 送的数据流合成出 8kHz话音数据流。其编码器与译码器的接口时序是完全异步的，整个语音系统的原理框图见下图。前放方功放A/D73311D/AAMBE2000平衡输入平衡输出DSP FPGA电平转换PC1桥电平转换J1 J2CPI总线J3 J4 J5自定义IQ图4-1 语音系统的原理框图利用该芯片能进行全双工的压缩和解压,且压缩率可在2kbps9. 6kbps 范围内调节,同时具有FEC (前向纠错) 、

40、VAD(语音激活检测) 和DTMF 信号检测等功能,从而可实现以极高的压缩率提供高品质的语音质量其可广泛应用于卫星通信、短波、微波通信和保密通信等场合,具有很高的实用价值， AMBE-2000的功能与特点如下。（1）速率多，语音音质高：具有2.0k、2.4k、3.6k、4.0k、4.8k、6.4k、8.0k和9.6kbps八种压缩速率。当速率在4.0kbps以上时，可得到接近长途电话的话音质量；当速率为2.0kbps时，仍然具有较高的可懂度和自然度。 （2）可变速的FEC功能：可根据信道情况，灵活地选择FEC的速率。语音和FEC的速率选择既可以通过硬件管脚设置，也可通过软件方式设置。 （3）芯

41、片内集成卷积编码器和Viterbi译码器。 （4）低功耗、低复杂度。 （5）能产生和识别双音多频（DTMF）信号。 （6）具有语音激活检测（Voice Activity Detection）功能、回波抵消（Echo Cancelling）功能和舒适噪声（Comfortable Noise）产生功能等。 （7）串行信道接口可设置为主动和被动方式，传输数据可设置成帧结构或非帧结构。在简易模型中，AMBE-2000被看作两个分离原件，编码器和解码器。编码器接收语音量化信息并以所期望的速率将压缩数据流输出信道。相反地，解码器接收信道压缩数据流，合成语音量化信息。对AMBE-2000编/解码器接口的时间

42、控制是完全异步的。通常语音接口所接的是A/D、D/A芯片。输入输出语音数据流必须是相同的。格式（16-bit线性、8-bit A律，或8-bit律）。本系统采用AMBE-2000并且A/D-D/A芯片采用16-bit线性采样的AD73311就是为了与原先设计的一套基于AMBE-1000的话音系统保持兼容性。基于AMBE-1000旧式语音系统使用了体积过大，功耗较高的16-bit线性的A/D、D/A芯片TI32044,并且采用了一系列同样缺点的外围芯片，不适用于低功耗，小体积的发展趋势。管 脚功 能RATE_SEL40用于选择编码速率和FEC速率CHANN_SEL10选择信道接口方式（主动、被动

43、、帧结构、非帧结构等）CHAN_RX_DATA,CHAN_TX_DATA,CHAN_RX_CLK,CHAN_TX_CLK,CHAN_RX_STRB,CHAN_TX_STRB串行信道接口引脚，分别为信道接收和发送数据、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步脉冲CODEC_SEL10A/D接口方式选择（如16its线性量化、A率或率量化等）CODEC_RX_DATA，CODEC_TX_DATA，CODEC_RX_CLK，CODEC_TX_CLK，CODEC_RX_STRB，CODEC_TX_STRB与A/D芯片的接口引脚，分别是数据接收和数据发送、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步信号EPRECH

44、OCAN_EN回波抵消使能，高电平有效VAD_ENVAD使能，高电平有效SLEEP_EN标准睡眠方式使能，高电平有效X2/CLKIN时钟输入（16.384MHz）图4-1 AMBE-2000主要管脚功能4. 2 语音压缩包数据组成及传输原理AMBE2000 每20ms 所产生的24个字的压缩数据包由两部分组成。第一部分是格式字,共游12个字,即192bit 数据,当压缩率等其他设置确定以后,在收发端编解码的格式字是相同的;第二部分是数据字,共有12个字,也即192bit 数据,压缩率不同其中的有效数据位是不同的,当选择最低语音速率2. 0kbps时,真正的有效数据位只有后40 位,其余均为0码

45、；因此,在实际通信过程中只需传输有效数据位,在接收端解压缩时,用单片机补齐与发送端相同的格式字剩余的全0 数据位,然后再将所组成的24个字送入AMBE2000 解码端,即可正常解压缩。这样可以节省系统带宽,尤其在电力线信道传输时,其作用更是明显。具体传输原理如图4-2 所示。AMBE2000 输出的语音压缩包 （12 个格式字）输入 AMBE2000 的语音压缩包 （12 个格式字）存储语音压缩 包，分离数据字信道传输语音数据存储语音数据字，添加格式图4-2 传输原理图4.3 语音压缩包的发送和接收原理发送过程:来自麦克风的模拟语音信号,经过放大、滤波之后送入AD73311 芯片（连接如图4）

46、转换成16 32kbps的数字语音信号,然后送入AMBE2000 芯片进行压缩打包,每20ms 产生一个由12个格式字和12 个数据字所组成的压缩语音数据包,此24个字的数据包由单片机（1）的RXD 口以同步串行方式高速读出并送入DS1609双口RAM的发送区加以存储。为保障信号传输的实时性和系统的可开发性,压缩语音数据包向电力载波芯片的传输用另一块单片机完成。用单片机(2) 控制半双工电力载波芯片处于发送状态,同时通过并行I/O 口对双口RAM中的数据进行串行低速读出,此时只读有效数据字,并把读出数据送入SC1128芯片的数据收发端加以扩频调制,已调信号再经过电力线接口耦合至低压电力线上,当

47、数据发送完毕之后,再由单片机(1) 将电力载波芯片切换到接收状态,从而完成了整个语音信号的发送过程。接收过程:来自电力线的已调信号,经过电力线接口电路的耦合之后送入SC1128 芯片的解调信号输入端加以解调,输出的压缩语音数据字由单片(2) 将棋从RXD 口读出并送入AMBE2000 进行解压缩,得到的标准数字语音再送入AD73311的解码输入端进行数模转换,最后再将模拟语音信号送入接收通道,经扬声器转换成声波信号输出,从而完成了整个语音信号的接收过程。压缩语音数据包存取过程如图43CODEC_RX_CLKCODEC_TX_CLKCODEC_TX_STRBCODEC_RX_STRBCODEC_

48、RX_DATACODEC_TX_DATASCLKSDOFSSDIFSSDOSDISEAVDD1AVDD2DVD SCLKFSSDOD3.3VA3.3VA3.3VD3.3V图43 芯片接口电路在信号的发送和接收过程中,最重要的应该是压缩数据包的传输时间要求。为了实现时分双工(TDD) 和正确的解压缩,从AMBE2000 输出的压缩数据包传递到对方AMBE2000 的整个时间不能超过10ms ,因而,对两个单片机的两次数据的存取都有严格的时间要求,即通信波特率不能太小,应该尽量让单片机(1)能在最短的时间取出压缩语音数据包,这样就可以保证单片机(2) 在剩余时间传输压缩包所需的通信波特率能满足电力

49、载波芯片的要求。对SC1128 芯片的接收和发送转换也要两端能分时交替,否则会发生信道中信号的碰撞,造成通信失败,这一点由控制电路通过软件来实现。另外AM2BE2000 的工作时序由四位二进制同步计数器分频得到,压缩包的存取时序由单片机( 1) 的同步串行口TXD 端得到。第5章 电力线接口电路的设计5.1电力线接口电路电力线接口电路主要由滤波、功率放大、电压放大、隔离器、耦合变压器等部分组成。输入滤波电路对从高压耦合变压器耦合进来的载波信号进行滤波,放大电路对滤波信号进行前置放大,然后送入SC1128 芯片进行解调。输出功率放大电路把调制好的载波信号进行功率放大,然后通过高压耦合变压器耦合到

50、电力线上,由继电器构成的隔离器将发送电路与接收电路进行了分离,从而减小功率放大电路对输入电路的影响。其具体电路组成如图输 出 过 滤 放 大收发隔离耦合变压器电压放大输入滤波图5-1电力线接口电路框图5.2 通信过程要求：1、接口电路在发送信号时,对信号进行滤波处理,滤除一定的噪声如二次谐波,并通过功率放大器使信号有足够的功率耦合到电力线上；2、在接收时,对混杂在信号中的噪声进行滤除,并放大信号,然后将信号传送到调制解调模块中进行解调。因此接口电路的性能决定了通信效果的好坏。因此接口电路的性能决定了通信效果的好坏。一般地,电力线接口电路包括:接收部分、发送部分、功率放大部分和保护部分等。因为S

51、T7538内部带有功率放大电路,所以只需设计接收、发送和保护三个部分。第6章 通信协议6. 1 硬件协议单片机1与AMBE2000 的通信采用串行口方式0 ,波特率为1Mbps。单片机2 与SC1128 的通信采用外部中断的并行口串行读写方式。单片机晶振为12MHz ,SC1128 晶振为32. 768MHz ,16 位扩频伪码,伪码速率为7. 5Kbps ,捕获阈值为Ox43 ,跟踪阈值为Ox0c , Sync 频率为500Hz , 通信波特率设为5. 0Kbps 6.2 软件协议如表6-1 所示。发送压缩包存储区0000H发送压缩包读写完毕标志位T说明:1. 为了使两块单片机的收发状态协调

52、统一,需共用一个标志位,分别取发送和接收压缩包存储区的第一个单元;2. 对于发送区,当立即数为01H 时,发送压缩包存储完毕,对应T逻辑置1 ; 当立即数为00H时,发送压缩包被调制发送完毕,对应T 逻辑清零。且写的是全部压缩包,而读的是有效数据字;3. 对于接收区,当立即数为01H 时,接收压缩包存储完毕,对应R逻辑置1 ; 当立即数为00H时,接收压缩包被解压缩接收完毕,对应T 逻辑清零。且写的是有效数据字,而读的是全部压缩。 . . .格式字(12 2 = 24 字节)数据字(0 数据19 字节)002CH有效数据字(5 字节) ：0030H ：空闲数据区007FH接收压缩包存储区0080H接收压缩包读写完毕标志位R . . .格式字(12 2 = 24 字节)数据字(0 数据19 字节)00ACH有效数据字(5 字节) :00B0H :空闲数据区第 7章 系统控制及软件设计8051单片机通常有两种封装：一种是双列直插式封装，一种是方型封装。本系统8051单片机采用双列直插式40引脚封装结构，其引脚按功能共可分为端口线、电源线和控制线三类。图71 51系列单片机引脚图引脚功能:四个I/