【文章內容簡介】 高性能“CortexM3”內核，所以比較以往的8位單片機在性能上有很大的提升。內部資源非常豐富，有2個12位模數轉換器、 7通道DMA控制器、7個定時器、2個I2C接口、3個USART接口等資源，可以滿足設計的需要。系統(tǒng)主控電路如圖51所示。圖51 主控電路 語音處理模塊的設計根據對語音構成的分析，應運而生了多種對音頻信號的壓縮編碼算法，如CELP、RELP、VSELP、MPMLQ、LPCMBE等，它們通過不同的算法，實現對音頻信號的壓縮。這些壓縮編碼算法的壓縮率、語音質量各有所長，其中美國DVSI（Digital Voice System Inc）公司提出的先進多帶激勵AMBE（Advanced MultiBand Excitation）壓縮編碼算法是其中的杰出代表。AMBE是基于MBE技術的低比特率、高質量語音壓縮算法，具有語音音質好和編碼速率低等優(yōu)點，AMBE1000是一款高性能多速率語音編碼/解碼芯片，語音編碼解碼速率可以在2400～9600bps之間以50bps的間隔變化，即使在2400bps的時候，仍能保持自然的聲音質量和語音可懂度。在芯片內部有相互獨立的語音編碼單元和解碼單元，可同時完成語音的編碼和解碼任務。并且所有的編碼和解碼操作都能在芯片內部完成，不需要額外的存儲器。這些特性使它非常適合于數字語音通信、語音存儲以及其它需要對語音進行數字處理的場合[7]。 AMBE1000的原理圖如圖52所示。圖52 語音處理電路AMBE1000是 Digital Voice Systems公司的語音編解碼芯片，用來實現雙工的語音壓縮/解壓縮功能，能實現低傳輸速率下高質量的通話。它采用先進的 AMBE壓縮算法。目前，這種算法以其能實現的低傳輸速率和高通話質量而在世界范圍內得到了廣泛應用，甚至用在下一代移動通信系統(tǒng)中[8]。具體來說，AMBE1000具有如下獨特之處： 低硬件成本和高通話質量； 無需外圍輔助設備；比特差錯和背景噪聲良好的魯棒性；～；可自動插入舒適噪聲；可選的串行和并行接口；自帶回聲抑制功能；DTMF信號的檢測與產生；低功耗。AMBE1000最基本的組成部分就是一個編碼器和一個解碼器，兩者相互獨立。編碼器接收8KHZ采樣的語音數據流（16bit線性，8bit A律，8bit U律）并以一定的速率輸出信道數據。相反，解碼器接收信道數據并合成語音數據流。編碼器和解碼器接口的時序是完全異步的。AMBE1000讀寫一幀數據所需的時間遠小于 20ms。也就是說在 20ms時間內，除了讀 1幀或寫 1幀數據外，處理器還有大量的時間做其它的事。這使人們有可能在半雙工的低速信道內實現全雙工的語音通話。AMBE1000采用A/DD/A芯片作為語音信號的接口。輸入輸出的語音數據流的格式必須是相同的（16bit線性的，8bit A律，8bit u律），信道接口采用8位或16位的微控制器。 圖53 語音后處理電路CSP1027S是D/A轉換芯片，其主要作用如下所述。芯片可選擇的功能包括回聲抵消、VAD（語音激活檢測）、電源模式、數據/前向糾錯速率的選擇等，這些功能由外圍管腳或輸入到解碼器的命令幀數來決定，并且送往解碼器用于控制的數據和語音數據是不同的。A/DD/A芯片的選擇對所設計的系統(tǒng)的聲音質量起著關鍵的作用。由于A律或U律壓擴芯片在采樣時對數據做了壓縮以減少位數，為了聲音質量的考慮，建議采用16 位線性的芯片。選擇芯片時要特別注意信噪比以及濾波器的頻率響應特性。 A/DD/A的硬件接口是很靈活的，時鐘和激勵信號可以由外部送入也可以由內部產生給可編程A/DD/A發(fā)送控制字需要一個額外的接口。信道接口使芯片易于集成到設計的系統(tǒng)中?；镜男诺澜涌诎ù诤筒⒖冢鼈兌寄芄ぷ饔谥鲃幽Ｊ胶捅粍幽Ｊ?，模式選擇的控制信號可以由芯片內部給出也可以從外部送入。 常規(guī)操作時，每20ms編碼器輸出一幀編碼過的數據，解碼器需接收到這樣的數據。編碼器和解碼器的數據需要格式化，格式化的主要目的就是為編碼數據流提供對齊信息。數據的格式包括幀格式和非幀格式。并口模式只工作于幀格式，串口模式既可工作于幀格式也可工作于非幀格式。 幀格式和非幀格式兩種格式都是為了實現相同的功能：為編碼數據流提供定位信息。工作于幀格式時，每20ms由編碼器送出一幀數據，該幀數據有固定的結構，其中包含了用于本地控制的狀態(tài)標志位。實際上按一定波特率的編碼數據才是幀格式中需要在信道間傳送的語音數據。幀格式下，系統(tǒng)需要在傳送編碼數據的同時傳送足夠的信息，這些信息用于在解碼器端重構語音數據流。這些信息可以很具體，但至少要滿足用于重構的要求。 非幀格式下，編碼器的輸出數據可以認為是連續(xù)的聲音數據流，這些編碼數據中包含了幀的信息。這種格式的優(yōu)點是不會為信道加重帶寬的負載。缺點是解碼器在合成語音波形前需要接收1012幀的數據才能達到與數據流同步的目的。同時，非幀格式下，每幀只指定一位用于數據的對齊，在更高誤碼率的信道中，需要增加更多的對齊位才能達到更高的性能（用幀格式就能很容易實現）。當工作于幀格式時，信道數據的接口可以是串行的也可以時并行的。而非幀格式只局限于串行。另外幀格式使芯片既可以工作于主動模式也可以工作于被動模式，而非幀格式只能工作于被動模式?？偟木幋a數據由兩部分組成：語音數據和前向糾錯數據。前向糾錯數據加到語音數據中使解碼器能夠糾正一定量的錯誤而使數據幀不至于報廢。如果信道傳輸時可能存在較多的錯誤，那么就應當增加前向糾錯數據的位數。當然聲音要達到高質量的話就必須有更多的語音數據位。圖54 語音處理模塊語音處理模塊如圖54所示。就功能來說，AMBE1000是一款優(yōu)秀的語音壓縮處理器；就其能達到的最低壓縮速率來看，已達到了世界先進水平，而且能夠保證高質量的通話質量。這使得它在世界范圍內得到了廣泛應用；但其壓縮算法為非標準算法，致使由 AMBE1000構成的語音處理系統(tǒng)只能用在某些專用網上。即使如此，它仍不失為在語音處理領域一款優(yōu)秀的處理器。 電源模塊電源模塊原理如圖55所示。電源模塊是一個開關電源電路，開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。圖55 電源電路原理圖其整體思路是先整流、PWM調制、穩(wěn)壓、濾波、直流輸出。采用單閉環(huán)回路進行控制。圖56 電源電路電源部分供電電壓是交流220V電壓，當交流供電電源的電壓或輸出負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的參數有電壓穩(wěn)定度、紋波系數和響應速度等。電壓穩(wěn)定度表示輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。紋波系數表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大??；后者表示輸入電壓或負載急劇變化時，電壓回到正常值所需時間。以改變調整元件(或開關)的通斷時間比來調節(jié)輸出電壓，從而達到穩(wěn)壓。電源功耗小，效率可達85％左右，只需在電路中加入一定的濾波電路，即可實現整個電路電壓的穩(wěn)定性。電源電路原理圖如圖56所示。同時電源電路中還包括穩(wěn)壓電路，其主要構成部分是穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內（或者說在一定功率損耗范圍內），端電壓幾乎不變，表現出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。圖57 電源濾波電路電源濾波電路如圖57 所示。電源濾波電路濾去電源中的紋波，可保證電源供電的穩(wěn)定性。由于電路處于高開關電源的環(huán)境下以及電源的質量較差的環(huán)境下，通過濾波可保證電源的質量，以提高電源供電的平穩(wěn)性。圖58 電源模塊電源模塊實物如圖58所示。其具有如下的特點：高效率、高可靠性，隔離單電壓輸出、體積特別小、功率密度大、占線路板空間小、隔離電壓高、耐沖擊性好、高低溫特性好、能滿足工業(yè)級產品技術要求、國際標準引腳方式、阻燃封裝、滿足UL94V0要求、溫升低、自然空冷、無需外加散熱片、無需外加元件可直接使用。因此本系統(tǒng)選用此電源模塊。3組態(tài)界面設計自2000年以來，國內監(jiān)控組態(tài)軟件產品能、技術、市場都取得了飛快的發(fā)展，應用領域日益拓展，用戶和應用工程數量不斷增多。充分體現了“工業(yè)技術民用化”的發(fā)展趨勢。在整個自動化系統(tǒng)中，軟件所占比重逐漸提高，雖然組態(tài)軟件只是其中一部分，但因其滲透能力強、擴展性強，近年來蠶食了很多專用軟件的市場。因此，監(jiān)控組態(tài)軟件具有很高的產業(yè)關聯度，是自動化系統(tǒng)進入高端應用、擴大市場占有率的重要橋梁。在工程實踐中，經常要用組態(tài)軟件完成工業(yè)現場的各種集中控制功能。而隨著現代以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)的日趨完善和工程技術人員使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)的要求側重于實質性的應用功能，而不是過去的畫面清