采用TNETV1700的高分辨率IP电话系统设计

　

概要：32 kHz甚至更高，数据宽度为16位或者24位。传统的模拟电话无法满足这一要求，使得模拟电话必然被数字电话所取代。IP电话是以IP网络为传输载体，实现计算机对电话、电话对电话，以及计算机对计算机之间进行话音通信的技术。计算机对计算机方式是技术发展的最终方向。本文介绍一种以美国TI公司的双核数字信号处理器（DSP）TNETV1700为核心的高分辨率IP数字电话系统，配置高分辨率16位模拟/数字转换芯片，实现对语音信号的采集和输出、调制和解调、处理和存储等功能。数字语音信号通过USB接口传输到PC，由上层软件实现IP交换数据。本文主要介绍基于TNETV1700的IP电话终端的软硬件设计。1 系统结构整个系统由TNETV1700、AD50、LCD、Flash、键盘以及电源等组成。其系统结构连接如图1所示。图1中，TNETV1700是核心控制单元，负责所有与外部设备的信号交换；外部设备中AD50负责模拟信号/数字信号的转换，AD50既具有对模拟信号进行采集转换成数字信号的功能，也具有将数字信号转换成模拟信号、发送到扬声器的功能；LCD实现时间、电话显示、设置信息等人机交互的所有显示功能；Flash用于保存TNETV1700的上电引导程序，也可通过更新Flash中的程序对系统进行升级。图1

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采用TNETV1700的高分辨率IP电话系统设计

本文介绍一种基于双核处理器TNETV1700的高分辨率IP数字电话语音系统。该系统以TNETV1700为核心，配置高分辨率采样系统，实现IP数字电话。系统使用DSP核进行语音算法处理，使用ARM核实现键盘扫描、液晶显示、状态显示等电话基本功能。ARM核控制USB控制器连接到PC，语音数据通过客户端软件实现与网络的交换，以及IP电话功能。

关键词  IP电话  双核处理器  TNETV1700

引言

　　模拟电话的语音采集和传输一直是低信号分辨率方式，语音信号的采样频率为8 kHz，数据宽度为8位，只能满足基本的语音通信要求，而不能传输更高质量的语音，例如音乐信号、彩铃服务等。随着通信技术的发展，对高分辨率语音信号的要求成为必然，这样就要求信号采样频率达到32 kHz甚至更高，数据宽度为16位或者24位。传统的模拟电话无法满足这一要求，使得模拟电话必然被数字电话所取代。

　　IP电话是以IP网络为传输载体，实现计算机对电话、电话对电话，以及计算机对计算机之间进行话音通信的技术。计算机对计算机方式是技术发展的最终方向。

　　本文介绍一种以美国TI公司的双核数字信号处理器（DSP）TNETV1700为核心的高分辨率IP数字电话系统，配置高分辨率16位模拟/数字转换芯片，实现对语音信号的采集和输出、调制和解调、处理和存储等功能。数字语音信号通过USB接口传输到PC，由上层软件实现IP交换数据。本文主要介绍基于TNETV1700的IP电话终端的软硬件设计。

1  系统结构

　　整个系统由TNETV1700、AD50、LCD、Flash、键盘以及电源等组成。其系统结构连接如图1所示。图1中，TNETV1700是核心控制单元，负责所有与外部设备的信号交换；外部设备中AD50负责模拟信号/数字信号的转换，AD50既具有对模拟信号进行采集转换成数字信号的功能，也具有将数字信号转换成模拟信号、发送到扬声器的功能；LCD实现时间、电话显示、设置信息等人机交互的所有显示功能；Flash用于保存TNETV1700的上电引导程序，也可通过更新Flash中的程序对系统进行升级。

图1  系统硬件结构

　　TNETV1700是美国TI公司最近推出的一款针对客户端电话信号处理的专用DSP芯片，该芯片内部集成一个TI公司的C55系列DSP TMS320C55和一个ARM926EJS处理器。TMS320C55用于电话的语音信号处理，包括双音多频信号检测和产生、回音相消、数据压缩和解压，以及数据组包和拆包等多种语音信号处理算法。ARM926EJS用于实现控制功能，包括对LCD、USB控制器、GPIO、Flash、键盘等的控制。使用TNETV1700的USB控制器，直接连接到PC，实现TNETV1700和PC之间语音数据的交互。此外，TNETV1700内部还具有通用DSP芯片常有的缓冲串口、HPI接口、定时器等片内外设。由于TNETV1700采用低功耗的TMS320C55，所以其功耗非常低，正常工作情况下，工作电流不到300 mA，整个系统可以采用从USB接口馈电方式，无需单独供电。

2  系统硬件设计

　　AD50是TI公司生产的一款集成有A/D和D/A转换器的芯片，TNETV1700与AD50连接后，可以只使用一个缓冲串口同时实现数据的采集和输出，从而节省了TNETV1700的硬件开销。TNETV1700与AD50的硬件连接如图2所示。

图2  TNETV1700与AD50的硬件连接

　　AD50的时钟信号由TNETV1700的定时器0的输出提供，时钟频率可以通过修改定时器0的设置而改变。AD50的FC引脚连接到TNETV1700的GPIO0（通用I/O引脚），用于控制AD50的串行通信；DIN（数据输入引脚）和DOUT（数据输出引脚）分别接TNETV1700缓冲串口0的DX0和DR0引脚；SCLK（移位时钟输出引脚）连接TNETV1700的 CLKR0（缓冲串口0的接收时钟引脚）；帧同步信号FS连接TNETV1700缓冲串口0的FRX0引脚。

　　为了达到更好的信号处理效果，AD50的模拟信号输入一般采用差分输入方式，图2中使用变压器将单端信号转换成差分信号。信号一正一负同时进入采集系统，如果此时有随机噪声出现，通过正负信号的加减，可以有效消除部分噪声。AD50的D/A输出为差分信号，可以直接驱动600 Ω的负载，同样也可消除输出电路上的随机噪声。

　　LCD控制器负责与LCD及其外设的连接。LCD控制器连接2个外设： 一个是到ARM926EJS的DMA请求，另一个是ARM926EJS到LCD的中断请求。这样，ARM926EJS作为主设备，可以在CPU不参与的情况下实现对LCD的显示控制。LCD作为被动设备，只有少量需要返回的状态，发送中断到ARM926EJS，由ARM926EJS安排时间读取LCD状态。这样，使得整个LCD的显示和控制占用较少的CPU资源。如果系统使用简单的点阵显示，就无需LCD控制器参与，只需要简单的几根GPIO扫描就可以。TNETV1700与LCD的硬件连接如图3所示。图中，使用稳压器MAX633将3.3 V电压转换成LCD所需要的15 V电源，使用稳压器TPS79333将LCD和TNETV1700隔离开，以增强系统的可靠性，避免LCD的高压损坏芯片；TNETV1700的LCD控制器直接连接到驱动芯片LZ9FC22，通过启动芯片控制LCD。系统选择LCD型号为LQ035Q7D。

图3  TNETV1700与LCD的硬件连接

　　系统中的USB接口和键盘接口均为标准接口，硬件上连接简单方便。USB接口使用4线接口，分别为差分数据正、差分数据负、电源和地引脚。USB接口的电源也是整个系统的电源入口。键盘接口使用3×4的扫描键盘，可以直接连接标准电话机的12个按键（为0～9、*号和#号）。如果需要增加按键，可以使用TNETV1700的GPIO口完成。

3  系统软件设计

　　系统的软件总框图如图4所示。图中，初始化模块包括TNETV1700系统的初始化、键盘监控的初始化、LCD显示的初始化、AD50的初始化、USB控制器的初始化。在初始化过程中设置定时时间、采样点数、计算变量的初始值、各种参数等。

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