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用Philips PCD600x實現多線電話并機
摘要：飛利浦公司開發的PCD600x數字電話應答機芯片內嵌80C51 CPU核、DSP及CODEC等通信功能芯片，具有功能強、成本低等特點。本文拓展了PCD600x的應用，特別是重點解決了多線電話互連的問題；通過IOM數據通道提供了低成本、高可靠性的解決方案。關鍵詞：PCD600x I2C總線 IOM 多線電話 PCM
1 概述
多線電話和普通電話相比更方便了人們的使用。特別在小型辦公室領域，可能有若干條外線，通話業務由大家共同處理。傳統的方式是采用集團電話，由中心主機管理話機，使得維護、管理和使用不便。多線電話直接互連是一種更方便、實用、經濟的選擇。人們可以只用1部電話機完成多部電話機的功能，減少了電話機的占用空間，功能多，操作容易，深受人們的青睞。多線電話的使用像普通電話一樣，維護和管理更加方便，不需專業知識，更貼近用戶。但它的使用也具有一定局限性，特別是當用戶數比較多時，由于電話輸入阻抗的限制，使得并機數有一定的限制，一般不超過5部。集團電話是每線單獨饋電，工作類似于PBX，所以可同時使用幾十部電話。多線電話使用中，多部話機并機是一種常用的操作。現在多線話機在多個用戶使用時，話機之間的通信多采用載波方式，即通過線路載波傳輸信令控制各話機的工作。這使得話機要單獨設計一高頻載波電路，增加了成本，降低了話機的可靠性和抗干擾能力。本文介紹采用Philips基于DSP的PCD600x CPU完成的多線電話設計，在并機操作時通過數字IOM通道和I2C總線傳輸語音和信令，從而簡化電路結構，降低成本，提高工作的可靠性和抗干擾能力。
2 Philips PCD600X簡介
①PCD6001/2/3是Philips公司開發的數字電話應答機芯片，80引腳封裝，在一個低成本的芯片中集成了數字應答機和電話所有的管理和過程處理功能：
*靈活的人機接口；
*帶32KB ROM的標準80C51 CPU核；
*34個用于外圍控制的通用I/O引腳；
*I2C總線接口；
*2個16bit CODECs；
*DSP（Digital Speech Processor）語音壓縮2.6Kbit/s、3.2Kbit/s、5.2Kbit/s；
*嵌入DTMF檢測、呼叫進程檢測等；
*Caller ID FSK和CAS（Caller Alerting Signal）檢測；
*IOM接口與ISDN和DECT直接相連。
圖1為PCD600x功能框圖。
其中CODECs和IOM接口由DSP控制，I2C總線接口由80C51核控制，嵌入的80C51 CPU通過SPR（特殊功能寄存器）控制芯片工作；具有DSP、時間或RTC（實時時鐘）、定時器0、定時器1和I2C部線等中斷工作方式。
②DSP與80C51 CPU的接口（DMI）主要完成以下功能：
*DSP與80C51 CPU之間傳輸壓縮的語音數據；
*通過微控制器API設置DSP工作參數；
*傳送DSP事件（Caller ID、鈴檢測、呼叫進程等）給微控制器。
它們之間的通信通過6個SFR和4個DSP I/O寄存器完成。
③串行的I2C總線是一種簡單的雙向2線總線，用于內部IC的數據交換。I2C總線包含1條數據線和1條時鐘線，具有主發送、主接收、從發送和從接收4種作方式；通過4個特殊功能寄存器S1CON（控制工作方式）、S1STA（狀態寄存器）、S1DAT（數據轉移寄存器）和S1ADR（從地址寄存器）工作。
④PCD600x的IOM是一個4線接口，具有以下功能；
*2個64Kbit/s數字PCM通道，位速率可調n×256Kbit/s（n=1,2,3,4或8），符合IOM-2標準（SIEMENS）；
*每幀32時隙的數字接口，幀頻為8KHz；
*自動從DSP I/O寄存器存取數據；
*字節或字操作。
PCD600x的IOM可工作于主方式或從方式。由SFR ALTR控制。復位后IOM處于從方式。數據為8位（A率PCM編碼）或16位（PCM編碼），16位時占用2個時隙。
3 PCD600x完成的多線電話設計
圖2是一個具有Caller ID功能的2線電話框圖。
該多線電話具有以下功能（除普通電話和答錄機功能外）：
*線路1免提全雙工，2線半雙工；
*所有的2條線同時具有CID1和2；
*通過Flash/EEPROM完成CID和電話簿功能；
*免提時的3方會議電話功能；
*可通過話機連接外線。
可見，由于在內部通過DSP和CODEC使語音編碼為PCM碼流傳輸，在單一話機上大大拓展了電話機的功能。在設計上由于大部分功能均在PCD600x內部完成。通過API對標準的微控制器80C51編程即可控制其工作，使得設計和調試非常容易，本身CPU也提供DEBUG接口。
以下介紹內部并機通過IOM數字通道和I2C總線的互聯。
以2線電話為例，如圖3所示。
IOM通道：每通道64Kbit/s，fsc=8kHz，位速率2.048Mbit/s，PCM碼流，傳輸語音信號。因為共有32個時隙，即32個64Kbit/s語音通道，主機1雙線電話占用2個64Kbit/s通道（2個時隙），其它從機占用1個64Kbit/s語音通道（1個時隙），所以可最多并機30部（實際設計最多并機為16部）。如需開設會議電話功能或三線、四線電話，則最大并機數相應減少。
采用這種方式工作具有以下優點：
*只有1部主機接外線，接口阻抗易滿足要求；
*如果用模塊化設計，從機可只采用1個CPU，節約成本；
*語音數據為標準的64Kbit/s PCM碼流，易與其它設備連接，如ISDN等，拓展使用范圍；
*采用此種方式在小型辦公室組網比集團電話更容易、方便，成本低。
4 工作流程
每部電話相連的外總線共有6條線：2根為I2C總線，傳送控制指令；4根為IOM通道，傳送語音和同步信號。I2C總線傳送的控制信號不但完成所有ISDN D通道的功能，同時完成各并聯電話間轉接等控制功能。因為外線只接在1部話機上，此話機設為主，其它話機設為從。設計每話機最多可接4條外線，且最多可同時并16部話機；I2C總線7位地址：高5位
（D7D6D5D4D3）代表話機，D2D1位代表每部話機內部線。電話設計根據對應的外線端口確定D2D1位的地址，如第1條外線為D2D1=00，第2條外線D2D1=01。每部話機的地址由鍵盤設定，設第1部話機為D7-D3=0001，第2部話機為D7-D3=00010，即內部話機號碼與I2C總線從地址對應。這樣，內部傳輸控制信號時呼叫某部分機即是對相應的從地址通信。以在第2條外線來電話，第3部分機摘機應答為例說明工作流程，如圖4所示。
接外線的第1部話機設為主。
應該說，所有的內部通信控制功能均由I2C總線完成，使得多部話機的并機控制非常容易。
5 結論
本設計充分利用了PCD600XIC總線和IOM通道的功能，使得多線（單線）電話并機易控制；具有電話設計容易（Philips公司提供開發軟件包）、開發速度快、電話功能強，并且易于應用于小型辦公室和家庭中并機組網代替集團電話，節約經費，使得用戶管理、維護和操作簡便，具有良好的市場前景。在實際電路設計上，考慮到并機電話距離較遠，一般為幾址m，I2C總線和IOM通道均需加驅動電路和隔離電路。
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