数话同传控制器的设计与实现

图3中CLK_2048K为2048kHz的时钟信号，CLK1_8K和CLK2_8K均为8kHz的时钟信号。可以看出，分立元器件较多，时钟源之间的干扰比较大，电路运行不太稳定。本系统中用一片EPM7128实现，用VHDL语言编写时序发生器，大大简化了电路，提高了系统的稳定性。图4是在MAXPLUSII上仿真MC145480从AMBE1000话音Codec读取数据的波形。
　　从仿真波形上可以看出，在MC145480的接收帧同步信号FSR的下降沿到来时，开始在接收位时钟信号BCLKR的作用下采样从AMBE1000话音Codec传过来的数据(AMBE1000的tx_do端)。在采样一个字节后停止采样，余下的FSR为低电平的时间(一个FSR的周期内)用来给MC45480的DA转换提供缓冲时间。在下一个FSR的下降沿到来时又周而复始地重复上述操作。
2.2 话音压缩数据的处理
　　AMBE1000话音Codec输出数据是以帧为单位[2]，每20ms输出一帧，每帧的大小为34bytes,其中帧头为10bytes,压缩语音数据24bytes。数据格式如表1所示。

如果按全帧发送，1s内必须传送的数据位数为：
　　34bytes × 8bit/bytes × 50 = 13600bit
　　而Modem的最大传输速率为9600bps，根本无法进行传输，更谈不上实现数据和语音同传了；另一方面，本系统没有必要将压缩语音数据按全帧发送，只需传送有效语音数据。压缩速率为2400bps 时，每帧输出的有效语音数据为：
　　2400bps / (50 × 8bit) = 6 bytes
　　这样在帧尾会有18bytes(24bytes-6bytes=18bytes)的无效0数据，全帧传输时这些无用的0也参与了传输。从节省带宽方面考虑，必须进行帧头和帧尾的处理，并重组数据帧。为此，在程序中做了如下处理： 当检测到有话音数据时，单片机每20ms对AMBE1000话音Codec进行一次读写操作，将接收到的一帧数据存入一个缓冲区，去掉不必要的帧头和帧尾无效的0，得到纯语音数据(每帧6字节)。每隔60ms即连续等待三次AMBE话音Codec中断处理后(共18字节的有效语音数据)，将有效的语音数据与外部接收的数据一起打包发给Modem。接收端反之，单片机将Modem解调出来的语音数据，按每6个字节，先进行必要的帧头设置，再添加上帧尾的0，恢复一帧完整的数据传给AMBE1000话音Codec进行解压缩。这样充分利用了信道资源，并且语音延迟比较小，外部数据传输率也比较高。
2.3 数据的调制和解调
　　外部输入的数据和来自AMBE1000话音Codec的数据被单片机打包成如表2所示的数据格式。

6 字节的帧头包括两字节的位同步、两字节的帧同步以及两个自定义的控制字节。这两个控制字节可用于区分语音数据和外部数据，以及在半包发送时指示数据块中实际数据的多少。每18个字节作为一个小数据包，数话同传时，语音数据和外部数据各占一小包。一个字节的帧尾标志一般为0x33。这样的一帧数据传给FX909,带上FEC和CRC位后，最大数据量为：(6＋1＋30+30+1)×8bit=544bit。在60ms的时间内，Modem有能力完成一帧数据的发送(60ms×9600bps＝576bit>544bit)。这从一个侧面证明了本系统采用的数话同传方案的可行性。FX909工作在任务方式下，单片机通过写任务到FX909的命令寄存器去指示Modem的工作，当FX909完成工作后以中断的形式通知单片机当前操作已经完成。软件实现发送和接收数据的过程如下[5]：发送数据时，设置FX909的工作模式为发送状态，写帧头数据，设置任务＝T7H，发7个字节帧头(FX909内部帧头带一个字节的FEC和CRC)；然后往FX909 数据缓冲区中写入18 个字节的数据，设置任务＝TDB，发送数据块；若本帧未结束，继续发送数据块，发送结束后再发一个字节的帧结束标志；如此反复直到所有的数据发送结束为止。接收数据时，先设置FX909 的工作模式为接收状态，检测到载波信号后，写帧同步字节至数据缓冲区，设置任务＝LFSB,进行比特同步；然后设置任务＝SFH,查找帧头，读出帧头控制字节后设置任务＝RDB，读出18个字节的数据；若本帧未结束，继续读数据块，否则查找下一个帧头；如此反复，直至接收完所有的数据。同时还可以读出CRC和FEC标志位信息，进行相应的处理。
　　本文实现的数话同传控制器具有话音延迟短、数据传输量大的特点，有效地解决了语音信号延迟比较大和外部数据传输量受限问题，能够满足绝大多数场合下话音通信和数据传输的要求,有着广泛的应用前景。