电话通信系统中信号音的产生及其实现

1合肥学院课程设计报告题目：_电话通信系统中信号音的产生与实现系别：__电子信息与电气工程系__专业：___通信工程__________班级：___________2013年12月09日2《现代通信技术课程设计》课程设计任务书论文题目电话通信系统中信号音的产生及其实现设计类型工程应用导师姓名主要内容及目标通过FPGA可编程器件近似的产生出4种信号音，要求：拨号音：（Dialtone）连续发送的500Hz信号；回铃音：（Echotone）1秒送，4秒断的5秒断续的500Hz信号；忙音：（busytone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号；通知音：0.2秒送，0.2秒断，0.2秒送，0.6秒断的1.2秒不等间隔断续的500Hz信号；结合所学电路知识和FPGA可编程器件知识，完成电路的设计、仿真、调试，实现课题的功能要求。具有的设计条件根据设计要求提供相关的试验环境：1、设备示波器GW-48实验开发平台；2、软件Quartuers计划学生数及任务计划学生数3人，每个学生对课题进行方案设计并进行理论论证，经研讨后将定型方案予以电路实现，1人主要进行系统硬件设计；1人主要进行系统软件设计；1人主要进行电路调试和数据分析计划设计进程1、从接题开始收集相关资料、分析案例电路，准备设计2、第1周明确设计任务，画出设计框图，制定设计方案，写出开题报告3、第2周按要求调试电路，完成课题要求，同时编写设计报告。参考文献[1]叶敏.程控数字交换与交换网(第二版).北京:北京邮电大学出版社.2003[2]宋福昌.《程控交换》,北京邮电大学出版社，2006.[3]郑少仁等.《现代交换原理与技术》,电子工业出版社,2006.[4]潘松.《EDA技术实用教程(第二版)》.北京:科学出版社．2006.73电话通信系统中信号音的产生及其实现摘要：随着社会的飞速发展，人与人之间的交流日益密切，电话通信系统运用日趋广泛，每时每刻都充满了我们的生活，给我们的生活提供了方便，带来了不一样的体验和色彩。在电话通信系统中，各种不同的信号音对我们的通信状态，有很大的提示和指引作用。本设计中我们通过运用所学的FPGA的相关知识，基于VHDL语言进行编程，借助Quartus软件和GW-48实验开发平台设计实现拨号音，回铃音、忙音、通知音，这四种不同的信号音，并进行验证。关键词：信号音；VHDL语言；FPGA；Quartus2；实现；正文：一、设计目的1．掌握CPLD可编程器件的编程和下载方法。2．熟悉用CPLD可编程器件产生程控交换中信令信号的方法。3.从设计中掌握一些基本技巧，提高自己动手能力和发现问题解决问题的能力。4.通过设计完成一个小项目，培养团队合作能力，并检验我们四年来所学的专业知识。二、设计要求利用可编程器件CPLD对系统的全局时钟信号进行分频，产生程控交换系统中电话交换的4种信号音：拨号音：连续发送的500Hz信号。回铃音：1秒通，4秒断的5秒断续的500Hz信号。忙音：0.35秒通，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号。振铃信号(铃流)：以0.2秒通，0.2秒断,以0.2秒通，0.6秒断的1.2秒断续方式发送。通过软件编程及仿真，正确实现以上四种信号音的发生，最终下载，并用示波器观察波形，和拨数字键调出不同信号音听扬声器发出声音是否正确来验证程序及产生信号音的正确性。4三、设计原理设计中我们用到的开发系统主频为50MHz，因设计要求产生500Hz及25Hz的信号音，故我们首先考虑把50MHz的主频进行分频。那么首先我们将50MHz的主频信号分频为500Hz，再将信号再次分频为25Hz。至此我们就可以容易地得到连续发送的500Hz的拨号音信号。那么要得到1s通4s断的5s断续的500Hz回铃音，首先我们要产生一个1s通4s断的矩形波，再将产生的信号与500Hz方波信号进行相与运算，那么得到的信号就是1s通4s断的5s断续的500Hz信号了。同理，要产生0.35s通，0.35s断的0.7s断续的500Hz忙音信号，就要首先产生一个0.35s通，0.35s断的方波信号，将之与500Hz方波信号相与就能实现；要产生1s通，4s断的5s断续方式发送的振铃音信号，那么首先需要将已产生的500Hz方波信号分频成10Hz，再将其与0.2s通，0.2s断,0.2s通，0.6s断的矩形波进行与运算，这样就能产生所需要的振铃音了。总而言之，此设计的要点就是如何把主频50MHz分频为500Hz，20Hz，10Hz，1Hz的方波及1s通，4s断的矩形波。只要将以上不同频率不同占空比的方波从主频分频产生，那么这个设计就能成功地实现。四、程序设计与调试有了设计方案，那么我们利用QuartusII这个软件设计平台，对设计方案进行程序设计，首先我们要产生一个500Hz的方波信号，因开发板的主频为50MHz，根据计算我们需对开发板主频进行100000分频，那么我们就可以得到500Hz方波了，再对所得方波进行25分频就很容得到20Hz的方波，再对500Hz方波进行50分频得到10Hz的方波，并对500Hz方波进行500分频得到1Hz的方波，再对所得1Hz信号进行计数翻转，便能得到1s通4s断的断续信号，对所得10Hz信号进行计数翻转，便能得到0.2秒送，0.2秒断，0.2秒送，0.6秒断的1.2秒不等间隔断续的信号，对所得20Hz信号进行计数翻转，便能得到0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的信号，至此所有所需信号都已产生，再将对应信号相与并赋给相应输出信号，那么我们就可以从示波器上观察到设计要求中的45个信号音了。程序设计如下：1、分频程序：PROCESS(CLK)--500HZ(50MHZ主频分频为500HZ）VARIABLECOUNT1:INTEGERRANGE0TO99999:=0;BEGINIFRISING_EDGE(CLK)THENIFCOUNT1=99999THENCLK500HZ='1';COUNT1:=0;ELSIFCOUNT150000THENCLK500HZ='0';COUNT1:=COUNT1+1;ELSIFCOUNT199999THENCLK500HZ='1';COUNT1:=COUNT1+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK500HZ)--20HZ（500HZ继续分频为20HZ）VARIABLECOUNT2:INTEGERRANGE0TO24:=0;BEGINIFRISING_EDGE(CLK500HZ)THENIFCOUNT2=24THENCLK20HZ='1';COUNT2:=0;ELSIFCOUNT213THENCLK20HZ='0';COUNT2:=COUNT2+1;ELSIFCOUNT224THENCLK20HZ='1';COUNT2:=COUNT2+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK500HZ)--10HZ（500HZ继续分频为10HZ）VARIABLECOUNT3:INTEGERRANGE0TO49:=0;BEGINIFRISING_EDGE(CLK500HZ)THENIFCOUNT3=49THENCLK10HZ='1';COUNT3:=0;ELSIFCOUNT325THENCLK10HZ='0';COUNT3:=COUNT3+1;ELSIFCOUNT349THENCLK10HZ='1';COUNT3:=COUNT3+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK500HZ)--1HZ（500HZ继续分频为1HZ）VARIABLECOUNT4:INTEGERRANGE0TO499:=0;BEGINIFRISING_EDGE(CLK500HZ)THENIFCOUNT4=499THENCLK1HZ='1';COUNT4:=0;ELSIFCOUNT4250THENCLK1HZ='0';COUNT4:=COUNT4+1;6ELSIFCOUNT4499THENCLK1HZ='1';COUNT4:=COUNT4+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;2、功能实现程序：PROCESS(CLK1HZ)--回铃音：（Echotone）1秒送，4秒断的5秒断续的信号；BEGINIFRISING_EDGE(CLK1HZ)THENIFCNT=4THENCC='0';CNT=0;ELSIFCNT1THENCC='1';CNT=CNT+1;ELSIFCNT4THENCC='0';CNT=CNT+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK10HZ)--通知音：0.2秒送，0.2秒断，0.2秒送，0.6秒断的1.2秒不等间隔断续的信号；BEGINIFRISING_EDGE(CLK10HZ)THENIFCNT1=11THENCC1='0';CNT1=0;ELSIFCNT12THENCC1='1';CNT1=CNT1+1;ELSIFCNT14THENCC1='0';CNT1=CNT1+1;ELSIFCNT16THENCC1='1';CNT1=CNT1+1;ELSIFCNT111THENCC1='0';CNT1=CNT1+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK20HZ)--忙音：（busytone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的信号；BEGINIFRISING_EDGE(CLK20HZ)THENIFCNT2=13THENCC2='0';CNT2=0;ELSIFCNT27THENCC2='1';CNT2=CNT2+1;ELSIFCNT213THENCC2='0';CNT2=CNT2+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;五、载入实验平台验证我们组通过讨论得出两种方法验证信号音产生的正确性。分别是示波器观测7各点的波形和测试频率的方式，以及通过拨数字键调出不同信号音听扬声器发出声音验证。1.示波器验证将以上程序下载到开发板中，利用示波器测相应引脚上的波形，可以观察到如下所示的波形图：上图是500Hz的连续拨号音信号上图是1s通，4s断的5s断续的500Hz回铃音信号8上图是0.35s通，0.35s断的0.7s断续的500Hz忙音信号上图是0.2s通，0.2s断,0.2s通，0.6s断,1.2s断续的500Hz振铃音2.听声音直接验证我们借助GW-48实验开发平台和Quartuers软件实现。具体详细步骤如下：A．打开Quartuers软件B．为本项设计建立文件夹xinhaoyinC．建立工程D．编辑输入并存盘VHDL原文件E．选择用于编程的目标芯片（Ep1c6/12Q240）F．编译工程项目G．硬件测试9先进行引脚锁定a1---233，a2---234，a3---235，a4---236，clock0---28，w---174，打开实验台的电源再将编译好的程序载入目标器件，调到模式5进行验证。至此，此设计就完成了，所得4种信号音也正确地产生了。六、总结为期两个星期的交换原理课程设计结束了，在这两个星期中，我们成功地实现了基于CPLD的交换系统中信号音的发生。在此过程中，我们也遇到了一些问题，在接到这个实验题目的时候给我的感觉是小而空，平时熟悉的东西，让我们编程并实现，还是有很大的困难的。开始我们组员都有点茫然不知道从哪下手，更别说是分工去协同完成了。在此，总结如下：1、在编程调试过程中，发现所编程序在编译过程中出错，软件提示为：can'tdeterminedefinitionofoperator+--found0possibledefinitions，后面经过认真检查及查询资料得知程序中缺少了库文件，加上USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL在进行编译就通过了，这是对符号进行定义的一个库文件，缺少了它呢么“+”就无法定义了。2、在V