AMBE-2000在紫外光语音系统中的应用
摘要：本文介绍了一种基于AMBE-2000的紫外光语音系统设计。实验证明，紫外光语音通信系统具有低窃听率、低位辨率、全方位、高抗干扰能力、音质优、功耗低等特点。
关键词：AMBE-2000；紫外光；AD73311；无线通信
&&& AMBE-2000是DVSI(Digital Voice System Inc.)公司推出的全双工声码器芯片。该芯片采用改进的多带激励MBS 算法，能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压缩编码。由于紫外线在低空大气的日盲特性和其在空气中的强烈散射作用，紫外光语音通信系统是一种新型的无线语音通信系统，具有低窃听率、低位辨率、全方位、高抗干扰能力的优点，目前已越来越受到各国特别是军方的重视，该系统可广泛应用于自由空间通信，军事通信等领域。
&&& 本文详细介绍了AMBE-2000芯片的外围接口电路与控制电路，该电路主要由微控制器、AMBE-2000语音压缩与解压芯片、时序产生电路、A/D-D/A转换电路等构成。微控制器主要由80C51组成，用于控制和读写AMBE-2000，并与外部电路进行数据交换；时序电路由外部晶振电路提供；A/D-D/A采样电路由AD73311及其外围电路组成。&整个电路的原理图如图1所示，通过AD73311将输入的模拟话音进行采样量化，然后输入到AMBE-2000进行压缩编码，编码后的数据送给单片机进行处理，然后由L6574调制到紫外光信道；同时，L6574将收到的信号送给单片机，经过相应处理以后再送给AMBE-2000进行解码，再通过AD73311转化为模拟信号输出。
AMBE-2000工作原理
&&& AMBE-2000可以看作两个分立元件，编码器和解码器。编码器接收8kHz采样语音数据流(16位线性、8位A率，或8位m率)并以所期望的速率将数据流输出信道。相反地，解码器接收信道数据流，合成语音流。对AMBE-2000编、解码器接口的时间控制是完全异步的。语音接口是外围的ADC和DAC。输入/输出语音数据流必须是相同的格式(16位线性、8位A率，或8位 m率)。
&&& 通道接口是普通的8位、16位微处理器或其它相应的在AMBE-2000信道格式和被设计的系统信道格式中能体现其基本功能的外围元件。
&&& 芯片的可选功能，如回声消除、声音激活/探测、功率模式控制、数据/FEC速率选择等可以通过硬件控制引脚或解码器命令接口进行控制。AMBE-2000有两种工作模式，即主动工作模式和被动工作模式。[Page]
&&& 在主动工作模式下，数据选通信号由声码器自己提供，也就是说，数据读写进程完全由声码器自身控制；在被动工作模式下，数据选通信号由外部提供，只有外部提供的选通信号有效时，才能对声码器的数据进行读写。
AMBE-2000与AD73311接口电路
&&& 语音接口电路采用外置的AD73311芯片，该芯片内部共有5个控制寄存器组(CRA、CRB、CRC、CRD、CRE)，其中CRA用来设置AD73311的工作模式、芯片级联个数和软件重置RESET；CRB用来设置主时钟分频系数和串行时钟分频系数；CRC用来设置内部参考电压的电源管理；CRD用来设置输入/输出放大器的增益；CRE用来设置D/A转换通道的群延时。
&&& 该设计中，AMBE-2000和AD73311 的外部时钟频率都是16.384MHz，AD73311的采样频率是32KHz，帧同步时钟和位同步时钟由AD73311产生，并提供给AMBE-2000。语音信号经过A/D 转换后的数据和控制信息，以串行的方式送到声码器。
&&& 在20ms 之内，声码器将ADC送来的数字化语音压缩， 按其帧格式打包后送至编码器输出缓冲器，并将解码器输入缓冲器的数据包解压缩还原送向ADC，从而完成对数字语音的编解码。图2给出了AMBE-2000与AD73311的接口电路图，在实际应用中，一些未用到的引脚应该特别注意，严格按照AMBE-2000的使用手册进行引脚连接，否则将会引起AMBE-2000声码器的非正常工作。
用户接口电路
&&& 用户接口电路主要包括滤波、放大电路以及语音信号的输入与输出电路。放大器采用NS公司的LM386来实现。
&&& 系统加电正常工作后， 微控制器复位AMBE-2000芯片，开始进行语音编解码。AMBE-2000 每20ms 完成1帧语音数据的编解码运算， 并与单片机以标准串行方式交换一次数据。80C51将编码后的语音输出，同时将得到的数据送到AMBE-2000 进行解码。
&&& &单片机内部设有数据通道和控制通道，进行数据的发送与接收及通道的选择与控制。 在编写串行通信子程序时，采用中断方式。 每来一次中断，执行一次数据的发送与接收。下面给出部分单片机的源程序：
START：MOV TMOD,#10H& ; T1定时，方式1……&MOV R0,#50H&&&&&& [Page];R0置地址初值&MOV R7,#24H&&&&&&& ;数据长度&MOV SCON,#0D3H&&&& ;串行方式3接收&MOV PCON,#00H&&& ; 波特率不加倍&WAIT:JBC RI,PR1&&&&& ;等待接收到的数据&LJMP WAIT&& PR1 :MOV A,SBUF&& ;奇偶校验判P=RB8&&&&&&& JNB PSW.0,PNP&& ;&&&&&&& JNB RB8,PER&&&&&&& LJMP RIGHT&& PNP :JB RB8,PER&&&& ;& RIGHT:MOV @R0,A&&& ;数据到缓冲器&&&&&&& INC R0 &&&&&&& DJNZ R7,WAIT&&&&&&& CLR PSW.5& ;正确接收完16个字节置标志位&&&&&&& RET&……TRANSMIT:CLR EA&&&&& ;关所有中断&&&&&&&& CLR TR0&&&&&&&& PUSH PSW&&& ;保护现场&&&&&&&& PUSH A&&&&&&&& SETB EA&&&&& ;开中断&&&&&&&& SETB TR0LCALL DELAYMOV TMOD,#01H ;定时器0方式1MOV SCON,#80H& ;方式3设定MOV PCON,#00H& MOV R1,#50H& ;置R1为地址初值MOV R6,#24H&&& ; 数据长度LOOP:MOV A,@R0&&&& ;& 取数据MOV SBUF,A& ;数据到SBUF，启动发送&& ;WAIT:JBC TI,CONT& ;判断发送中断&&&&&&& LJMP WAIT& ……
&&& 整个AMBE-2000及其外围接口电路如图3所示。目前，该紫外光通信系统的通信速率保持在2.4Kbps，基本满足语音通信的需要。实验证明，语音速率在2.4Kbps时，该系统的输出语音信号清晰稳定，可以有效进行回声消除和滑动补偿。因此，紫外光语音通信系统可广泛应用于自由空间通信、军事通信等领域。[Page]
参考文献1.& AMBE-2000Vocoder Chip Uuser’s Manual Version 4.3 February 20052.& 倪彦文,金向东.基于AMBE-2000 语音通信系统的设计.电声技术,2005-13.& AD73311 Datasheet , Analog Devices , Inc. , 20004.& 贾红辉,俊才.外光信息传输过程中调制技术的研究.仪器仪表学报,2003-8
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么在1s之间就有50帧，每秒相当速率:34(Byte)*8(bit)*50(帧)=13600bit/s。在本系统中，单片机采用中断服务程序来进行串行通信，一旦有数据要传输，可以触发单片机外部中断(INT0)，来完成34Bytes的传输。
语音芯片AMBE接收数据流程图 Fig4-8 AMBE voice chip to receive data flow diagram
当AMBE-1000准备好，然后触发单片机外部中断(INT0)，同样从AMBE-1000的技术资料显示可知，AMBE-1000每20ms输入一帧34Bytes，那么在ls之间就要接收50帧，而每一帧都有固定的格式，其中帧头为0x13EC，为了能正确回放语音，就必须保证回放数据的正确帧格式，首先获取第一个字节判断是否13(若不是重新获取一个字节)。然后依次获取一帧的另外33字节数据，送往AMBE-1000的DECODER。其接收数据流程图如图4-8所示。
5 缆车系统电源电路
LM2576电源模块 Fig6-1 LM2576 power supply module
如图5-1所示，LM2576系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。这些器件的固定输出电压有3.3V，5V，12V，15V，还有可调整输出的型号。系统中所有模块均需要+5V作为电源，故只需选择输出5V的稳压器即可。稳压器内部还有频率补偿器和一个固定频率振荡器，将外部元件的数目减到最小，使用简便。LM2576的效率比流行的三端稳压器要高的多，是理想的替代。一般情况下不需要或只要很小的尺寸的外加散热片。已经优化可和LM2576一起使用的标准系列电感由好几个不同的电感生产商提供。此特征大大简化了开关电源的设计。另外，LM2576还包括一些其他的特征：在指定输出电压和输出负载条件下保证输出电压的正负4%误差，以及振荡器频率的正负10%误差。
图5-2 电源模块 Fig.5-2 Power module
LM2576实物如图5-2所示。其具有如下的特点：高效率、高可靠性，隔离单电压输
出、体积特别小、功率密度大、占线路板空间小、隔离电压高、耐冲击性好、高低温特性好、能满足工业级产品技术要求、国际标准引脚方式、阻燃封装、满足UL94-V0要求、温升低、自然空冷、无需外加散热片。因此本系统5V电源选用此电源模块。
LCD显示和键盘模块 6.1键盘模块
编码式键盘原理图 Fig6-1 Schematic coding keyboard 相对非编码键盘，编码式键盘的优点在于它由硬件进行译码，占用处理器资源少，软件编写简单，但是电路相对复杂一些，成本较高。在工作过程中，微处理器既要接收和处理RS485总线上的数据，同时还要对大量的语音数据进行处理，工作量比较大，所以为了节省CPU的时间和资源，决定采用编码式键盘，如图6-1所示。 编码式键盘的硬件结构如图所示，由16个按键，两片74LS148编码器，4个PNP三极管和若干电阻构成。 74LS148是8线-3线优先编码器，管脚图如图6-2所示。
74LS148编码器引脚图 Fig.6-2 74LS148 encoder pin diagram 引脚功能：
0－7 EI A0、A1、A2 GS EO 编码输入端(低电平有效) 选通输入端(低电平有效)
编码输出端(低电平有效)
宽展端(低电平有效) 选通输出端 编码式键盘工作在中断模式下。在没有按键被按下的时，U1和U2的输入端全部由上拉电阻稳定在高电平，按照功能表，U2的A0，A1，A2引脚全部为高，同时U2的GS管脚输出高电平，禁止U1，U1的A0，A1，A2引脚也全部为高电平，所以数据口的电平为0b并一直保持。当有按键被按下时，如S1按下，U2的3号引脚与接地电阻R9相连，虽然此时引脚上有一定电压值，但是由于上拉电阻比较大，3号脚上的不超过1.2V，低于高电平的阈值，故U2认为3号脚输入为低电平，按照表A0，A1，A2输出为001，同时U2的GS输出低电平，使能U1。有S1被按下，三极管Q1的基极与R9相连，只要R9上的压降大于0.7V就能使Q1导通，致使U1的0号引脚上为低电平，A0，A1，A2输出为111，同时GS输出低电平，产生中断。此时数据口的电平为0b,由微处理器进行读值，进而判断是哪一个按键被按下。功能表6-3： 表6-3
74LS148编码器功能表 Tab.7-3 74LS148 encoder menu Inputs EI H L L L L L L L L L 0 × H × × × × × × × L 1 × H × × × × × × L H 2 × H × × × × × L H H 3 × H × × × × L H H H 4 × H × × × L H H H H 5 × H × × L H H H H H 6 × H × L H H H H H H 7 × H L H H H H H H H Outputs A2 A1 A0 GS EO H H L L L L H H H H H H L L H H L L H H H H L H L H L H L H H H L L L L L L L L H L H H H H H H H H 说明：H－高电平
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用AMBE—1000实现的语音分组技术
□ 谭月杰 丁晓明
摘　要:介绍分组语音技术的概念、用途以及用AMBE—l000实现语音分组技术的方法；介绍这一方法在实际工程中应用的一个实例，尤其对AMBE—l000的功能及其在实际应用中的价值作了详细的介绍。
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