简述交换机的基本原理

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简述交换机的基本原理范文第1篇

关键词:双音多频(DTMF) sin函数计算 SPCE061A MATLAB仿真

在全世界范围内,双音多频DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信令逐渐使用在按键式电话机上,因其提供更高的拨号速率,迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信号。近年来,DTMF也应用在交互式控制中,如语言菜单、语言邮件、来电显示、电话银行和ATM终端等。在芯片内部没有内置DTMF产生器时,用普通D/A甚至于用4~5个普通I/O口和简单的电阻网络来模拟D/A实现DTMF信号的产生,将扩大DTMF在工程中的应用,具有一定的应用价值。本文主要研究以上两种用软件产品 DTMF信号的方案。

DTMF信号由8个频率两两组合而成。这8个频率又分为低频群和高频群两组。低频群的4个频率依次为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz;高频群的4个频率依次为1209Hz、1336Hz、1477Hz、1336Hz。在通信领域应用中,DTMF主要用于电话机拨号信号和CID(Caller Identification,来电显示)信号的传送。在应用于电话机的拨号信号中,按照国家电信标准,其信号持续时间和间隔时间都不小于40ms,而频率偏差不大于±1.5%。

1 传统的可编程硬件DTMF发生器原理

传统的DTMF发生器芯片有Hotel公司的HT9200A/B、Mitel公司的MT8880等。部分MCU也内置了DTMF发生器,其DTMF信号产生原理可简述如下:

将振荡器产生的高频振荡信号分别送至两个计数器,当计数器达到预设的值时,产生一次反转信号输出,形成低频方波。其中计数器寄存器可用软件设置且有自动装载功能。通过这两个计数器可设置输出的两路方波频率。软件编写控制程序时,只须将对应频率的计数值写入控制寄存器便可自动产生所需的频率信号。

从以上两路输出的方波再进行信号正弦化处理和幅度控制,然后将两路信号同时送至信号混合器输出。这样,如果其中一路输出的方波频率接近DTMF低频群中的一个频率,而另一路接近DTMF高频群中的一个频率,从混合器输出的信号便是所需的DTMF信号了。

2 用D/A产生DTMF信号

DTMF软件产生器是基于两个用软件模拟的二阶数字在弦波振荡器,一个用于产生低频,一个用于产生高频。典型的DTMF信号频率范围是697Hz~1633Hz。选取8192Hz作为采样频率,即可满足Nyquist条件。系统中信号合成的函数方程为

Y(n)=a0+a1sin(2·Pi·f0·n/fs)+a2sin(2·Pi·f1·n/fs) (1)

式中:a0为直流分量;f0、f1分别为DTMF中的低频和高频;fs为采样频率,在此定为8192Hz;a1、a2分别为f0、f1的振幅;n为采样点数。

2.1 sin函数的计算

采样频率并不是DTMF的8个频率中各频率的整数倍,若采用查表法得到各采样点处理的D/A输出值,由于查表意味着输出值周期性的出现,则要求采样频率是输出频率的多个周期的整数倍。又由于输出数据表中需要包括多个周期,而且要逼近上述的整数倍,因此输出频率必须是采样频率整数倍的倍数。由此产生以下几个问题:

①多个周期的数据表较大(平均一个频率20字左右);

②数据表中各数值的计算烦杂;

③产生的信号频率存在频偏。

若采用计算sin函数的方法,以上问题都将迎刃而解。只是,如何计算sin函数呢?在传统的电子计算机系统中,处理浮点数比处理整数要复杂且占用CPU较多的时间;而在郑易里片机系统中,一般对程序运行的时间都有要求。因此,本文采用了定点小数近似表示浮点数的方法,再利用线性插值法计算各点处的正弦函数值。

定点小数的表示方法:将需要表示的小数空间乘上一个系数映射到整数所能所示的空间。本文使用16位的单片机SPCE061,其D/A的精度为10位,DAC输出寄存器为16位数据的高10位;sin函数的值域为[-1,+1],取整数域[0x0000,0x03ff]映射sin函数值中的[0,+1],取补数映射sin函数值中的负值,即可满足DTMF输出精度要求。要求将1映射为0x03ff,因此,当函数值为正时,应乘以0x03ff即1023,经取整后作为计算sin函数子程序的输出;当函数值为负时,只须将对应的正时的函数值取补便可得到。

计算sin函数时,将0~2π映射为整数域的[0x0000,0x4000],因此,可通过整数域的第13和12位获得象限信息。查表时只计算第一象限[0, π/2]的正弦值,其它象限的函数仁政由三角函数公式计算得到。第一象限sin函数的计算:0~π/2被映射到整数域的[0x0000,0x1000],将其分为16等分,将分割点上的函数值建立数据表,即将0、0x0100、0x0200等17个点处对应的正弦值列表,若弧度值x介于两分割点x1与x2之间,则通过查表获得sin(x1)与sin(x2),则有:

sin(x)=sin(x1)+[sin(x2)-sin(x1)](x2-x1)/256

其它象限可根据三角函数公式获得类似的计算公式。

2.2 DTMF信号的软件合成

由于在DTMF的传输过程中,高频在线路中的传输损耗比低频高,为了保证信号到达交换机时高、低频信号电平基本相当,在DTMF信号产生器中,标准规定频率组合中高频分量电平应比低频分量电平高2±1dB。在DTMF硬件产生器中,这一处理是在高、低频信号混合器之间的低频通道中加适当的衰减电路完成的;而在用D/A产生DTMF信号的过程中,高、低频信号的混合也是由软件完成的。因此,必须在高、低频信号的产生过程中就考虑使低频信号的振幅略低于高频信号,这样才能从输出的信号中获得所需的电平差。由2.1中所描述的sin函数计算得的函数值,为实际函数值的1023倍。式(1)中,取y(n)的电压范围为0~5V,直流分量a0为2V;令高频信号的电平为Sh,低频信号的电平为S1,单位为dBm,则有

Sh=-20lg(Vh/V0) S1=-20lg(V1/V0) 1

取Vh/V1=6/5,则Sh-S1≈1.6dB,即取a1为5,a2为6,即可得到高、低频的电平差为1.6dB的信号。将y(n)映射为SPCE061的D/A输出值[0x0000,0xffc0],则DAC的输出为(0xffc0/5)·y(n),公式如下:

设 A=1023sin(2·Pi·f0·n/fs)

B=1023sin(2·f1·n/fs)(n=0,1,2…)

DAC(n)=(0xffc0/5) ·y(n)=

简述交换机的基本原理范文第2篇

毕业论文答辩自述稿范文

尊敬的各位老师：

下午好！

我是通信工程专业14级秋季班的郭胜强，学号1409421031001，这篇论文是在我的指导老师李彦菲副教授及南广学院何光威副教授的悉心指点下完成的，论文的选题是经该论文选题是经李老师审核通过并给我提出此文的写作基调和原则，何老师在我撰写论文的过程中付出了大量心血，本文经过一二三稿并最终定稿，这期间何老师对我的论文进行了详细的修改和指正，并给予我许多宝贵的建议和意见，给予了我极大的帮助。在专业知识水平上，二位老师敢于尝试、锲而不舍、推陈出新的的精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，在此我谨向李老师、何老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。不管今天答辩的结果如何，我都会由衷的感谢二位老师的帮助和指导，感谢各位评委老师的批评指正。

下面我将这篇论文的毕业论文选题的目的、意义、写作内容、成果、结论、存在的不足向各位老师作简要的陈述。

首先，我想谈谈为什么选这个题目及这篇文章的目的和意义。

我当时之所以选择《基于FPGA的数字音频信号源设计实现》这个题目是因在日常遇到的问题中有很多需要进行声音处理，所以选用FPGA器件实现音频信

号源处理的方案，即对声音信号进行了采集、处理、传输存储和还音回放工作以及如何在噪声环境中如何能有效地地把需要的语音信号提取出来，消除或者衰减噪声，从而显著提高数字音频信号源的质量方面的工作。另对系统如何进行声音信号采集、声音信号模数转换、编码、压缩、声音信号滤波、音频信号输出、传输、还音等工作进行了探讨。

其次，我想谈谈这篇文章的结构和主要内容。

我的论文主要分为以下5个部分：

第一部分主要音频采集、数据处理部分基本原理

首先使用话筒把收集到的语言信号作为输入信号，然后将收集到的音频信号转换为连续的电信号，耳机播放的声音是由经过滤波后转换的模拟音频信号；LM4550(AC-972.1)芯片将输入的模拟音频信号经过采样、量化、编码转换为数字音频信号；FPGA中的AC-97模块用来发送及接收256bit的串行数据流，具有I/O的18位立体声PCM数据端口；AC-97Commands的命令则是用来执行初始化命令和设置放大器增益等；FPGA通过配置接口编写Verilog程序来控制LM4550(AC-972.1)芯片的正常工作；FPGA和LM4550(AC-972.1)芯片通过数据传输接口实现音频信号编码后的的发送与接收；FIR滤波器将LM4550传输来的数字化音频数据处理后，经过数据传输接口传送到LM4550(AC-972.1)芯片的模数转换后，其模拟信号由耳机线路输出。

第二部分数据传输部分，本设计的数据传输部分拟采用以太网传输，具体来说使用3类双绞线的l0BASE-T方式，在上一节中提到的通过帧结构封装，多路时分复用后的数据流转换成串行数据后，通过以太网芯片，对数据流进行IP包的封装，封装好的IP包，通过RJ45的接口，经华为QuidwayS2700series交换机，再通过RJ45的接口按照协议传送到服务器，并将数据流信息存储到服务器上。

第三部分是还音部分

还音是整个音频系统的最后一个环节[6]，还音的过程是这样的，通过网络将服务器中的数据流信息传送过来，由于先前对多路音频进行了时分复用，所以在此首先对数据流信息进行解复用，解复用后，生成多路音频数据流，将每一路音频数据流进行帧结构解析，去除帧头，帧尾，通道号，时间同步信号信息，纠错码信息，同时将时间同步信号信息和通道号信息提取出来，这样就解析出来带有通道的多路音频数字信号，这些信号之间的延迟信息通过时间同步信号信息来体现，然后将每一通道的音频数据信息进行归一化处理，形成可以播放的wav文件，根据通道号和时间同步信号信息通过不同的扬声器播放出来，到此，就完成了还音的过程。

第四部分主要是各模块的设计

（一）音频采集、处理硬件平台的实现（二）传输部分平台的实现（三）还音部分平台的实现

第五部分主要是系统的综合测试和整体实现（一）采集、处理部分的整体实现

（二）系统功能验证和效果分析及硬件实物验证（三）传输存储和还音部分综合测试和整体实现

我的论文结论是：本课题研究了基于FPGA的数字音频源设计实现，并利用FPGA设计了对声音信号进行了采集、处理、回放以及如何在噪声环境中如何能有效地地把需要的语音信号提取出来，消除或者衰减噪声。同时进行了传输存储和还音重放的设计工作，

系统在设计过程中以Xilinx公司Spartan-6系列XC6SLX45芯片为核心芯片，通过XC6SLX45芯片控制LM4550将麦克风采集到的语音信号实时的处理转换为数字信号，并将数据传给主控制芯片XC6SLX45，对数字音频信号进行滤波处理，滤除非有用信号。利用FPGA(FieldProgrammableGateArray，可编程门阵列)可反复编程、擦除、使用的特点成功的解决了语音滤波器可重构的特点。本文中基于FPGA的音频采集系统中的滤波器的设计实现了结构灵活、实时性好、通用性强、占用资源少、运行速率高等优点。

本文对系统如何进行声音信号采集、声音信号模数转换、编码、压缩、声音信号滤波、音频信号输出、传输、还音等工作进行了探讨。本论文主要完成工作如下：

1.实现了音频的采集，信号稳定。

2.对音频信号的处理完成了简单的同步处理，3.对音频信号采用时分复用方法进行数据处理。4.完成了对信号的测试。

5.接收的音频数据能够通过软件解析接出来。

6.本系统把从话筒收集到的语音信号进行实时处理转换为数字信号，并将数据传给主控制FPGA芯片XC6SLX45，然后对数字音频信号进行滤波处理，通过设计数字滤波器来处理噪声信号，消除或者衰减噪声。

7.借助MATLAB软件来设计FIR数字滤波器，使用FDATooI工具箱设计滤波器的系数。利用MATLAB/Simulink建模及算法级仿真，验证了设计滤波器的可行性。

8.采用时下比较流行的SystemGenerator设计FPGA的方式，构建了音频采集系统中的滤波器的硬件模型。完成了采集模块、时钟控制模块、按键防抖动模块、滤波系统模块的设计与仿真，并在ISE软件中进行了综合，验证了软件设计的可行性。

最后，我想谈谈这篇文章存在的不足。本文设计把首先对模拟音频信号进行量化采集，其次量化音频信号通过FPGA数据处理，是否通过FIR数字滤波器输出，然后通过异步串口输出存储，最终通过软件解码，对音频量化信号归一化处理，将声音回放出来。整个过程已经实现。但是还存在一些问题，需要进一步的改进和加强。

1.数据存储方面有新的改进2.获取更高精度的音频数据。