用Philips PCD600x实现多线电话并机
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摘要：飞利浦公司开发的PCD600x数字电话应答机芯片内嵌80C51 CPU核、DSP及CODEC等通信功能芯片，具有功能强、成本低等特点。本文拓展了PCD600x的应用，特别是重点解决了多线电话互连的问题；通过IOM数据通道提供了低成本、高可靠性的解决方案。 关键词：PCD600x I2C总线 IOM 多线电话 PCM
1 概述
多线电话和普通电话相比更方便了人们的使用。特别在小型办公室领域，可能有若干条外线，通话业务由大家共同处理。传统的方式是采用集团电话，由中心主机管理话机，使得维护、管理和使用不便。多线电话直接互连是一种更方便、实用、经济的选择。人们可以只用1部电话机完成多部电话机的功能，减少了电话机的占用空间，功能多，操作容易，深受人们的青睐。多线电话的使用像普通电话一样，维护和管理更加方便，不需专业知识，更贴近用户。但它的使用也具有一定局限性，特别是当用户数比较多时，由于电话输入阻抗的限制，使得并机数有一定的限制，一般不超过5部。集团电话是每线单独馈电，工作类似于PBX，所以可同时使用几十部电话。多线电话使用中，多部话机并机是一种常用的操作。现在多线话机在多个用户使用时，话机之间的通信多采用载波方式，即通过线路载波传输信令控制各话机的工作。这使得话机要单独设计一高频载波电路，增加了成本，降低了话机的可靠性和抗干扰能力。本文介绍采用philips基于DSP的pcd600x CPU完成的多线电话设计，在并机操作时通过数字IOM通道和I2C总线传输语音和信令，从而简化电路结构，降低成本，提高工作的可靠性和抗干扰能力。
2 Philips PCD600X简介
①PCD6001/2/3是Philips公司开发的数字电话应答机芯片，80引脚封装，在一个低成本的芯片中集成了数字应答机和电话所有的管理和过程处理功能：
*灵活的人机接口；
*带32KB ROM的标准80C51 CPU核；
*34个用于控制的通用I/O引脚；
*I2C总线接口；
*2个16bit CODECs；
*DSP（Digital Speech Processor）语音压缩2.6Kbit/s、3.2Kbit/s、5.2Kbit/s；
*嵌入DTMF检测、呼叫进程检测等；
*Caller ID FSK和CAS（Caller Alerting Signal）检测；
*IOM接口与ISDN和DECT直接相连。
图1为PCD600x功能框图。
其中CODECs和IOM接口由DSP控制，I2C总线接口由80C51核控制，嵌入的80C51 CPU通过SPR（特殊功能寄存器）控制芯片工作；具有DSP、时间或RTC（实时时钟）、定时器0、定时器1和I2C部线等中断工作方式。
②DSP与80C51 CPU的接口（DMI）主要完成以下功能：
*DSP与80C51 CPU之间传输压缩的语音数据；
*通过微控制器API设置DSP工作参数；
*传送DSP事件（Caller ID、铃检测、呼叫进程等）给微控制器。
它们之间的通信通过6个SFR和4个DSP I/O寄存器完成。
③串行的I2C总线是一种简单的双向2线总线，用于内部IC的数据交换。I2C总线包含1条数据线和1条时钟线，具有主发送、主接收、从发送和从接收4种作方式；通过4个特殊功能寄存器S1CON（控制工作方式）、S1STA（状态寄存器）、S1DAT（数据转移寄存器）和S1ADR（从地址寄存器）工作。
④PCD600x的IOM是一个4线接口，具有以下功能；
*2个64Kbit/s数字PCM通道，位速率可调n×256Kbit/s（n=1,2,3,4或8），符合IOM-2标准（SIEMENS）；
*每帧32时隙的数字接口，帧频为8KHz；
*自动从DSP I/O寄存器存取数据；
*字节或字操作。
PCD600x的IOM可工作于主方式或从方式。由SFR ALTR控制。复位后IOM处于从方式。数据为8位（A率PCM编码）或16位（PCM编码），16位时占用2个时隙。
3 PCD600x完成的多线电话设计
图2是一个具有Caller ID功能的2线电话框图。
该多线电话具有以下功能（除普通电话和答录机功能外）：
*线路1免提全双工，2线半双工；
*所有的2条线同时具有CID1和2；
*通过Flash/EEPROM完成CID和电话簿功能；
*免提时的3方会议电话功能；
*可通过话机连接外线。
可见，由于在内部通过DSP和CODEC使语音编码为PCM码流传输，在单一话机上大大拓展了电话机的功能。在设计上由于大部分功能均在PCD600x内部完成。通过API对标准的微控制器80C51编程即可控制其工作，使得设计和调试非常容易，本身CPU也提供DEBUG接口。
以下介绍内部并机通过IOM数字通道和I2C总线的互联。
以2线电话为例，如图3所示。
IOM通道：每通道64Kbit/s，fsc=8kHz，位速率2.048Mbit/s，PCM码流，传输语音信号。因为共有32个时隙，即32个64Kbit/s语音通道，主机1双线电话占用2个64Kbit/s通道（2个时隙），其它从机占用1个64Kbit/s语音通道（1个时隙），所以可最多并机30部（实际设计最多并机为16部）。如需开设会议电话功能或三线、四线电话，则最大并机数相应减少。
采用这种方式工作具有以下优点：
*只有1部主机接外线，接口阻抗易满足要求；
*如果用模块化设计，从机可只采用1个CPU，节约成本；
*语音数据为标准的64Kbit/s PCM码流，易与其它设备连接，如ISDN等，拓展使用范围；
*采用此种方式在小型办公室组网比集团电话更容易、方便，成本低。
4 工作流程
每部电话相连的外总线共有6条线：2根为I2C总线，传送控制指令；4根为IOM通道，传送语音和同步信号。I2C总线传送的控制信号不但完成所有ISDN D通道的功能，同时完成各并联电话间转接等控制功能。因为外线只接在1部话机上，此话机设为主，其它话机设为从。设计每话机最多可接4条外线，且最多可同时并16部话机；I2C总线7位地址：高5位（D7D6D5D4D3）代表话机，D2D1位代表每部话机内部线。电话设计根据对应的外线端口确定D2D1位的地址，如第1条外线为D2D1=00，第2条外线D2D1=01。每部话机的地址由键盘设定，设第1部话机为D7-D3=0001，第2部话机为D7-D3=00010，即内部话机号码与I2C总线从地址对应。这样，内部传输控制信号时呼叫某部分机即是对相应的从地址通信。以在第2条外线来电话，第3部分机摘机应答为例说明工作流程，如图4所示。
接外线的第1部话机设为主。
应该说，所有的内部通信
控制功能均由I2C总线完成，使得多部话机的并机控制非常容易。5 结论
本设计充分利用了PCD600XIC总线和IOM通道的功能，使得多线（单线）电话并机易控制；具有电话设计容易（Philips公司提供开发软件包）、开发速度快、电话功能强，并且易于应用于小型办公室和家庭中并机组网代替集团电话，节约经费，使得用户管理、维护和操作简便，具有良好的市场前景。在实际电路设计上，考虑到并机电话距离较远，一般为几址m，I2C总线和IOM通道均需加驱动电路和隔离电路。