解碼8位PCM采樣要比編碼容易得多,因?yàn)闊o需對(duì)信號(hào)進(jìn)行再抽樣。經(jīng)過適當(dāng)?shù)腜CM編碼規(guī)則處理后,得到一個(gè)8位、帶符號(hào)的幅度值。以這個(gè)數(shù)值為索引,檢索相應(yīng)的PCM表格(同時(shí)考慮符號(hào)),得到一個(gè)16位、帶符號(hào)的數(shù)值,可直接送給DAC。
為本項(xiàng)目選擇的轉(zhuǎn)換器是MAX5722雙通道DAC。這是一款12位DAC,采用低成本8引腳µMAX封裝。和大多數(shù)DAC一樣,MAX5722需要一個(gè)外部基準(zhǔn)電壓源。正好,MAXQ3120上的1.25V帶隙基準(zhǔn)源適用于此目的。
MAX5722是一款串行DAC,這就意味著微控制器必須以串行方式和DAC通信。DAC接口是同步的,因此無需連續(xù)為其提供時(shí)鐘 - 只有當(dāng)片選為低時(shí)才需要提供時(shí)鐘給它。因此可以利用微控制器的通用I/O組成一個(gè)3線接口與其通信。
在本設(shè)計(jì)中,注意到ADC通道的輸入范圍為-1.0V至+1.0V,而DAC輸出通道的范圍為0.0V至+1.25V。在一個(gè)真正的電信應(yīng)用中,例如線卡,這樣的信號(hào)電平很可能還需要轉(zhuǎn)換為其他模擬電平(例如,電信網(wǎng)絡(luò)中通常能遇到的最大電平為0dBm,即對(duì)600阻抗輸出1mW)。如果在你的應(yīng)用中必須保持輸入、輸出電平相等,請(qǐng)參考MAX5722數(shù)據(jù)資料中關(guān)于產(chǎn)生雙極性輸出的詳細(xì)說明。
PCM總線
現(xiàn)在,我們已經(jīng)知道了如何將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓縮的PCM碼,或者反之,余下的就一個(gè)問題了：與PCM總線的連接。
大多數(shù)情況下,與PCM干線的連接涉及一條四線總線的連接：一條發(fā)送數(shù)據(jù)線(終端發(fā)送其數(shù)據(jù)到這條線);一條接收數(shù)據(jù)線(中繼設(shè)備發(fā)送其數(shù)據(jù)到這條線,終端從中取回?cái)?shù)據(jù));一條幀同步線(每個(gè)終端獨(dú)占一條,其上脈沖指示何時(shí)總線上載有用于該終端的數(shù)據(jù));以及一條位時(shí)鐘線。我們的CODEC旨在用于終端設(shè)備,它接收位時(shí)鐘和幀脈沖,從接收數(shù)據(jù)線接收數(shù)據(jù),向發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)。
在T1系統(tǒng)中,時(shí)鐘工作于1.544MHz。這就意味著當(dāng)一個(gè)幀脈沖到來時(shí)我們必須非�？斓仨憫�(yīng)(幾個(gè)時(shí)鐘脈沖內(nèi)),一位所占時(shí)間略大于625ns,或五個(gè)指令周期。由于這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)小于通常的中斷響應(yīng)時(shí)間(考慮現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和其他中斷響應(yīng)時(shí)的開銷),簡(jiǎn)單地以中斷方式響應(yīng)幀脈沖信號(hào)速度不夠 - 必須考慮其他方案。
我們的方案是,采用MAXQ3120三個(gè)定時(shí)器中的一個(gè),超前預(yù)期的幀脈沖到達(dá)時(shí)間幾個(gè)微秒中斷處理器。當(dāng)幀脈沖到來時(shí),處理器已被中斷,并完成現(xiàn)場(chǎng)保護(hù),已準(zhǔn)備好投入每個(gè)時(shí)鐘周期來執(zhí)行PCM總線任務(wù)。其工作如下：設(shè)置定時(shí)器溢出間隔為110µs。在每一幀所有數(shù)據(jù)位被移出,幀事件處理完畢后啟動(dòng)定時(shí)器。以T1系統(tǒng)為例,在10.4µs要移出兩個(gè)采樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)定時(shí)器中斷處理器后,軟件立即開始監(jiān)視幀脈沖的前沿。這是系統(tǒng)唯一的中斷。所有其它事務(wù)都工作于查詢方式,且要等待最重要的任務(wù)(通過總線收發(fā)PCM數(shù)據(jù))完成后方能著手處理。
幀脈沖到來時(shí)處理器會(huì)非常忙碌。它需要移位發(fā)送緩沖器并將要輸出的位寫到合適的端口;接著在五個(gè)周期內(nèi)讀取一個(gè)輸入位并移位接收緩沖器。MAXQ3120能夠非常精確地在5個(gè)周期內(nèi)完成這些任務(wù)。
你或許已注意到,這里的討論只聚焦于T1總線,那E1的情況又如何呢？工作于2.048MHz的E1系統(tǒng)每一位的時(shí)間只略大于488ns - 少于四個(gè)指令周期。因此,E1 PCM總線的管理有賴于外部硬件。例如一片廉價(jià)的、由位時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的移位寄存器,就可將處理器從苛刻的位級(jí)定時(shí)解放出來。
額外功能
我們的CODEC完成了。然而,專用CODEC已非常廉價(jià)且供應(yīng)充足,因此,除非有特別動(dòng)機(jī),否則,用微控制器搭建CODEC將無任何意義。以下是一些可能促使設(shè)計(jì)者考慮該系統(tǒng)的想法：
前置濾波 當(dāng)信號(hào)還是線性PCM格式時(shí),我們有非常好的機(jī)會(huì)來對(duì)其進(jìn)行均衡、動(dòng)態(tài)范圍壓縮、噪聲抑制或大量其他類型的信號(hào)操作。雖然MAXQ3120并非傳統(tǒng)意義上的DSP,憑借該處理器的能力,還是能夠輕松應(yīng)付這些功能的。
帶內(nèi)信令提取 在線性PCM碼流中探測(cè)帶內(nèi)音的高效、簡(jiǎn)單算法很容易找到�？梢詫⑦@些算法拓展為探測(cè)DTMF數(shù)字信號(hào),并用它們實(shí)現(xiàn)一些特定的性能和功能。利用該算法精密監(jiān)聽撥號(hào)音(北美為350Hz + 440Hz)、振鈴(440Hz + 480Hz)和忙音(480Hz + 620Hz),我們還可以知道一次通話的進(jìn)程情況。
會(huì)議電話橋分器 可以非常簡(jiǎn)單地對(duì)通道1接收的音頻信號(hào)進(jìn)行混合,并將其與通道2發(fā)送的音頻相組合,反之亦然。通過這種操作,你實(shí)際上等效于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)兩通道的數(shù)字會(huì)議電話橋分器。由于是數(shù)字橋,話音質(zhì)量沒有損失。如果希望橋接兩個(gè)以上通道,只需簡(jiǎn)單地增加更多MAXQ3120器件。
結(jié)語(yǔ)
雖然MAXQ3120并不是專為電信類應(yīng)用設(shè)計(jì),其片上精密ADC和DSP功能卻為設(shè)計(jì)者帶來了廣闊的機(jī)會(huì),很容易用它們實(shí)現(xiàn)用戶化的硬件和軟件方案。各種各樣唾手可得的開發(fā)工具簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)任務(wù)。
