专利名称：一种语音终端设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数字通信领域，具体涉及一种使用SPI接口实现PCM信息交互的语音终端设备。
背景技术：
语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，也是人类进行思维的一种依托。语音业务的传输始终是通信系统中最重要、最基本的核心功能之一，即便是在倡导多媒体业务的第三代甚至第四代数字移动通信系统中，语音业务也仍然是其主导业务。PCM是脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)的英文缩写，即对话音信号进行脉冲采样、数字量化、编码的过程。电话语音信号的频带限制在300Hz —3400Hz，为了将模拟的语音信号数字化，首先要对模拟信号进行脉冲采样(时间量化)，根据采样定理，对语音信号采样脉冲的频率至少为语音信号频率的两倍，CCITT标准规定为8kHz。然后再对采样得到的PAM脉冲进行幅度量化，每个脉冲幅度用Sbit表示，这样每一路电话信号的PCM编码速率为mcX8bit=641A/S。PCM信号被广泛用在电话交换机、网络电话机、光端机、综合接入设备、综合复用设备中。在普通固定电话网中，电话机采集到模拟语音经电话线传输到局用交换机后才需要进行PCM编码，因此作为通信终端的电话机并不涉及PCM的数字编码与传输。随着通信向智能化、网络化方向发展，出现了越来越多的数字终端，如ISDN终端、移动电话、网络电话机等。语音的数字化可以直接在终端上完成，众多的专门的PCM编解码的集成电路芯片也应运而生，如华邦的W681512就是一款专门为终端设备进行语音PCM编解码的芯片。与此同时，微控制器普遍缺乏专门的PCM通信接口，这就需要微控制器能使用普通的通信接口完成与PCM编解码芯片的信息交互。SPI是英语krial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，可处理多个连接到指定总线上的主机和从机。芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚。该接口一般使用4条线，串行时钟线 (SCK)，主机输入/从机输出线(MISO)，主机输出/从机输入线(M0SI)，从机选择线(SSEL)。 在数据传输中，主机总是会向从机发送一帧8到16个位的数据，而从机也总会向主机发送一帧字节数据。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从。语音终端设备的微控制器与PCM编码器之间一般会通过专门PCM通讯接口进行，在语音通讯设备的研制过程中，严重限制了对微控制器的选择。对于没有PCM通讯接口的微处理器，可以使用SPI主机接口模拟PCM通讯接口，但这种方法仍将大量占用微控制的运算量，并不适用于大量的低成本微控制器。一个SPI通信系统中，必须有主机。外围的PCM编解码芯片提供的是SPI从机接口，需要微控制器提供SPI主机接口与PCM编解码连接。使用SPI接口传输64Kbits/s速率的G. 711编码语音信息时，每秒需要8K次数据交互，而每次交互都需要微控制器参与时序的控制和数据的传输，显然将极大的占用微控制器的资源，而很多低端的微控制器则根本无法完成这样的操作。实用新型内容[0007]本实用新型目的是提供一种可以极大减少微控制器的运算量，降低对微控制器的要求的使用SPI接口实现PCM信息交互的语音终端设备。[0008]本实用新型的技术方案是[0009]一种语音终端设备，包括微控制器和PCM编解码器，其特征在于，还包括可以提供 SPI主机接口时钟的外部时钟源，所述外部时钟源与PCM编解码器的SPI接口以及被设为从机接口的微控制器的SPI接口相连。[0010]进一步的，所述外部时钟源是所述微控制器内置的定时器。[0011]进一步的，所述微控制器为使用直接内存存取方式完成对SPI外设接口的数据收发的微控制器。所述微控制器使用直接内存存取方式完成对SPI外设接口的数据收发，从而进一步的减少数据交换量。[0012]本实用新型采用了一种使用SPI接口实现PCM信息交互的方法，将微控制器的SPI 接口与PCM编解码芯片的SPI接口连接，其特征在于，所述微控制器的SPI接口和PCM编解码芯片的SPI接口都设为从机接口，由外部时钟源提供SPI主机接口时钟。交互PCM信息的过程没有实际的SPI主机接口参与，而仅通过两个SPI从机接口独立自主的完成，最大程度降低微控制器在PCM信息收发过程中的运算量。[0013]工作原理将微控制器的SPI接口也配置成从机接口，然后由外部时钟源提供SPI 接口时钟。这样，原本微控制器SPI主机接口与PCM编码器之间点对点的主机连接，变成了虚拟SPI主机接口(不参与数据交互，只提供时钟)、微控制机SPI从机接口、PCM编码器组成的一主二从的三方连接。与传统的一主多从连接方法不同的是，传统连接方法从机都只与主机交互数据，而在本方法中，两个从机都并不与主机交互数据，而只在主机提供的SPI 时序下与另外一个从机交互数据。这样就实现了，虚拟SPI主机只提供时序，而两个SPI从机遵循SPI时序相互间实现独立自主的交互数据。从另外一个角度，微控制机和PCM编码器，任何一个SPI从机都将对方视为SPI主机，都认为SPI时序是由对方提供的，而只需要在SPI时序下，完成简单的SPI从机操作即可。[0014]本实用新型的优点是将微控制的SPI接口配置成从机接口，则无需微控制器提供SPI交互操作的时序。再加上微控制器的SPI控制器都有若干字节的收发缓冲，只有在 SPI控制器接收数据到达一定的FIFO深度后，才需要微控制器参于数据的收发，因此在从机模式下，SPI收发需要的CPU运算量不到主机模式的十分之一，将极大的释放微控制器的运算量，也让使用更低的微控制器成为可能。适用于大量低端8位、16位、32位微处理器， 从而获得更灵活、廉价的语音终端设备。[0015]进一步的，微控制器使用SPI从机接口进行数据收发时不需要提供SPI时序，则为微控制器使用DMA控制器参与SPI接口的数据收发提供可能。在使用DMA控制器时，微控制器只需要每20MS参与一次PCM数据收发，相比于使用主机接口时每0. 125MS参与一次收发，SPI从机接口执行收发的频度只有原先的1/160，将最大程度释放微控制器的运算量。
[0016]
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述[0017]图1为本实用新型的使用SPI接口实现PCM信息交互的方法方框图。[0018]图2为本实用新型的实施例实际电路图。[0019]图3为本实用新型的实施例实际电路图。
具体实施方式
[0020]如图1所示，将微控制器的SPI接口也配置成从机接口，然后由外部时钟源(时钟分频器)提供SPI主机接口时钟。这样，原本微控制器SPI主机接口与PCM编码器之间点对点的主机连接，变成了虚拟SPI主机接口(不参与数据交互，只提供时钟)、微控制机SPI从机接口、PCM编码器组成的一主二从的三方连接。与传统的一主多从连接方法不同的是，传统连接方法从机都只与主机交互数据，而在本方法中，两个从机并不与主机交互数据而只与另外一个从机交互数据。这样就实现了，虚拟SPI主机只提供时序，而两个SPI从机间实现自主交互数据。从另外一个角度，微控制机和PCM编码器，任何一个SPI从机都将对方视为SPI主机，都对认SPI时序是对方提供的，而只需要在SPI时序下，完成简单的SPI从机操作即可。[0021]为进一进说明双从机模式SPI接口通讯方法的有效性，我们以USB电话方案为例作一步阐述。微控制器芯片使用NXP公司市场价低于1个美元的MCU芯片LPC11U14，PCM 编解码芯片使用华邦的W681512。LPClIUl 14内核使用C0MTEX-M0技术，运行速度可以达到 50M,具有32K片内FLASH，8K片内SRAM，集成片上PHY的USB2. 0接口，完成满足USB电话的需求。W681512是应用于语音、模拟转数字、数字转模拟的单通道CODEC，以全差动输出功能来将噪音最小化，符合ITU-T G. 711工业标准。为进一步节省成本，SPI接口需要的外部时钟源由LPC11U14自己提供，分别由定时器1提供2M的CLK时钟，由定时器0提供8K的帧同步时钟，定时器在设定完成后会自主的产生时钟，而不需要微控制器本身参与。2M的 CLK时钟分别接到LPCl 1U14的SCK1，W681512的BCLKR和BCLKT。8K的帧同步时钟分别接到 LPCl 1U14 的 SSELl ,W681512 的 FSR 和 FST。将 LPCl 1U14 的 MOSIl 与 W681512 的 PCMT 连接，将LPC11U14的MISOl与W681512的PCMR连接。这样就构成了一个完整的双从机模式的SPI接口连接。具体电路图如图2、图3所示。在软件上，将LPC11U14的SPIl接口设置为从机模式，为SPIl设置好中断处理函数，在中断处理函数中，分别对SPIl接口进行读、写操作，完成与PCM编码器的数据交互。为进一步提高效率，实际设计时，将SPIl接口配置成 DMA方式，这样，每收发160个字节的数据，相当于每20个毫秒才需要微控制器参于进行一次操作，最大程度减少了微控制器的运算量。经测试，使用双从机模式，与PCM编码器交互 64kbits/s的G. 711格式数据时，只占用整个CPU占用率的5 收、发数据无差错，完全满足设计要求。[0022]对SPI1对初始化的代码实例[0023]void sspllnit(void)[0024]{[0025]/* Set DSS data to 8-bit, Frame format Tl, CPOL = 0， CPHA = 0*/[0026]SSPICRO = 0x0017;[0027]SSPCPSR clock prescale register, master mode, minimum divisor is 0x02 氺/[0028]SSP1CPSR = 18;[0029]SSPIIMSC = 0x04; // 启动发送和接收[0030]SSP1CR1 = 0x06[0031]SSPIDMACR = 0x03;[0032]}[0033]对SPI1使用的DMA的初始化实例[0034]void gpdmalnit (void)[0035]{[0036]start2MClock()；[0037]start8KFrame ()；[0038]ssplInitO ；[0039]PCONP I= (1 29)；[0040]GPDMA_INT_TCCLR = 0x03;[0041]GPDMA_INT_ERR_CLR = 0x03;[0042]GPDMA_C0NFIG = 0x01; /* Enable DMA channels, little endian */[0043]while (!(GPDMA_C0NFIG & 0x01));[0044]g_gpdmaSndHead = 0;[0045]g_gpdmaSndTail = 0;[0046]g_gpdmaRcvHead = 0;[0047]g_gpdmaRcvTail = 0;[0048]Il启动接收DMA[0049]GPDMA_CH1_SRC = DMA_SSP1DR;[0050]GPDMA_CH1_DEST = GPDMA_RECV_BUF_ADDR；[0051]GPDMA_CH1_LLI = 0;[0052]GPDMA_CH1_CTRL = GPDMA_BL0CK_SIZE | (0x01 12) | (0x01 15)| (1 27) I 0x80000000;[0053]GPDMA_CH1_CFG = (OxOCOOl | 0x03 1 | 0x00 6 | 0x02 11)；[0054]}[0055]SPIl接口所属DMA的收、发中断实例[0056]void gpdmalsr (void) —irq[0057]{[0058]ULONG intStatus, intTcStatus, intErrorStatus, next；[0059]intStatus = GPDMA_INT_STAT；[0060]intTcStatus = GPDMA_INT_TCSTAT ；[0061]intErrorStatus = GPDMA_INT_ERR_STAT；[0062]if (intStatus & 0x01)[0063]{[0064]//DMA通道0有中断[0065]if(intErrorStatus & 0x01)[0066]{[0067]GPDMA_INT_ERR_CLR = 0x01;[0068]}[0069]if(intTcStatus & 0x01)[0070]{[0071]GPDMA_INT_TCCLR = 0x01;[0072]}[0073]}[0074]if(intStatus & 0x02)[0075]{[0076]/// DMA通道1有中断[0077]if(intErrorStatus & 0x02)[0078]{[0079]GPDMA_INT_ERR_CLR = 0x02;[0080]}[0081]if(intTcStatus & 0x02)[0082]{[0083]//g_gpdmaRcvKeep++ ；[0084]next = g_gpdmaRcvTai1 + 1;[0085]if (next >= GPDMA_RCV_BLOCK_NUM)[0086]{[0087]next = 0;[0088]ι[0089]if (next ！= g—gpdmaRcvHead)[0090]{[0091]Il接收BUFFER还有空[0092]g_gpdmaRcvTai1 = next ；[0093]}[0094]else[0095]{[0096]g—gpdmaRcvHead = 0;[0097]g—gpdmaRcvTail = 0;[0098]ι[0099]GPDMA_CH1_SRC = DMA_SSP1DR;[0100]GPDMA_CH1_DEST = GPDMA_RECV_BUF_ADDR+g_gpdneRcvTail*GPDMA_[0101]GPDMA_CH1_LLI = 0;〔0102〕^ |〈0x01〈〈 12〉|〈0x01〈〈
15〉 | “《27〉 | 0x80000000；
〔0103〕“在接收到数据的同时，发送数据。
〔0105〕|
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〔0107〕0x05，⑶0嫩―仔⑶⑶^口幻；
〔0108〕1
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〔0122〕6？0^0！0^0 ^&11^0^31^-8125；
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〔0128〕03^61^311(1 ^ ；“通知应用层任务接收数据
〔0129〕^ 0x02；
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〔0134〕 1
〔0135〕 本实用新型的优点是将微控制的3？1接口配置成从机接口，则无需提供3？1交互操作的时序。再加上微控制器的SPI控制器都有若干字节的收发缓冲，只有在SPI控制器接收数据到达一定的FIFO深度后，才需要微控制器参于数据的收发，因此在从机模式下， SPI收发需要的CPU运算量不到主机模式的十分之一，再进一步，如果使用DMA控制器参与 PCM信息的收发，微控制器只需要每20MS参与一次PCM数据收发，相比于使用主机接口时每0. 125MS参与一次收发，SPI从机接口执行收发的频度只有原先的1/160，将极大的释放微控制器的运算量，也让使用更低的微控制器成为可能。适用于大量低端8位、16位、32位微处理器，让研制更灵活、廉价的语音终端设备成为可能。根据该方案研制的语音终端设备实现了灵活、廉价的要求。
权利要求1.一种语音终端设备，包括微控制器和PCM编解码器，其特征在于，还包括可以提供SPI主机接口时钟的外部时钟源，所述外部时钟源与PCM编解码器的SPI接口以及被设为从机接口的微控制器的SPI接口相连。
2.根据权利要求1所述的语音终端设备，其特征在于，所述外部时钟源是所述微控制器内置的定时器。
3.根据权利要求1或2所述的语音终端设备，其特征在于，所述微控制器为使用直接内存存取方式完成对SPI外设接口的数据收发的微控制器。
专利摘要本实用新型公开了一种语音终端设备，将微控制器的SPI接口与PCM编解码芯片的SPI接口连接，其特征在于，所述微控制器的SPI接口和PCM编解码芯片的SPI接口都为从机接口，由外部时钟源提供SPI主机接口时钟。在从机模式下，SPI收发需要的CPU运算量不到主机模式的十分之一，将极大的释放微控制器的运算量，也让使用更低的微控制器成为可能。适用于大量低端8位、16位、32位微处理器，从而获得更灵活、廉价的语音终端设备。
文档编号H04M1/00GK202334610SQ20112038997
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者李勇 申请人:苏州鼎尚信息技术有限公司