基于51主控的lP电话设计

摘要  介绍一种基于51单片机作为主控IP电话的系统设计。系统具有开发周期短，成本低等特点；主要采用Audiocodes的AC48801语音包处理器和MicrochiD的ENC28J60以太网控制器。AC48801支持厂家提供的多种语音编码嚣，不用另外进行算法开发，提供HPI接口，用一般的51单片机即可对其进行控制。ENC28J60内置10 Mbps以太网物理层器件厦媒介接入控制器，提供SPI接口与主控制芯片相连。
关键词 IP电话 DSP G.729 AC48801 ENC28J60

引 言
    IP电话是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介，实现语音通信的一种全新的通信技术。其通信费用的低廉(有人称之为廉价电话)，节省带宽；智能化；开放的体系结构；多媒体业务的集成。IP电话网络支持语音、数据、图像的传输，为将来全面提供多媒体业务打下了基础。IP电话是未来“三网合一”的一项服务，有望成为下一代电信基础设施结构的核心，使未来各电信业务综合在同一IP网络上成为可能，导致语音、数据、图像的融合和未来电信市场的重组，并带来新的经济模式和价值链。IP电话的主要特点是语音在Intenet传输；技术难点是语音的解压缩和打包传输，因为不可能原原本本地把原始语音信息从Internet上发送出去，这样会占用太大的带宽。语音信号必须经过处理，转换成适合在IP网络上传输的IP数据包。这个过程需要先进行数字编码，转换成PCM码，然后经过专门的DSP芯片进行数据压缩，最后再打上IP包的标记，形成IP数据包的形式，以适合IP网络上的传输宽带。目前，IP电话的标准主要有ITU-T的H.323和IETF的SIP。H.323主要在电信网络上实现多媒体业务制订，技术很成熟；而SIP是基于动态的Internet模式建网，是基于软交换技术的面向网络会议和电话的简单信令协议。我国主要采用H.323标准。在H.323系列标准中，音频压缩编码有G.711、G.723和G.729等。本文介绍基于51单片机控制的IP电话的系统设计工作原理。

1 系统硬件构成
    本系统采用51单片机作为主控芯片，语音处理芯片采用以色列AudioCodes公司生产的AC48801，可缩短开发时间和减少经费，硬件框图如图1所示。

1.1 AC48801芯片
    AC4880l是Audio Codes公司生产的一种专用语音处理芯片，具有低比特率的语音压缩编码、解压和传真等多种功能。芯片内部集成了一个16位的DSP，其中固化有芯片本身所提供的各种编码操作格式，使开发者不用另外进行解压缩算法的研究，只需要根据它的HPI接口进行相关的配置既可工作。除此之外，该芯片还有以下特点：
    ◇支持G.729A、G.727、G.726、G.711等多种语音压缩编码；
    ◇语音/传真/数据自动转换；
    ◇损毁封包自动修复；
    ◇呼叫ID产生和检测，呼叫进程和用户定义语音检测和产生；
    ◇兼容G.168的25ms回声消除；
    ◇DTMF的检测和产生；
    ◇A律/μ律可选的C0DEC接口。
    AC48801接口如图2所示。

    AC48801提供了语音接口与外面的CODEC相连，由PCMIN、PCMOUT、PCMCIK、PCMFS四根信号线组成。PCMIN接收CODEC进来的PCM编码，相反PCMOUT是转送PCM编码到CODEC进行解压还原成模拟信号；PCMCLK和PCMFS分别是2.048 MHz位同步时钟和8kHz的帧同步时钟，均可以设置由AC4880l内部提供。AC48801还提供8位数据HPI接口。由于AC4880l是16位的DSP，所以主控每次对AC48801操作都是连续进行2字节的读写过程，HI/LO信号显示当前操作是高8位还是低8位；HRS0、HRSl信号组合对三个寄存器(控制寄存器HPIC，地址寄存器HPIA，数据寄存器HPID)操作；HR/w信号控制当前的读写，高电平表示主控芯片要进行读操作，低电平表示主控芯片要进行写操作；HRD信号为读锁存，HWR信号为写锁存，在它们的下降沿锁存HI/LO、HR/w、HRS0、HRSI等信号，所以在每次对。HI/LO、HR/W、HRS0、HRSI设置前都将HRD或HWR先置1，设置完成后再置O，然后所进行的设置马上生效；CS是片选信号；HINT是DSP对主控的中断。

1.2主控芯片
    主控芯片主要对AC48801、ENC28J60、sLIC设置和监控，并实时进行数据处理。由于主控芯片要处理的数据不是很大，采用速度稍微快些，性能较好的51内核的单片机就可以完成工作。这里使用STC89系列的单片机，最高工作频率可达90 MHz，处理8 kb/s(G.729)数据流已绰绰有余。另外，支持AC48801工作的内核代码和程序代码放在EEPROM里。因为这两个代码不经常用，只有在系统上电时，才由主控芯片通过HPI接口送到SRAM，所以EEPROM采用带IZC接口的24C1024。这样接口方便，制板布线也很容易。

1.3 CODEC接口芯片
    CODEC芯片负责对DSP解压后送来的PCM数据进行解码，还原成模拟信号并滤波后，送到用户接口芯片SLIC；同时，CODEC芯片还负责将SLIC送来的模拟语音信号进行PCM编码并送到DSP进行压缩。本设计中用的CODEC芯片TCM29C13是单通道PCM编解码器，带有滤波功能。它工作的位同步时钟PCMCLK和PCMFS帧同步时钟由AC48801提供。

1.4 用户线接口电路(SLIC)
    用户线接口电路是SODES和模拟设备的接口。设计中采用的是Intersil公司生产的HC55181用户线接口电路(SLIC)芯片，特点如下：
    ◇能传输多种振铃信号，可通过逻辑电平来控制器件的工作状态；
    ◇带有CODEC振铃接口，2-4线转换功能；
    ◇振铃峰值电压幅度可达到95 V；
    ◇具有内部关断和指示报警功能；
    ◇可自动检测用户摘机或挂机；
    ◇使用外部元件较少。

1.5 EN028J60芯片
    ENC28J60是美国微芯公司新推出的28引脚独立以太网控制器，采用SPI接口和主控芯片相连，具有占位小，成本低，使用方便等特点，接口如图3所示。ENC28J60主要功能包括：内置10Mbps以太网物理层器件(PHY)及媒介接人控制器(MAC)，可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据；特殊的过滤器，包括Microchip的可编程模式匹配过滤器，可自动评价、接收或拒收MagicPacket、单播(unicast)、多播(multicast)或广播(broadcast)信息包，以减轻主控单片机的处理负荷；业界标准的串行通信端口，低至18引脚的8位单片机也具有网络连接功能；可编程8 KB双端口SRAM缓冲器，以高效的方式进行信息包的存储、检索和修改，减轻主控单片机的内存负荷。该缓冲存储器提供了灵活可靠的数据管理机制。

2 工作流程

    系统上电，主控芯片要对各个部分进行初始化。

    ①初始化ENC28J60，配置相关寄存器，设置缓冲区。

    ②主控芯片首先从24C1024读取内核代码和程序代码，通过HPI放到SRAM里，然后发出AC48801初始化命令和运行命令。AC48801给出摘机音，然后AC48801检测到DTMF信号并通知主控芯片，主控芯片读取DTMF信号并打成IP包通过RJ45发送出去，同时给AC48801拨号音；建立连接后AC48801按照G.729标准进行解压缩运算，每10ms和主控芯片交换1次数据。同样，若主控芯片收到的IP包有DTMF信号，就给AC48801发出DTMF命令，给出振铃信号。

结语

    本文采用51单片机、AC48801与ENC28J60构成的IP电话具有成本低，开发周期短的特点。对以太网控制器的设计有较好的参考价值。