基于单片机的音频交换控制系统设计

1 引言
    小型会议系统或语音群聊系统是由多路音频电路组成的．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AT89S52型单片机和交换控制矩阵器件MT8816AE。其中，AT89S52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：MT8816AE是CMOS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1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：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口电路3部分。

2．1 交换控制矩阵电路设计
    MT8816AE内含一个8x16的开关阵列，并具有7～128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DATA输入端加1或0．可使选中的开关开启或关闭。STROBE为锁存信号，器件选择(CS)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n与所需MT8816AE个数Ⅳ的运算关系：N=(n／8)(n／16)。以16台规模的系统终端为例，需两片MT8816AE。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MT8816AE片1中：X0~X15分别连接0～15号终端发；Y0～Y7分别连接0~7号终端收，以实现0~7号内任意同频终端的收发互通．以及8~15号终端发，0~7号收的功能。规定MT8816AE片2中：XO~X15分别连接0~15号终端发；Y0~Y7分别连接8～15号终端收，以实现8~15号内任意同频终端的收发互通，以及0~7号终端发，8～15号收的功能。这样，两片MT8816AE串接后。即可实现16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
    AT89S52通过MAX232与主控计算机串口互联，根据从主控计算机接收到的命令数据帧控制MT8816AE开关阵列的通断。其中，AT89s52的P3．0(RXD)和P3．1(TXD)为串行接口的输入端和输出端，与MAX232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22μF，下拉电阻为4．7 kΩ；单片机外接11．0592 NHz的晶振和两片30 pF电解电容构成振荡电路。图2a给出交换控制单片机电路。表1给出AT89S52与biT8816AE引脚间的对应关系。

2．3 串行接口电路设计
    AT89S52通过RS232接口与主控计算机连接。由于各自工作电压不一样，故采用MAX232实现电平转换，满足系统工作电压要求。其串行接口电路如图2b所示。

3 软件设计
3．1 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RS232标准接口发送给AT89S52单片机，然后根据通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中，$为发送标志；aaaa为16台终端通断数；片l为0~15号机与0~7号机的通断情况控制字节：片2为0~15号机与8～15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$80则为MT8816AE复位控制信号。例如，发送$048133，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10号终端断开．由片2控制。
3．2 主控制程序设计
    图3a示出AT89S52单片机的主程序流程。首先，初始化单片机，定义内部时钟，完成中断及串口设置，一旦有中断请求，CPU被唤醒，则进入中断程序(图3b)，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。