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第1篇

系統硬件原理框圖如圖1所示。系統采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產生的通道沖突。模擬視頻信號由AD9883A完成模數轉換。AD9883A是個三通道的ADC,因此系統可以完成單色的視頻信號處理,也可以完成彩色的視頻信號處理。采樣所得視頻數字信號經鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數模轉換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號。輸出視頻信號到灰度電壓產生電路,得到驅動液晶屏所需要的驅動電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標志腳,可用于接受外部控制信號,給系統及其模塊發送控制信息,以使整個系統穩定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產生電路和液晶屏提供必要的控制信號。另外,系統還設置了一些LED燈,用于直觀的指示系統硬件及DSP內部程序各模塊的工作狀態。

本設計采用從閃存引導的方式加載DSP的程序文件,閃存具有很高的性價比,體積小,功耗低。由于本系統中的閃

存既要存儲DSP程序,又要保存對應于不同的伽瑪值的查找表數據以及部分預設的顯示數據,故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL,既能保存程序代碼,又能保存必要的數據信息。

圖2為DSP與閃存的接口電路。因為采用8位閃存引導方式,所以ADSP-21160地址線應使用A20-A0,數據線為D39—32,讀、寫和片選信號分別接到閃存相應引腳上。

系統功能及實現

本設計采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時基校正、時鐘發生2S、圖像優化和控制信號的產生等功能。

1伽瑪校正原理

在LCD中,驅動IC/LSI的DAC圖像數據信號線性變化,而液晶的電光特性是非線性,所以要調節對液晶所加的外加電壓,使其滿足液晶顯示亮度的線性,即伽瑪(Y)校正。Y校正是一個實現圖像能夠盡可能真實地反映原物體或原圖像視覺信息的重要過程。利用查找表來補償液晶電光特性的Y校正方法能使液晶顯示系統具有理想的傳輸函數。未校正時液晶顯示系統的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過對ADC進來的信號進行反S形的非線性變換,最終使液晶顯示系統的輸入輸出曲線滿足實際要求。

LCD的Y校正圖形如圖3所示,左圖是LCD的電光特性曲線圖,右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數轉換圖。

2伽瑪校正的實現

本文采用較科學的Y校正處理技術,對數字三基信號分別進行數字Y校正(也可以對模擬三基信號分別進行Y校正)。在完成v校正的同時,并不損失灰度層次,使全彩色顯示屏圖像更鮮艷,更逼真,更清晰。

某單色光Y調整過程如圖4所示,其他二色與此相同。以單色光v調整為例:ADSP-21160首先根據外部提供的一組控制信號,進行第一次查表,得到Y調整系數(Y值)。然后根據該Y值和輸入的顯示數據進行第二次查表,得到經校正后的顯示數據。第一次查表的Y值是通過外部的控制信號輸入到控制模塊進行第一次查表得到的。8位顯示數據信號可查表數字0～255種灰度級顯示數據(Y校正后)。

3圖像優化

為了提高圖像質量,ADSP-21160內部還設計了圖像效果優化及特技模塊,許多在模擬處理中無法進行的工作可以在數字處理中進行,例如,二維數字濾波、輪廓校正,細節補償頻率微調、準確的彩色矩陣(線性矩陣電路),黑斑校正、g校正、孔闌校正、增益調整、黑電平控制及雜散光補償、對比度調節等,這些處理都提高了圖像質量。

數字特技是對視頻信號本身進行尺寸、位置變化和亮,色信號變化的數字化處理,它能使圖像變成各種形狀,在屏幕上任意放縮,旋轉等,這些是模擬特技無法實現的。還可以設計濾波器來濾除一些干擾信號和噪聲信號等,使圖像的清晰度更高,更好地再現原始圖像。所有的信號和數據都是存儲在DSP內部,由它內部產生的時鐘模塊和控制模塊實現的。

4時基校正及系統控制

由于ADSP-21160內部各個模塊的功能和處理時間不同,各模塊之間存在一定延時,故需要進行數字時基校正,使存儲器最終輸出的數據能嚴格對齊,而不會出現信息的重疊或不連續。數字時基校正主要用于校正視頻信號中的行,場同步信號的時基誤差。首先,將被校正的信號以它的時基信號為基準寫入存儲器,然后,以TFT-LCD的時基信號為基準讀出,即可得到時基誤差較小的視頻信號。同時它還附加了其他功能,可以對視頻信號的色度、亮度、飽和度進行調節,同時對行、場相位、負載波相位進行調節,并具有時鐘臺標的功能。

控制模塊主要負責控制時序驅動邏輯電路以管理和操作各功能模塊,如顯示數據存儲器的管理和操作,負責將顯示數據和指令參數傳輸到位,負責將參數寄存器的內容轉換成相應的顯示功能邏輯。內部的信號發生器產生控制信號及地址,根據水平和垂直顯示及消隱計數器的值產生控制信號。此外,它還可以接收外部控制信號,以實現人機交互,從而使該電路的功能更加強大,更加靈活。此外,ADSP21160的內部還設計了I2C總線控制模塊,模擬FC總線的工作,為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行時鐘信號)和SDA(雙向串行數據信號)。模擬I2C工作狀態如圖5和圖6所示。

系統軟件實現

在軟件設計如圖7所示,采用Matlab軟件計算出校正值,并以查找表的文件形式存儲,供時序的調用。系統上電

開始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的設置,以使DSP能正確有效地工作。當ADSP-21160接收到有效的視頻信號以后,根據外部控制信息確定Y值。為適應不同TFT-LCD屏對視頻信號的顯示,系統可以通過調整Y值,以調節顯示效果到最佳。再如圖4所示,對先前預存的文件進行查表,得到所需的矯正后的值,然后暫存等待下一步處理。系統還可以根據視頻信號特點和用戶需要完成一些圖像的優化和特技,如二維數字濾波、輪廓校正、增益調整、對比度調節等。這些操作可由用戶需求選擇性使用。利用ADSP-21160還可以實現圖像翻轉、停滯等特技。最后進行數字時基校正,主要用于校正視頻信號中的行、場同步信號的時基誤差,使存儲器最終輸出的數據能嚴格對齊,而不會出現信息的重疊或不連續。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160還根據時序控制信號,為灰度電壓產生電路和TFT-LCD屏提供必要的控制信號。另外,ADSP-21160還能設置驅動通用I/O腳配置的LED燈,顯示系統工作狀態。

第2篇

1飛行原理與機械結構

四旋翼飛行器的旋翼對稱地安裝在呈十字交叉的支架頂端，位置相鄰的旋翼旋轉方向相反，同一對角線上的旋翼旋轉方向相同，以此確保了飛行系統的扭矩平衡［7］，如圖1所示。四旋翼飛行器旋翼的旋轉切角是固定值，因此，要通過調節每個電機的轉速來實現六自由度的飛行姿態控制。增大或減少4個電機的轉速來完成垂直方向上的升降運動，調節1，3旋翼的轉速差來控制仰俯速率和進退運動，調節2，4旋翼的轉速差來控制橫滾速率和傾飛運動，調節2個順時針旋轉電機和2個逆時針旋轉電機的相對速率來控制偏航運動。通過對飛行原理的分析，把可行性、低成本、易維護作為主要考慮因素，設計的樣機如圖2所示。機臂由鏤空工程塑料材料PA66和30%玻璃纖維制成，質量相對較輕，強度大，對稱電機軸距55cm，為保證水平起飛與平穩著陸，四旋翼飛行器底部安裝起落架。電機旋翼等具體參數為:機體質量為857g;最大負載約為300g;機身高度為31cm;飛行時間約為8min。在整機安裝過程中盡量保證重心在機械機構的對稱中心，實際飛行實驗證明了系統動力設備與機械結構的可行性。

2總體結構設計

四旋翼飛行器的硬件系統設計以飛控板為核心，搭載動力設備、電源模塊與遙控模塊。圖3描述了以ATMEGA644P—AU為核心芯片搭載多傳感器的飛行控制系統總體結構框圖，整體系統利用11．1V鋰電池供電，飛控與無刷電調以I2C總線數據傳輸來調節4個電機的轉速;在遙控模塊中，2．4MHz的控制信號通過PPM解碼板與飛控板進行數據傳輸;在多傳感器系統中，大氣壓力感器用行高度檢測，陀螺儀與加速度計的融合使用用于姿態解算。

3電源模塊

四旋翼飛行器由2200MAh，11．1V，持續放電倍率30C鋰電池供電，通過穩壓電路的設計對不同電路進行供電，確保各模塊正常穩定的工作。控制系統設計需要5，3V兩種電平供電，電壓轉換電路如圖4所示。由鋰電池提供的11．1電壓經兩塊7805穩壓芯片后轉為5V電壓，一部分用控板供電，一部分向預留的外部接口供電。經7805輸出的5V電壓經過2個MCP1700T穩壓芯片輸出3V電壓，一部分供給控制系統的數字電路，一部分供給控制系統的模擬電路。330μF/25V電解電容器，10nF/16V鉭電容器，貼片電容器的并聯使用起到了防止電壓抖動與濾波的作用。

4多傳感器控制模塊

為了準確地控制四旋翼飛行器的飛行姿態，需要在控制系統中加入不同的傳感器，加速度傳感器與三個陀螺儀來測量三軸加速度與角速度，大氣壓力傳感器通過測量起始位置與飛行位置的氣壓差對飛行高度控制，為自主導航功能提供支持。大氣壓力傳感器選擇的是Freescale公司的MPX4250A，在該集成傳感器芯片上，除具有壓阻式壓力傳感器外，還有用作溫度補償的薄膜電阻網絡，測壓范圍為20～250kPa，輸出電壓為0．2～4．9V，工作溫度范圍為－40～+125℃。電路如圖5所示，可以根據壓力的大小，通過控制P_1和P_2選擇不同的放大倍數，提高采樣的精度。LIS344ALH是一種低功耗、高性能、高精度的三軸加速度傳感器，通過模擬輸出為外部電路提供直接測量信號，加速度傳感器的工作電壓為2．2～3．6V，檢測量程可以在±2gn或±4gn間選擇。其中，VREF為通過穩壓芯片MCP1700T轉換為3V的穩定電壓輸入。應用電路如圖6所示，選擇100nF的貼片電容器作為VCC端的解耦電容，在輸出端使用1μF的濾波電容減小噪聲?？紤]到振動誤差無法通過加速度傳感器進行補償，因此，陀螺儀選型的過程中把機械性能作為重要的考慮因素，選擇了可以在單芯片上實現完整單軸角速度響應的ADXRS610陀螺儀傳感器。3個ADXRS610陀螺儀分別安裝于垂直于機體坐標系的XYZ軸來實現系統三軸角速度的測量。

5實驗與仿真

四旋翼飛行器在姿態解算時，陀螺儀傳感器直接測量的是角速度，在積分得到角度的過程中隨著時間的增長會產生累計積分誤差，積分誤差產生的原因一方面是積分時間，另一方面，由于自身的機械特性會產生零漂溫漂等現象［8］。在陀螺儀的使用過程中融合加速度傳感器，不僅為陀螺儀提供了絕對參考系，而且使加速度傳感器優秀的靜態性能與陀螺儀良好的動態性能相結合［9］，較好地抑制了外界干擾。數據經卡爾曼濾波算法處理后，可有效地降低數據噪聲。圖8為加速度傳感器采樣數據與卡爾曼濾波后的數據比較，可以明顯地看到噪聲信號減小了，但是仍有少量的擾動存在。圖9的曲線表明了陀螺儀采集角速度數據存在零漂、溫漂現象，當確定零漂為0．05°，靜態輸出電壓為2．63V時，從波形圖中可以觀察到通過卡爾曼濾波處理后的積分數據平滑收斂，不但對零點漂移進行了補償，而且對累計積-10-5051015角度/（°）012345時間/s卡爾曼濾波后的數據加速度計采集數據圖8加速度計采樣數據經卡爾曼濾波后的數據圖Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分誤差，溫漂有較好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345時間/s卡爾曼濾波后的陀螺儀數據陀螺儀積分數據采集角速度數據。

6結論

第3篇

關鍵詞：VoIPPCIFXS路由器語音壓縮

1VoIP在路由器中的應用

近年來，VoIP（VoiceoverInternetProtocol）給通信市場帶來了強大的沖擊。IP語音業務推出后，由于其在通話費用上比傳統電話具有突出的優勢，因而受到了廣泛歡迎。VoIP技術在路由器中應用，可以大大節省有多個部門在不同地方辦公的企業或機構的電話費用。圖1為一個VoIP路由器在公安分局與派出所間應用的方案。

派出所網點的路由器DCR－2501V和DCR－2509V使用FR（幀中繼）或DDN線路同分局的DCR－3660實現互連，各網點的計算機可通過路由器連接分局的局域網或Internet，實現數據通信；同時，DCR－2501V或DCR－2509V通過FXS語音端口連接普通電話機，分局路由器通過E＆M接口和PBX連接，這樣既可以實現內部各部門間的數據通信，同時還可進行零費用的語音通話。

VoIP在費用上呈現巨大優勢的原因在于其利用了計算機通訊的分組化、數字化傳輸技術，先對語音數據按照一定的語音壓縮標準進行壓縮編碼處理，然后把這些數據按IP相關協議打包，再將數據包通過IP網絡傳輸到接收端，接收端將這些以不同順序到達的數據包按其本身順序串起來，并經過解碼解壓恢復出原來的語音信號。與傳統的語音業務相比，VoIP在時間延遲、話音質量等方面存在缺陷。可以采用一些先進的協議如資源預留協議（RSVP）和不同類型服務（Diffserv）等方案來盡可能的優化語音數據包的傳輸，以減少傳輸延遲和擁塞。

目前，VoIP的標準主要有國際電信聯盟技術部（ITU－T）建議的H．323系統和IETF建議的會話發起協議（SessionInitiationProtocol，SIP）系統兩種。前者主要在電信網絡上實現多媒體業務制訂，技術已趨成熟。后者基于動態的Internet模式建網，是基于軟交換技術的面向網絡會議和電話的簡單信令協議。在我國，主要選用H．323技術標準來實現VoIP，在H．323系列標準中，音頻壓縮編碼標準有G．711、G．722、G．723和G729等。

本文將介紹一種已經應用于路由器產品中的VoIP語音卡的硬件設計和工作原理。

2VoIP語音卡硬件結構

該語音卡基于AudioCodes公司的VoPP（VoiceOverPacketProcessor，即語音包處理器）AC48302設計，采用PCI接口界面，可提供兩個FXS（ForeignExchangeStation）語音／傳真接口，可以方便靈活地應用于本公司開發的系列路由器中，實現VoIP功能。其硬件結構框圖如圖2所示，以下介紹各部分硬件的原理和作用。

2．1PCI接口

路由器主板與語音卡之間通過PCI總線連接，便于通用。采用了PCI接口芯片PLX9030實現語音卡本地總線（HPI）與PCI總線之間的轉換。由于語音卡上數據流量不大，不需要利用如DMA方式主動向路由器主板上的Memory空間傳遞數據。因此，語音卡工作于PCI的從模式方式，AC48302通過中斷方式接收或發送語音數據，PCI總線的數據寬度和速度為32位／33MHz。

2．2CPLD部分

AC48302采用8位并行的主處理器接口HPI與外部CPU（即路由器CPU）進行數據交換。在本設計中，HPI接口與PLX9030的本地總線接口時序稍有差別，經過CPLD進行調整。另外，路由器CPU還可通過CPLD控制CODEC和SLIC芯片。

2．3AC48302芯片

AC48302是AudioCodes公司推出的一款低功耗、低價格的雙通道語音包處理器，其內部集成了一個DSP內核。該芯片的主要特性如下：

·支持兩個通道的語音壓縮編碼，語音壓縮標準包括G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711。

·兼容T．38或FRF．11傳真中繼（2．4～14．4kbps）。

·呼叫ID產生和檢測，呼叫進程和用戶定義語音的檢測和產生。

·兼容G．168的25ms回聲消除。

·高性能的有效語音檢測（VAD）和舒適噪聲產生（CNG）。

·DTMF檢測和產生。

·A律／μ律可選的Codec接口，具有輸入輸出增益控制。

·PCMHighway接口。

·并行的主處理器接口（HPI）。

AC48302各部分硬件接口如圖3所示。

圖4AC48302HPI存儲器的映射關系

2．3．1語音接口（VoiceInterface）

語音接口提供未壓縮的語音、傳真數據的輸入輸出通道。語音接口對外提供四根信號線構成PCM總線，直接連接外部CODEC芯片的PCMHighway。這四根信號線為PCMIN、PCMOUT、PCMCLK、PCMFS。PCMIN輸入從CODEC送來的PCM信號，AC48302內部的DSP按照相應標準（如G．729）壓縮后從HPI給路由器CPU轉發。PCMOUT則相反，AC48302將路由器CPU送來的語音數據按照合適的標準解壓縮，然后從PCMOUT口送到外部CODEC，CODEC經過數／模轉換后恢復成語音信號?熏通過用戶接口送給用戶端。PCMCLK提供2．048MHz的比特同步時鐘，而PCMFS提供8kHz的幀同步時鐘。

2．3．2HPI接口

在本設計中，路由器CPU與AC48302通過HPI口進行通信。路由器CPU和DSP通過AC48302的片內共享的雙口存儲器實現數據交互。片內共享存儲器的映射關系見圖4。

HPI接口包括1根8位數據總線和幾根控制總線。路由器CPU通過三個寄存器（HPIC、HPIA和HPID）控制AC48302及訪問片內存儲空間。HPIC為控制寄存器，用來選擇AC48302的高低字節順序、產生和接收中斷。HPIA為地址寄存器，用來尋址片內的2K存儲空間。HPID為數據寄存器，用來緩存每次讀寫的兩個字節數據，外部CPU可以單個Word或塊數據方式訪問HPID，當以塊數據方式訪問時，HPIA寄存器自動累加，這樣可以減少外部CPU寫HPIA寄存器的開銷。AC48302的內部寄存器和存儲器為16位寬度，因此外部CPU每次訪問AC48302必須以兩個字節為基本單位，信號線HI／LO用來選擇高低字節，信號HRS1、HRS0指示當前訪問的是哪個寄存器。

除了以上兩個重要的接口外，AC48302內部還包含一個PCM時鐘發生器、一個用于測試的JTAG接口以及一個用于訪問外部SRAM及處理信道輔助信令的Memory＆I／O接口。

2．4CODEC接口芯片

CODEC芯片負責對DSP解壓縮后送來的PCM數據進行解碼，并將濾波后的模擬語音信號送到用戶線接口芯片SLIC，SLIC對其進行2－4線轉換后送給用戶端；同時，CODEC還負責將SLIC送來的模擬語音信號進行PCM編碼，然后送到DSP芯片進行壓縮處理。

本設計中，CODEC芯片采用IDT公司的4通道PCM編解碼芯片IDT821034。該芯片具有可編程增益設置、主時鐘可選（2．048MHz、4．096MHz和8．192MHz）、最大可支持128個可編程時隙、A律／μ律可選、內置數字濾波器、串行控制接口、低功耗等特點。本設計中選用主時鐘為2．048MHz（E1幀模式），可劃分為32個相等的時隙（Slot0～Slot31），4個通道的接收和發送時隙可通過向串行控制口寫入控制字進行動態選擇。各時隙的位置都以8kHz的幀同步時鐘信號為參考，在IDT821034中，時隙0相對幀同步脈沖的位置有延遲模式和非延遲模式（圖6即為非延遲模式）。

PCM主時鐘（BCLK）、幀同步時鐘（FS）、接收數據（DR）和發送數據（DX）一起構成PCMHighway信號，與AC48302進行連接。BCLK與FS分別對應AC48302的PCMCLK和PCMFS，這兩個時鐘信號都由AC48302產生；DR和DX分別對應AC48302的PCMOUT和PCMIN。PCMHighway信號時序以及時隙與幀同步信號的關系分別如圖5、圖6所示。為了CODEC與DSP芯片間正確收發數據，一般選擇CODEC芯片在BCLK的上升沿發送數據DX，下降沿采樣數據DR，而在另一端的AC48302，則在時鐘下降沿采樣PCMIN，上升沿發送PCMOUT。

2．5用戶線接口（SLIC）芯片

設計中為了使語音卡能夠提供FXS接口功能，采用了愛立信公司的新型SLIC芯片PBL83710連接用戶接口。在該芯片內部能夠產生高電壓鈴流信號及提供自動電池饋電切換，具有環流振鈴和地鍵檢測功能及2－4線轉換功能。該芯片將許多傳統的振鈴繼電器、鈴流發生器等器件集成在一個片內，節省了印制板空間和成本。

3VoIP語音卡硬件驅動流程

硬件驅動程序主要完成以下功能：

（1）初始化PLX9030芯片，配置相關寄存器，選擇本地總線工作方式。

（2）初始化AC48302芯片，啟動AC48302內部的DSP內核到正常工作狀態。AC48302的啟動步驟按順序分為以下幾步：核代碼（Kernel）下載；程序代碼（Program）下載；初始化模式；啟動運行。