簡述交換機的基本原理

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簡述交換機的基本原理范文第1篇

關鍵詞:雙音多頻(DTMF) sin函數計算 SPCE061A MATLAB仿真

在全世界范圍內,雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信令逐漸使用在按鍵式電話機上,因其提供更高的撥號速率,迅速取代了傳統轉盤式電話機使用的撥號脈沖信號。近年來,DTMF也應用在交互式控制中,如語言菜單、語言郵件、來電顯示、電話銀行和ATM終端等。在芯片內部沒有內置DTMF產生器時,用普通D/A甚至于用4~5個普通I/O口和簡單的電阻網絡來模擬D/A實現DTMF信號的產生,將擴大DTMF在工程中的應用,具有一定的應用價值。本文主要研究以上兩種用軟件產品 DTMF信號的方案。

DTMF信號由8個頻率兩兩組合而成。這8個頻率又分為低頻群和高頻群兩組。低頻群的4個頻率依次為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz;高頻群的4個頻率依次為1209Hz、1336Hz、1477Hz、1336Hz。在通信領域應用中,DTMF主要用于電話機撥號信號和CID(Caller Identification,來電顯示)信號的傳送。在應用于電話機的撥號信號中,按照國家電信標準,其信號持續時間和間隔時間都不小于40ms,而頻率偏差不大于±1.5%。

1 傳統的可編程硬件DTMF發生器原理

傳統的DTMF發生器芯片有Hotel公司的HT9200A/B、Mitel公司的MT8880等。部分MCU也內置了DTMF發生器,其DTMF信號產生原理可簡述如下:

將振蕩器產生的高頻振蕩信號分別送至兩個計數器,當計數器達到預設的值時,產生一次反轉信號輸出,形成低頻方波。其中計數器寄存器可用軟件設置且有自動裝載功能。通過這兩個計數器可設置輸出的兩路方波頻率。軟件編寫控制程序時,只須將對應頻率的計數值寫入控制寄存器便可自動產生所需的頻率信號。

從以上兩路輸出的方波再進行信號正弦化處理和幅度控制,然后將兩路信號同時送至信號混合器輸出。這樣,如果其中一路輸出的方波頻率接近DTMF低頻群中的一個頻率,而另一路接近DTMF高頻群中的一個頻率,從混合器輸出的信號便是所需的DTMF信號了。

2 用D/A產生DTMF信號

DTMF軟件產生器是基于兩個用軟件模擬的二階數字在弦波振蕩器,一個用于產生低頻,一個用于產生高頻。典型的DTMF信號頻率范圍是697Hz~1633Hz。選取8192Hz作為采樣頻率,即可滿足Nyquist條件。系統中信號合成的函數方程為

Y(n)=a0+a1sin(2·Pi·f0·n/fs)+a2sin(2·Pi·f1·n/fs) (1)

式中:a0為直流分量;f0、f1分別為DTMF中的低頻和高頻;fs為采樣頻率,在此定為8192Hz;a1、a2分別為f0、f1的振幅;n為采樣點數。

2.1 sin函數的計算

采樣頻率并不是DTMF的8個頻率中各頻率的整數倍,若采用查表法得到各采樣點處理的D/A輸出值,由于查表意味著輸出值周期性的出現,則要求采樣頻率是輸出頻率的多個周期的整數倍。又由于輸出數據表中需要包括多個周期,而且要逼近上述的整數倍,因此輸出頻率必須是采樣頻率整數倍的倍數。由此產生以下幾個問題:

①多個周期的數據表較大(平均一個頻率20字左右);

②數據表中各數值的計算煩雜;

③產生的信號頻率存在頻偏。

若采用計算sin函數的方法,以上問題都將迎刃而解。只是,如何計算sin函數呢?在傳統的電子計算機系統中,處理浮點數比處理整數要復雜且占用CPU較多的時間;而在鄭易里片機系統中,一般對程序運行的時間都有要求。因此,本文采用了定點小數近似表示浮點數的方法,再利用線性插值法計算各點處的正弦函數值。

定點小數的表示方法:將需要表示的小數空間乘上一個系數映射到整數所能所示的空間。本文使用16位的單片機SPCE061,其D/A的精度為10位,DAC輸出寄存器為16位數據的高10位;sin函數的值域為[-1,+1],取整數域[0x0000,0x03ff]映射sin函數值中的[0,+1],取補數映射sin函數值中的負值,即可滿足DTMF輸出精度要求。要求將1映射為0x03ff,因此,當函數值為正時,應乘以0x03ff即1023,經取整后作為計算sin函數子程序的輸出;當函數值為負時,只須將對應的正時的函數值取補便可得到。

計算sin函數時,將0~2π映射為整數域的[0x0000,0x4000],因此,可通過整數域的第13和12位獲得象限信息。查表時只計算第一象限[0, π/2]的正弦值,其它象限的函數仁政由三角函數公式計算得到。第一象限sin函數的計算:0~π/2被映射到整數域的[0x0000,0x1000],將其分為16等分,將分割點上的函數值建立數據表,即將0、0x0100、0x0200等17個點處對應的正弦值列表,若弧度值x介于兩分割點x1與x2之間,則通過查表獲得sin(x1)與sin(x2),則有:

sin(x)=sin(x1)+[sin(x2)-sin(x1)](x2-x1)/256

其它象限可根據三角函數公式獲得類似的計算公式。

2.2 DTMF信號的軟件合成

由于在DTMF的傳輸過程中,高頻在線路中的傳輸損耗比低頻高,為了保證信號到達交換機時高、低頻信號電平基本相當,在DTMF信號產生器中,標準規定頻率組合中高頻分量電平應比低頻分量電平高2±1dB。在DTMF硬件產生器中,這一處理是在高、低頻信號混合器之間的低頻通道中加適當的衰減電路完成的;而在用D/A產生DTMF信號的過程中,高、低頻信號的混合也是由軟件完成的。因此,必須在高、低頻信號的產生過程中就考慮使低頻信號的振幅略低于高頻信號,這樣才能從輸出的信號中獲得所需的電平差。由2.1中所描述的sin函數計算得的函數值,為實際函數值的1023倍。式(1)中,取y(n)的電壓范圍為0~5V,直流分量a0為2V;令高頻信號的電平為Sh,低頻信號的電平為S1,單位為dBm,則有

Sh=-20lg(Vh/V0) S1=-20lg(V1/V0) 1

取Vh/V1=6/5,則Sh-S1≈1.6dB,即取a1為5,a2為6,即可得到高、低頻的電平差為1.6dB的信號。將y(n)映射為SPCE061的D/A輸出值[0x0000,0xffc0],則DAC的輸出為(0xffc0/5)·y(n),公式如下:

設 A=1023sin(2·Pi·f0·n/fs)

B=1023sin(2·f1·n/fs)(n=0,1,2…)

DAC(n)=(0xffc0/5) ·y(n)=

簡述交換機的基本原理范文第2篇

畢業論文答辯自述稿范文

尊敬的各位老師：

下午好！

我是通信工程專業14級秋季班的郭勝強，學號1409421031001，這篇論文是在我的指導老師李彥菲副教授及南廣學院何光威副教授的悉心指點下完成的，論文的選題是經該論文選題是經李老師審核通過并給我提出此文的寫作基調和原則，何老師在我撰寫論文的過程中付出了大量心血，本文經過一二三稿并最終定稿，這期間何老師對我的論文進行了詳細的修改和指正，并給予我許多寶貴的建議和意見，給予了我極大的幫助。在專業知識水平上，二位老師敢于嘗試、鍥而不舍、推陳出新的的精神是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作，在此我謹向李老師、何老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。不管今天答辯的結果如何，我都會由衷的感謝二位老師的幫助和指導，感謝各位評委老師的批評指正。

下面我將這篇論文的畢業論文選題的目的、意義、寫作內容、成果、結論、存在的不足向各位老師作簡要的陳述。

首先，我想談談為什么選這個題目及這篇文章的目的和意義。

我當時之所以選擇《基于FPGA的數字音頻信號源設計實現》這個題目是因在日常遇到的問題中有很多需要進行聲音處理，所以選用FPGA器件實現音頻信

號源處理的方案，即對聲音信號進行了采集、處理、傳輸存儲和還音回放工作以及如何在噪聲環境中如何能有效地地把需要的語音信號提取出來，消除或者衰減噪聲，從而顯著提高數字音頻信號源的質量方面的工作。另對系統如何進行聲音信號采集、聲音信號模數轉換、編碼、壓縮、聲音信號濾波、音頻信號輸出、傳輸、還音等工作進行了探討。

其次，我想談談這篇文章的結構和主要內容。

我的論文主要分為以下5個部分：

第一部分主要音頻采集、數據處理部分基本原理

首先使用話筒把收集到的語言信號作為輸入信號，然后將收集到的音頻信號轉換為連續的電信號，耳機播放的聲音是由經過濾波后轉換的模擬音頻信號；LM4550(AC-972.1)芯片將輸入的模擬音頻信號經過采樣、量化、編碼轉換為數字音頻信號；FPGA中的AC-97模塊用來發送及接收256bit的串行數據流，具有I/O的18位立體聲PCM數據端口；AC-97Commands的命令則是用來執行初始化命令和設置放大器增益等；FPGA通過配置接口編寫Verilog程序來控制LM4550(AC-972.1)芯片的正常工作；FPGA和LM4550(AC-972.1)芯片通過數據傳輸接口實現音頻信號編碼后的的發送與接收；FIR濾波器將LM4550傳輸來的數字化音頻數據處理后，經過數據傳輸接口傳送到LM4550(AC-972.1)芯片的模數轉換后，其模擬信號由耳機線路輸出。

第二部分數據傳輸部分，本設計的數據傳輸部分擬采用以太網傳輸，具體來說使用3類雙絞線的l0BASE-T方式，在上一節中提到的通過幀結構封裝，多路時分復用后的數據流轉換成串行數據后，通過以太網芯片，對數據流進行IP包的封裝，封裝好的IP包，通過RJ45的接口，經華為QuidwayS2700series交換機，再通過RJ45的接口按照協議傳送到服務器，并將數據流信息存儲到服務器上。

第三部分是還音部分

還音是整個音頻系統的最后一個環節[6]，還音的過程是這樣的，通過網絡將服務器中的數據流信息傳送過來，由于先前對多路音頻進行了時分復用，所以在此首先對數據流信息進行解復用，解復用后，生成多路音頻數據流，將每一路音頻數據流進行幀結構解析，去除幀頭，幀尾，通道號，時間同步信號信息，糾錯碼信息，同時將時間同步信號信息和通道號信息提取出來，這樣就解析出來帶有通道的多路音頻數字信號，這些信號之間的延遲信息通過時間同步信號信息來體現，然后將每一通道的音頻數據信息進行歸一化處理，形成可以播放的wav文件，根據通道號和時間同步信號信息通過不同的揚聲器播放出來，到此，就完成了還音的過程。

第四部分主要是各模塊的設計

（一）音頻采集、處理硬件平臺的實現（二）傳輸部分平臺的實現（三）還音部分平臺的實現

第五部分主要是系統的綜合測試和整體實現（一）采集、處理部分的整體實現

（二）系統功能驗證和效果分析及硬件實物驗證（三）傳輸存儲和還音部分綜合測試和整體實現

我的論文結論是：本課題研究了基于FPGA的數字音頻源設計實現，并利用FPGA設計了對聲音信號進行了采集、處理、回放以及如何在噪聲環境中如何能有效地地把需要的語音信號提取出來，消除或者衰減噪聲。同時進行了傳輸存儲和還音重放的設計工作，

系統在設計過程中以Xilinx公司Spartan-6系列XC6SLX45芯片為核心芯片，通過XC6SLX45芯片控制LM4550將麥克風采集到的語音信號實時的處理轉換為數字信號，并將數據傳給主控制芯片XC6SLX45，對數字音頻信號進行濾波處理，濾除非有用信號。利用FPGA(FieldProgrammableGateArray，可編程門陣列)可反復編程、擦除、使用的特點成功的解決了語音濾波器可重構的特點。本文中基于FPGA的音頻采集系統中的濾波器的設計實現了結構靈活、實時性好、通用性強、占用資源少、運行速率高等優點。

本文對系統如何進行聲音信號采集、聲音信號模數轉換、編碼、壓縮、聲音信號濾波、音頻信號輸出、傳輸、還音等工作進行了探討。本論文主要完成工作如下：

1.實現了音頻的采集，信號穩定。

2.對音頻信號的處理完成了簡單的同步處理，3.對音頻信號采用時分復用方法進行數據處理。4.完成了對信號的測試。

5.接收的音頻數據能夠通過軟件解析接出來。

6.本系統把從話筒收集到的語音信號進行實時處理轉換為數字信號，并將數據傳給主控制FPGA芯片XC6SLX45，然后對數字音頻信號進行濾波處理，通過設計數字濾波器來處理噪聲信號，消除或者衰減噪聲。

7.借助MATLAB軟件來設計FIR數字濾波器，使用FDATooI工具箱設計濾波器的系數。利用MATLAB/Simulink建模及算法級仿真，驗證了設計濾波器的可行性。

8.采用時下比較流行的SystemGenerator設計FPGA的方式，構建了音頻采集系統中的濾波器的硬件模型。完成了采集模塊、時鐘控制模塊、按鍵防抖動模塊、濾波系統模塊的設計與仿真，并在ISE軟件中進行了綜合，驗證了軟件設計的可行性。

最后，我想談談這篇文章存在的不足。本文設計把首先對模擬音頻信號進行量化采集，其次量化音頻信號通過FPGA數據處理，是否通過FIR數字濾波器輸出，然后通過異步串口輸出存儲，最終通過軟件解碼，對音頻量化信號歸一化處理，將聲音回放出來。整個過程已經實現。但是還存在一些問題，需要進一步的改進和加強。

1.數據存儲方面有新的改進2.獲取更高精度的音頻數據。