基于CAN總線的語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

　　在實(shí)際應(yīng)用中，PIC18F458 需要接一個(gè)CAN 收發(fā)器，以提高總線驅(qū)動(dòng)能力。CTM8251是一款帶隔離的通用CAN 收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN 隔離及CAN 收、發(fā)器件，這些都被集成在不到3 平方厘米的芯片上。芯片的主要功能是將CAN 控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN 總線的差分電平并且具有DC 2500V 的隔離功能。其接口電路如圖5所示。

　　圖 5 CTM8251 接口電路。

　　2.3 語(yǔ)音處理模塊設(shè)計(jì)

　　2.3.1 AMBE-1000的主要特點(diǎn)

　　在語(yǔ)音處理中，編碼芯片是核心部分，本設(shè)計(jì)采用的是AMBE 編碼。AMBE-1000 是美國(guó)DVSI 公司研制、Lucent 公司生產(chǎn)的一款成熟的雙工聲碼器芯片，用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙工的語(yǔ)音壓縮/解壓縮功能，能實(shí)現(xiàn)低傳輸速率下高質(zhì)量的通話。它采用先進(jìn)的AMBE 壓縮算法，壓縮速率最低可達(dá)2.4Kbps。目前這種算法以其能實(shí)現(xiàn)的低傳輸速率和高通話質(zhì)量而在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，甚至用在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。AMBE-1000 可看成由兩個(gè)分開(kāi)的編碼器和解碼器組成。編碼器接收8kHz 的語(yǔ)音數(shù)據(jù)采樣流(如16 位線性的，8 位A 律的或8 位μ 律的)和輸出一個(gè)期望的波特率的信道數(shù)據(jù)流。反之，解碼器接收一個(gè)信道數(shù)據(jù)流并合成一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)流。AMBE-1000 的編碼器和解碼器的接口時(shí)序是完全異步的[5]。壓縮數(shù)據(jù)從編碼器出來(lái)要通過(guò)一個(gè)接口送到解碼器，該接口就是信道接口?；镜男诺澜涌诎ù诤筒⒖?，管腳CH_SEL[2-0]的配置將決定使用哪種接口。串口和并口都能工作于主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。主動(dòng)和被動(dòng)是指激勵(lì)信號(hào)是由本芯片給出，還是由外部模塊送入。

　　2.3.2 AMBE-1000 與處理器模塊接口電路

　　串行模式下AMBE-1000 通過(guò)CHS_DI 和CHS_DO 輸入、輸出16 位的數(shù)據(jù)字。聲碼器AMBE-1000 工作在被動(dòng)模式，與控制器之間采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，兩者之間接口如圖6 所示。

　　圖6 AMBE-1000 與控制器接口

　　AMBE-1000 中語(yǔ)音編碼率和前向糾錯(cuò)編碼率的選擇可以是獨(dú)立的。這些碼率可以通過(guò)命令幀的方法配置，也可以通過(guò)硬件管腳BPS_SEL[3-0](pin 3，4，5，6)來(lái)配置。本設(shè)計(jì)中設(shè)定AMBE-1000 的語(yǔ)音編碼率為2.4Kbps，故管腳BPS_SEL[3-0]均通過(guò)電阻接地。

　　2.3.3 語(yǔ)音 A/D、D/A 模塊設(shè)計(jì)

　　對(duì)于一個(gè)高質(zhì)量的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，A/D-D/A 芯片的選擇至關(guān)重要。在選擇A/D-D/A 芯片時(shí)，需要考慮這些芯片的信噪比和濾波性能。一般應(yīng)優(yōu)先考慮那些16位線性A/D-D/A芯片，以獲得較高的語(yǔ)音質(zhì)量。對(duì)于任何一種與之相連接的A/D-D/A 芯片， AMBE-1000 都采用8kHz 語(yǔ)音數(shù)據(jù)采樣率。這些8 kHz 數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口輸入(或者輸出)到AMBE-1000，可以通過(guò)軟件(發(fā)送命令幀)或者硬件方式，進(jìn)行A/D-D/A 接口的選擇和配置。本系統(tǒng)采用的A/D-D/A 芯片是CSP1027，這是一款帶有16 位串行A/D 和D/A 的芯片，符合CCITT G.712語(yǔ)音頻帶響應(yīng)和信噪比規(guī)范，其采樣頻率可高達(dá)24KHz，它采用低功耗全靜態(tài)邏輯設(shè)計(jì)，在數(shù)字電源3.3V、模擬電源5V 工作時(shí)，典型功耗68mW，待機(jī)功耗0.05mW。

　　CSP1027 與AMBE-1000 之間采用串行工作方式，二者的接口電路如圖7所示。經(jīng)MAX9814 放大后的麥克風(fēng)語(yǔ)音信號(hào)由45 號(hào)管腳(MICIN)送入CSP1027 進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)21 號(hào)管腳(DO)送入AMBE-1000 進(jìn)行壓縮編碼。相反地，AMBE-1000 解碼之后的數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)要送入CSP1027 芯片進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換(TX_DO 與DI相連接)，恢復(fù)出的模擬語(yǔ)音信號(hào)由43 號(hào)管腳(AOUTP)輸出，并通過(guò)此管腳將模擬語(yǔ)音信號(hào)送出MAX9736 進(jìn)行功率放大，最后通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái)。

　　圖 7 CSP1027 與AMBE-1000 的接口

　　2.3.4 語(yǔ)音采集模塊設(shè)計(jì)

　　本模塊的作用是將麥克風(fēng)微弱語(yǔ)音信號(hào)放大給A/D 轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用了具有自動(dòng)增益控制(AGC)功能的MIC 放大芯片MAX9814，該芯片是Maxim 推出的低成本、高品質(zhì)麥克風(fēng)放大器，器件具有低噪聲前端放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、輸出放大器、麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器和AGC控制電路。

　　MAX9814 的電路設(shè)計(jì)如圖8所示，麥克風(fēng)語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)管腳8(MICIN)輸入MAX9814芯片，進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)放大，之后從管腳6(MICOUT)輸出，輸出的信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊即CSP1027 進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。

　　圖8 MAX9814電路設(shè)計(jì)圖