课程设计总结报告模板

东北林业大学检测与转换课程设计总结报告小三号黑体小三号楷体设计项目：基于Fusion单芯片的电话录音系统的设计项目完成人：张小海、赵大海、王晓明指导教师：王明教授学院：信息与计算机工程学院专业：电子信息工程2007级1班年月日二号黑体居中字号：初号，黑体居中小三号黑体，本页最后一行指导教师一栏填写指导教师姓名、职称距上约5cm间距约3cm间距约6cm基于Fusion单芯片的电话录音系统的设计摘要本设计主要研究一种基于数字通信的电话录音系统的设计方案。目前在国内已有现成的USB电话录音盒的产品，技术已经相当成熟，它是专门为小公司而设计开发的，具有经济、稳定、高效的特点。USB接口安装安装方便，即插即用，不需要其他配件就可以对电话进行录音。但是采用的都是专用解码芯片，为了提高运用PFGA的能力，本设计采用FPGA进行FSK来电显示解码，语音采集以及进行核心控制，实现单芯片系统的设计。电话录音系统主要由上位机和下位机两部分组成。下位机由Actel公司的Fusion系列FPGA实现，主要负责来电号码识别，去电号码识别以及语音采样。来电的号码识别通过FPGA对FSK信号进行解码来完成，去电号码识别通过专用DTMF解码芯片MT8870完成，语音采样则由FPGA内部集成的ADC完成。上位机由VC6.0编写，程序用ODBC（开放数据库互连）连接了Excel作为数据库。通话的号码、时间、类型等信息都会被存储到数据库当中，通话的语音则以WAV文件的形式保存。上位机与下位机通过RS232接口通信。本系统完成的功能是在有来电时，上位机软件能够从最小托盘处弹出，并显示来电号码，若此号码在数据库中有对应的联系人，将显示此联系人的姓名。若摘机，软件同样会自动弹出，显示去电号码，若有对应联系人，将显示姓名。并将所有通话记录以及通话语音进行存储，便于用户查询。关键词：Fusion；FPGA；来电显示；FSK解码；DTMF摘要前必须有题目，小二黑体，居中放置三号黑体小四宋体加黑小四宋体，中文摘要字数400左右东北林业大学课程设计1基于Fusion单芯片的电话录音系统的设计1绪论1.1课题研究的背景和意义来电显示，是近年来电信部门推出的一种新的业务:显示被叫方的电话号码和呼叫时间等信息。来电显示电话机和来电显示器产品应用已十分广泛，其技术也相当成熟。但传统的来电显示信息电话仅将数据显示在自身的话机内，无法将数据提供给计算机或其他设备。因此开发来电显示电话与计算机的接口和相关的数据采集系统是十分必要的，也是有实用价值的。来电显示助手通过送入电脑的来电显示，结合客户信息数据库，将传统的电话来电显示功能进行扩展，使得客户在来电时通过来电号码在客户数据中查询相关的信息，显示在电脑上，使得我们在第一时间获知客户端基本信息、业务发生情况，占据业务的先机，把握谈话的主动性，拉近员工与客户之间的距离、提升企业形象、提高工作效率。而电话录音功能又可以让员工对客户提出的问题以及我们当时提出的系统的设计进行进一步的记录，有助于我们总结问题，以便于员工对客户进行更好的服务。1.2本设计的主要要求1.2.1基本要求（1）解码FSK制式来电显示；（2）能记录语音信息；（3）使用FusionFPGA实现设计方案；1.2.2扩展功能要求（1）通过串口将来电号码送往PC并做记录；（2）通过串口将语音信息传到PC并做记录；（3）能记录去电号码及语音信息；小二号黑体居中放置。论文标题及第一层次题序距上下文空一行在论文正文前，应阐述本课题研究的目的、意义、对本研究国内外研究现状有针对性的简要综合评述和本论文所要解决的问题等。三号宋体。论文标题及第一层次题序距下文空一行.正文二级标题用小三号宋体字，与下文单倍行距小四宋体页面上边距2.5cm,下边距2cm，左边距2.5cm，右边距2cm，装订线位置选择左侧。东北林业大学课程设计22系统总体方案设计2.1系统方案实现系统主要由硬件和软件两大部分构成，其中硬件又由前端电路，FPGA以及隔离模块三大部分构成，其中前端电路将电话线上的信号进行并行处理并接入FPGA的内部进行进一步的处理，通过检测到的忙音信号，振铃信号，摘机信号进行判断当前状态并对通道选择模块进行控制，将FSK解码，DTMF解码以及AD采样中的某一路与串口隔离模块相连，最后通过串口隔离模块后与PC机相连。软件部分是由VC6.0编写的一个小型应用软件，具有良好的人机界面，便于使用。忙音检测振铃检测摘机检测FSK提取DTMF解码语音提取忙音检测核心控制FSK解码DTMF解码AD采样通道选择串口发送串口隔离RS232接口串口转USBUSB接口PC机前端电路FusionFPGA隔离模块忙音信号摘机信号振铃信号电话信号图2—1系统框图2.2下位机核心控制2.2.1器件选择由于本系统要对语音信号进行采样，因此我们选择了Actel公司的Fusion系列FPGA作为核心控制器，针对本系统该系列FPGA提供了以下特点：（1）片内集成了采样精度最高12位，采样频率最高600kps的ADC正文三级标题用四号宋体字页眉为：东北林业大学课程设计，字体设置为小五号宋体居中，页眉以通档横线与正文间隔东北林业大学课程设计3（2）片内集成了1.5V电压调整器，可以实现低功耗的睡眠模式（3）基于Flash架构，配置数据掉电不丢失基于以上的特点，我们选择了Fusion系列FPGA中AFS250来实现我们系统，不仅简化了外围电路的设计，同时还减小了PCB面积，有效实现了单芯片系统[1]。2.2.2控制方案选择下位机有两种控制方案可供选择，分别是使用状态机和使用MCU软核。状态机占用的资源较少，运行也很稳定，然而当需要实现复杂的通信协议时，状态机的设计会变得异常复杂，需要花费大量的时间和精力才能完成。MCU软核则正好相反，它可以运行常规的C程序，从而能够高效的处理人机界面和进行协议转发，然而为了获得强大的功能，软核通常需要以占用大量的逻辑资源为代价，在一些小型设计中显得得不偿失。本系统下位机的主要任务是对来电、去电信息进行解码并对语音信号进行采样，然后将这些数据上传给上位机，状态非常简单，其中并未涉及复杂的拆包、打包过程以及握手协议，因此我们使用了状态机来完成核心的控制。2.3来电号码识别2.3.1来电数据的格式目前我国的来电显示主要有复合数据格式和单数据格式两种，复消息数据格式如表2—1所示。表中值定义一栏的M、N、O表示该字节的值不确定，‘—’表示该串字节的值不确定[2]。表2—1复合数据格式字段位置功能描述值定义0复合数据格式标识字符80H1从该字节之后到BCC字节之间的数据长度M2呼叫时间消息类型标识01H3呼叫时间消息长度08H4~12以ASCLL码表示的呼叫时间—13主叫号码消息类型标识02H14主叫号码消息长度N15~15+N以ASCLL码表示的主叫号码ˉ15+N+1BCC校验字O单数据格式的标识字符为04H，相对于复合数据格式，它省去了呼叫时间消息长度和主叫号码消息长度两个参数，其它参数的定义与复合数据格式相同，在此不再赘述。2.3.2来电数据的传输制式电话交换机是通过FSK调制波将来电信息发送给电话终端的，具体的调制特性如下所示：（1）调制方式：BFSK（相位连续二进制移频键控）（2）逻辑1：1200Hz（3）逻辑0：2200Hz（4）传输速率：1200bps（5）数据传送方式：二进制异步串行方式在挂机状态时，电话线上是50V左右的直流电平，当有电话呼入时，会有峰峰值为90V的振铃信号叠加到50V的直流电平上。承载着来电信息的FSK调制波会在第一声振表例子：“表2-1复合数据格式”位于表的上方居中，五号宋体加黑，表格内中文用小五号宋体，英文或其文字用小五号TimesNewRoman字体。页脚为页码，页码格式为阿拉伯数字，字体设置为小五号TimesNewRoman字体居中东北林业大学课程设计4铃和第二声振铃之间发送给电话终端，具体波形如图2—2所示[3]。空闲时来电时通话时50V50V5V振铃信号FSK信号振铃信号振铃信号语音信号图2—2不同状态下的电话信号波形2.3.3来电数据的解调解码对于FSK调制波，有很多种成熟的解调方案，如使用模拟或数字滤波器，或使用锁相环，然而这些方案在具体实现时都比较复杂。在本系统中，考虑到来电数据的传输速率较慢而且是单位传输，同时数据传输速率与载波频率的对应关系也较为单一，因此我们没有用传统的解调方案，而是将FSK调制波整形成矩形波后直接送入了FPGA，然后由FPGA根据波形的特性进行0、1判断，完成解调过程。来电信息是用UART的方式以1200bps发送的，因此在数据解调完毕后几乎不需要额外的解码处理，解调模块可直接将输出通过RS232接口发送给上位机。2.4去电号码识别电话终端是以DTMF（双音多频）的方式将呼叫号码发送给电话交换机的，为了获知用户拨出的号码，下位机需要完成DTMF解码。DTMF解码过程中需要完成对多种频率的识别，并将这些频率的组合方式译码成有效的数据，这一过程的实现非常复杂，因此在本系统中我们选用了专用的解码芯片MT8870[4]。MT8870能将DTMF信号译为四位二进制码，表2—2是该芯片的译码表。其中Digit为实际的按键，TOE是输出使能信号，Q1-Q4为4位数字输出，每当解码芯片检测到有效载波时，就会进行解码，解码完成后Q4~Q1的值会立即被更新，同时STD输出一个高电平信号，下位机可以根据STD的状态判断是否有按键，当检测到有按键按下时，通过读取Q4~Q1的值即可获得按键代码，从而识别用户拨出的电话号码。坐标图例子：横纵坐标必须标注量、单位，坐标名置于图的下方居中，五号宋体加黑东北林业大学课程设计5表2—2MT8870译码表DigitTOEINHSTDQ4Q3Q2Q1ANYLXHZZZZ1HXH00012HXH00103HXH00114HXH01005HXH01016HXH01107HXH01118HXH10009HXH10010HXH1010*HXH1011#HXH1100AHLH1101BHLH1110CHLH1111DHLH0000AHHL没有检测到按键时Q4~Q1保持不变STD返回低电平BHHLCHHLDHHL2.5语音记录方式本系统的语音采集工作，由下位机通过FPGA内部集成的ADC完成，下位机采样到的语音数据通过RS232接口发送给上位机，然后由上位机保存成WAV格式。2.5.1WAV格式简介WAV格式是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，被Windows平台及其应用程序广泛支持。WAV格式支持许多压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，采用44.1kHz的采样频率，16位量化位数，因此WAV的音质与CD相差无几，但WAV格式对存储空间需求太大不便于交流和传播[5]。WAV来源于对声音模拟波形的采样。用不同的采样频率对声音的模拟波形进行采样可以得到一系列离散的采样点，以不同的量化位数（8位或16位）把这些采样点的值转换成二进制数，然后存入磁盘，这就产生了声音的WAV文件，即波形文件。该格式记录声音的波形，故只要采样率高、采样字节长、机器速度快，利用该格式记录的声音文件能够和原声基本一致，质量非常高，但这样做的代价就是文件太大。但电脑的存储空间很大，而且文件可以随时进行清理与删除，对于本设计文件大并不是问题，我们还可以进行进一步的改进，如将WAV文件进行压缩后再保存等。由于只需要对声音进行采样，即将模拟信号送入FPGA的内部进行A/D采样后再经串口传给计算机，并以WAV格式进行保存，以这种方式我们就能将语音信号保存并进行播放，因此语音记录方式采用的是WAV格式文件。东北林业大学课程设计62.5.2WAV文件头为了创建标准的WAV文件，上位机程序用结构体定义了一个WAV文件头，程序如下。typedefstruct{charRIFFID[4];DWORDFileSize;charWAVEfmt[8];DWORDsizeofPCM;WORDWAVE_FORMAT;WORDChanel;DWORDSa