摘要：本文介绍了一种基于AMBE-2000的紫外光语音系统设计。实验证明，紫外光语音通信系统具有低窃听率、低位辨率、全方位、高抗干扰能力、音质优、功耗低等特点。

关键词：AMBE-2000；紫外光；AD73311；无线通信

引言

    AMBE-2000是DVSI(Digital Voice System Inc.)公司推出的全双工声码器芯片。该芯片采用改进的多带激励MBS 算法，能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压缩编码。由于紫外线在低空大气的日盲特性和其在空气中的强烈散射作用，紫外光语音通信系统是一种新型的无线语音通信系统，具有低窃听率、低位辨率、全方位、高抗干扰能力的优点，目前已越来越受到各国特别是军方的重视，该系统可广泛应用于自由空间通信，军事通信等领域。

概述

    本文详细介绍了AMBE-2000芯片的外围接口电路与控制电路，该电路主要由微控制器、AMBE-2000语音压缩与解压芯片、时序产生电路、A/D-D/A转换电路等构成。微控制器主要由80C51组成，用于控制和读写AMBE-2000，并与外部电路进行数据交换；时序电路由外部晶振电路提供；A/D-D/A采样电路由AD73311及其外围电路组成。

 整个电路的原理图如图1所示，通过AD73311将输入的模拟话音进行采样量化，然后输入到AMBE-2000进行压缩编码，编码后的数据送给单片机进行处理，然后由L6574调制到紫外光信道；同时，L6574将收到的信号送给单片机，经过相应处理以后再送给AMBE-2000进行解码，再通过AD73311转化为模拟信号输出。

硬件设计

AMBE-2000工作原理

    AMBE-2000可以看作两个分立元件，编码器和解码器。编码器接收8kHz采样语音数据流(16位线性、8位A率，或8位m率)并以所期望的速率将数据流输出信道。相反地，解码器接收信道数据流，合成语音流。对AMBE-2000编、解码器接口的时间控制是完全异步的。语音接口是外围的ADC和DAC。输入/输出语音数据流必须是相同的格式(16位线性、8位A率，或8位 m率)。

    通道接口是普通的8位、16位微处理器或其它相应的在AMBE-2000信道格式和被设计的系统信道格式中能体现其基本功能的外围元件。

    芯片的可选功能，如回声消除、声音激活/探测、功率模式控制、数据/FEC速率选择等可以通过硬件控制引脚或解码器命令接口进行控制。AMBE-2000有两种工作模式，即主动工作模式和被动工作模式。[Page]

    在主动工作模式下，数据选通信号由声码器自己提供，也就是说，数据读写进程完全由声码器自身控制；在被动工作模式下，数据选通信号由外部提供，只有外部提供的选通信号有效时，才能对声码器的数据进行读写。

AMBE-2000与AD73311接口电路

    语音接口电路采用外置的AD73311芯片，该芯片内部共有5个控制寄存器组(CRA、CRB、CRC、CRD、CRE)，其中CRA用来设置AD73311的工作模式、芯片级联个数和软件重置RESET；CRB用来设置主时钟分频系数和串行时钟分频系数；CRC用来设置内部参考电压的电源管理；CRD用来设置输入/输出放大器的增益；CRE用来设置D/A转换通道的群延时。

    该设计中，AMBE-2000和AD73311 的外部时钟频率都是16.384MHz，AD73311的采样频率是32KHz，帧同步时钟和位同步时钟由AD73311产生，并提供给AMBE-2000。语音信号经过A/D 转换后的数据和控制信息，以串行的方式送到声码器。

    在20ms 之内，声码器将ADC送来的数字化语音压缩， 按其帧格式打包后送至编码器输出缓冲器，并将解码器输入缓冲器的数据包解压缩还原送向ADC，从而完成对数字语音的编解码。图2给出了AMBE-2000与AD73311的接口电路图，在实际应用中，一些未用到的引脚应该特别注意，严格按照AMBE-2000的使用手册进行引脚连接，否则将会引起AMBE-2000声码器的非正常工作。

用户接口电路

    用户接口电路主要包括滤波、放大电路以及语音信号的输入与输出电路。放大器采用NS公司的LM386来实现。

软件设计

    系统加电正常工作后， 微控制器复位AMBE-2000芯片，开始进行语音编解码。AMBE-2000 每20ms 完成1帧语音数据的编解码运算， 并与单片机以标准串行方式交换一次数据。80C51将编码后的语音输出，同时将得到的数据送到AMBE-2000 进行解码。

     单片机内部设有数据通道和控制通道，进行数据的发送与接收及通道的选择与控制。 在编写串行通信子程序时，采用中断方式。 每来一次中断，执行一次数据的发送与接收。下面给出部分单片机的源程序：

START：MOV TMOD,#10H  ; T1定时，方式1
……
 MOV R0,#50H       [Page]
;R0置地址初值
 MOV R7,#24H        ;数据长度
 MOV SCON,#0D3H    
;串行方式3接收
 MOV PCON,#00H   
; 波特率不加倍
 WAIT:JBC RI,PR1     
;等待接收到的数据
 LJMP WAIT
   PR1 :MOV A,SBUF  
;奇偶校验判P=RB8
        JNB PSW.0,PNP   ;
        JNB RB8,PER
        LJMP RIGHT
   PNP :JB RB8,PER     ;
  RIGHT:MOV @R0,A   
;数据到缓冲器
        INC R0
        DJNZ R7,WAIT
        CLR PSW.5  ;正确接收完16个字节置标志位
        RET
 ……
TRANSMIT:CLR EA     
;关所有中断
         CLR TR0
         PUSH PSW    ;保护现场
         PUSH A
         SETB EA      ;开中断
         SETB TR0
LCALL DELAY
MOV TMOD,#01H ;定时器0方式1
MOV SCON,#80H  ;方式3设定
MOV PCON,#00H 
MOV R1,#50H 
;置R1为地址初值
MOV R6,#24H    ; 数据长度
LOOP:MOV A,@R0     ;  取数据
MOV SBUF,A 
;数据到SBUF，启动发送
   ;WAIT:JBC TI,CONT 
;判断发送中断
        LJMP WAIT
  ……

结语

    整个AMBE-2000及其外围接口电路如图3所示。目前，该紫外光通信系统的通信速率保持在2.4Kbps，基本满足语音通信的需要。实验证明，语音速率在2.4Kbps时，该系统的输出语音信号清晰稳定，可以有效进行回声消除和滑动补偿。因此，紫外光语音通信系统可广泛应用于自由空间通信、军事通信等领域。[Page]

参考文献
1.  AMBE-2000Vocoder Chip Uuser’s Manual Version 4.3 February 2005
2.  倪彦文,金向东.基于AMBE-2000 语音通信系统的设计.电声技术,2005-1
3.  AD73311 Datasheet , Analog Devices , Inc. , 2000
4.  贾红辉,俊才.外光信息传输过程中调制技术的研究.仪器仪表学报,2003-8