本發(fā)明涉及數(shù)字通訊領(lǐng)域，尤其是涉及一種數(shù)字通訊控制器及控制方法。

背景技術(shù)：

機(jī)載設(shè)備上語(yǔ)音、導(dǎo)航、告警信號(hào)音量控制的靈活性要求越來(lái)越高。不僅要求通訊控制器體積要小，重量要輕，工作環(huán)境溫度寬，性能指標(biāo)要穩(wěn)定可靠，而且要求通訊控制器具備對(duì)語(yǔ)音數(shù)字處理功能，能適應(yīng)更加惡劣的飛行環(huán)境。

然而教九飛機(jī)上所使用的通訊控制器是模擬通訊控制器，模擬通訊控制器在沒(méi)有干擾的情況下語(yǔ)音通信的質(zhì)量很好，但現(xiàn)在飛機(jī)上的電子設(shè)備越來(lái)越多，電磁環(huán)境越來(lái)復(fù)雜，模擬通訊控制器已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前飛機(jī)的使用要求。同時(shí)，飛機(jī)上的操作設(shè)備很多，特別是教練機(jī)在高空飛行時(shí)學(xué)員與教員之間通話都是在機(jī)內(nèi)通信長(zhǎng)通狀態(tài)下進(jìn)行的，而高空飛行需帶氧氣面罩，這就不可避免帶來(lái)飛行員的呼吸聲，且呼吸聲還很大，讓飛行員無(wú)法接受，模擬通訊控制器無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種數(shù)字通訊控制器及控制方法，解決現(xiàn)有模擬通訊控制器易受電磁干擾，且無(wú)法過(guò)濾呼吸聲的問(wèn)題。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種數(shù)字通訊控制器，其特征在于，該控制器主要由顯示板、音頻板、數(shù)字處理板組成，所述音頻板包括電源電路、音頻接收放大器、話筒信號(hào)壓縮放大器、音量選通和控制數(shù)碼輸出電路以及開(kāi)關(guān)切換電路，接收的音頻信號(hào)通過(guò)音頻接收放大器進(jìn)行電壓和功率放大，然后轉(zhuǎn)換成差分輸出，接收的話筒信號(hào)通過(guò)話筒信號(hào)壓縮放大器實(shí)現(xiàn)差分輸入轉(zhuǎn)為單端輸入，然后進(jìn)行壓縮放大送出。數(shù)字處理板是音頻信號(hào)處理和控制的核心，將接收的音頻信號(hào)和話筒送出的話音信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)處理，抑制呼吸聲和其它干擾信號(hào)，同時(shí)將多路音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字合路處理，控制其輸出。數(shù)字處理板還保留一組由RS422接口和RS485接口組成的數(shù)字接口，用于連接具有數(shù)字接口的設(shè)備。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述電源電路由兩個(gè)LMZ14203H開(kāi)關(guān)電源組成。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述數(shù)字處理板包括語(yǔ)音數(shù)字處理核心FPGA芯片、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、多路選擇器、音頻壓縮放大電路、電阻阻抗匹配電路和阻抗變換電路，所述阻抗變換電路由進(jìn)行阻抗變換的音頻輸出變壓器和兩路低通濾波器組成。

一種數(shù)字通訊控制方法，該方法包括步驟：

將話筒信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)送入FPGA芯片，通過(guò)FPGA芯片分成四路信號(hào)：一路信號(hào)經(jīng)靜音后，當(dāng)PTT1控制有效時(shí)由FPGA芯片輸出，作為電臺(tái)1調(diào)制輸出；一路信號(hào)經(jīng)靜音后，當(dāng)PTT2控制有效時(shí)由FPGA芯片輸出，作為電臺(tái)2調(diào)制輸出；一路信號(hào)通過(guò)FPGA芯片降低干擾信號(hào)，然后當(dāng)PTT3控制有效時(shí)輸出一路機(jī)通信號(hào)；一路信號(hào)通過(guò)FPGA芯片降低干擾信號(hào)，作為合路信號(hào)；

將接收的十路音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)后送入FPGA芯片；然后由FPGA芯片設(shè)置十路音頻信號(hào)的開(kāi)關(guān)門(mén)限濾除干擾信號(hào)；再將這十路數(shù)字音頻信號(hào)和所述合路信號(hào)合路成一路數(shù)字信號(hào)，經(jīng)帶通濾波器由FPGA芯片輸出；輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，在由FPGA芯片設(shè)置十路音頻信號(hào)的開(kāi)關(guān)門(mén)限濾除干擾信號(hào)后，通過(guò)大/小組合旋鈕選擇所控制的音頻信號(hào)通道和改變音量。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，十路音頻信號(hào)的具體處理方法如下：FPGA芯片對(duì)十路音頻信號(hào)分別求信號(hào)能量，設(shè)置靜音能量閥值，進(jìn)行靜音判決；對(duì)通過(guò)靜音后的音頻信號(hào)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)，音量調(diào)節(jié)后進(jìn)行合路；先對(duì)十路音頻信號(hào)進(jìn)行相加，然后判斷相加值是否溢出，若未溢出，則直接輸出相加結(jié)果，若溢出，則再將十路話音進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)重線性混音，然后混音輸出。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，通過(guò)FPGA芯片降低干擾信號(hào)的方法：利用FPGA芯片對(duì)呼吸聲建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)語(yǔ)音數(shù)字處理算法實(shí)現(xiàn)對(duì)話筒輸入的呼吸聲及其它干擾信號(hào)的抑制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以達(dá)到以下效果：

1)對(duì)十路接收的音頻信號(hào)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)，從關(guān)斷到最大，并且顯示和存儲(chǔ)當(dāng)前音量。

2)對(duì)十路接收的音頻信號(hào)進(jìn)行靜音，避免其它設(shè)備的音頻干擾信號(hào)進(jìn)入該數(shù)字通訊控制器。

3)對(duì)話筒通路做抑制呼吸聲和靜音處理，避免飛行員高空飛行時(shí)帶氧氣面罩帶來(lái)的呼吸聲，以及發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的噪音。

4)提高了抗嘯叫能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的硬件電路原理圖；

圖2為本發(fā)明的面板布置圖；

圖3為本發(fā)明的工作原理圖；

圖4為數(shù)碼管顯示控制原理圖；

圖5為旋鈕掃描流程圖；

圖6為數(shù)碼驅(qū)動(dòng)顯示流程圖；

圖7為混音流程圖；

圖8為去呼吸聲算法方框圖；

圖9為PTT控制流程圖；

圖10為讀寫(xiě)ROM流程圖；

圖11為控制DA流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

本發(fā)明數(shù)字通訊控制器主要配備教九飛機(jī)，它不僅匯集飛機(jī)所有音響信號(hào)，而且與電臺(tái)配合，可進(jìn)行空對(duì)空、空對(duì)地之間的通信。該數(shù)字通訊控制器接收十路音頻信號(hào)分別對(duì)十路信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，處理后的語(yǔ)音信號(hào)送給飛行員，同時(shí)也對(duì)需發(fā)射的話音信號(hào)也進(jìn)行數(shù)字處理，抑制呼吸聲和靜音處理，總而言之該數(shù)字通訊控制器較以往的模擬通訊控制器具有如下不同功能：

分別對(duì)十路接收的音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，以適應(yīng)更寬幅度范圍音頻信號(hào)；

分別對(duì)十路接收的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字靜音、音量控制、音量顯示、數(shù)字合路處理；

對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行靜音、輸出控制，以及進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)處理抑制呼吸聲；

還保留了原來(lái)的模擬接收通路，以備數(shù)字通道出故障時(shí)應(yīng)急使用；

該數(shù)字通訊控制器界面簡(jiǎn)單、操作方便；

擴(kuò)展性強(qiáng)，只需適當(dāng)調(diào)整硬件并配置相應(yīng)軟件便可以實(shí)現(xiàn)“綜合控制”的功能。

本發(fā)明數(shù)字通訊控制器的外形尺寸、安裝方式與原有的模擬通訊控制器一致，電路上在模擬通訊控制器基礎(chǔ)上增加了由FPGA芯片為主的語(yǔ)音數(shù)字處理電路、音量數(shù)碼管顯示電路、音量選擇和控制的大小組合旋鈕，作為正常工作通道。適當(dāng)調(diào)整原模擬電路作為應(yīng)急通道。并增加了一組由RS422接口和RS485接口組成的數(shù)字接口，用于連接具有數(shù)字接口的設(shè)備。

將該數(shù)字通訊控制器內(nèi)部劃分為三塊電路板，它們是數(shù)字處理板、音頻板和顯示板，三塊印制板自上層顯示板、中層音頻板、下層數(shù)字處理板平行安裝，印制板之間插針連接，三塊板子原理框圖如圖1所示。

顯示板主要是通過(guò)八段數(shù)碼管顯示十路音頻通道當(dāng)前音量大小，數(shù)字由0～9，“0”代表當(dāng)前通道被關(guān)斷，“9”代表當(dāng)前音量為最大，當(dāng)某一路小數(shù)點(diǎn)被點(diǎn)亮，代表當(dāng)前音量可以控制。該電路選用了MC14489DW數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)集成塊，該集成塊的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)通過(guò)掃描方式驅(qū)動(dòng)五個(gè)數(shù)碼管，并且是串行送數(shù)，減小了印制板之間的接口數(shù)量，減小對(duì)模擬通路的干擾。

音頻板主要包括電源電路、音頻接收放大器、話筒信號(hào)壓縮放大器、音量選通和控制數(shù)碼輸出電路以及開(kāi)關(guān)切換電路，音頻板主要實(shí)現(xiàn)的功能：

1)將話筒信號(hào)由差分輸入轉(zhuǎn)為單端輸入，然后進(jìn)行壓縮放大送出；

2)將接收的十路經(jīng)合路后音頻信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大，然后轉(zhuǎn)換成差分輸出

3)為所有電路提供不同的電壓；

4)利用大小組合旋鈕為數(shù)字處理板的FPGA芯片送數(shù)，用以控制十路接收音量和選擇控制通道。

5)利用送話器/咽喉話筒開(kāi)關(guān)來(lái)選擇兩種不同的話筒，利用正常/應(yīng)急開(kāi)關(guān)來(lái)選擇數(shù)字和模擬接收通道。

由于該音頻板話筒輸入(只有4mV)和功放耳機(jī)輸出都采用了差分模式，所以提高了電路自身的抗干擾能力，而耳機(jī)功放采用兩路最大輸出功率為3.2W的功放作為耳機(jī)輸出正負(fù)端，這樣不僅增大耳機(jī)最大輸出功率為7.5W，提高功放的利用率，而且提高了共模抑制比，避免功放由于接收頻率變化由耦合電容和變壓器組成的諧振電路引起的諧振，導(dǎo)致電源電流增大，通過(guò)地和電源對(duì)話筒壓縮放大器的干擾。音頻板還組裝了大小組合旋鈕，兩個(gè)旋鈕分別完成音量調(diào)節(jié)和音頻通道選同任務(wù)，而模擬通道需要十個(gè)電位器才能完成該任務(wù)，這樣使面板布局更簡(jiǎn)單，操作更靈活，如圖2所示。

由于國(guó)軍標(biāo)要求通訊控制器的總消耗功率小于12W，而該數(shù)字通訊控制器由于增加了語(yǔ)音數(shù)字處理部分、功放、十路壓縮放大電路以及提高了輸出功率，所以電源消耗增加了，該音頻板采用了兩個(gè)LMZ14203H開(kāi)關(guān)電源，這樣整個(gè)數(shù)字通訊控制器消耗電流降到300mA以內(nèi)，但帶來(lái)了開(kāi)關(guān)電源的干擾，對(duì)音頻板的布線要求提高了，對(duì)音頻板模擬的大信號(hào)地、小信號(hào)地和電源地進(jìn)行分割，采用單點(diǎn)磁珠隔離接地，使干擾信號(hào)沒(méi)有地回路，而開(kāi)關(guān)電源盡量不直接給電路供電，它們之間用模擬電源隔開(kāi)，這樣消除了開(kāi)關(guān)電源干擾。

數(shù)字處理板主要包括語(yǔ)音數(shù)字處理核心FPGA芯片、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、多路選擇器、音頻壓縮放大電路、電阻阻抗匹配電路、阻抗變換電路。

FPGA芯片采用EP3C40F484I7芯片，該芯片集成了39400個(gè)邏輯單元，通過(guò)互聯(lián)線和I/O口，能夠隨意連接，應(yīng)用強(qiáng)大和靈活，方便了軟件的設(shè)計(jì)，該芯片實(shí)現(xiàn)的功能是將從外部設(shè)備接收的十路音頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路一轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)后送入FPGA芯片，然后由FPGA芯片設(shè)置十路音頻信號(hào)的開(kāi)關(guān)門(mén)限濾除干擾信號(hào)，此時(shí)可以通過(guò)大/小組合旋鈕選擇所控制的音頻信號(hào)通道和改變音量，再將這十路數(shù)字音頻信號(hào)和來(lái)自話筒一路數(shù)字信號(hào)(機(jī)通自聽(tīng)信號(hào))合路成一路數(shù)字信號(hào)，經(jīng)300Hz～3500Hz帶通濾波器由FPGA芯片輸出，輸出信號(hào)至數(shù)模轉(zhuǎn)換電路一轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)。另一路來(lái)自壓縮放大電路的話筒信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路二轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)，送入FPGA芯片，通過(guò)FPGA芯片分成四路信號(hào)，一路經(jīng)靜音后，當(dāng)PTT1控制有效時(shí)由FPGA芯片輸出，作作為電臺(tái)1調(diào)制輸出，一路也經(jīng)靜音后，當(dāng)PTT2控制有效時(shí)由FPGA芯片輸出，作為電臺(tái)2調(diào)制輸出，另兩路信號(hào)通過(guò)FPGA芯片建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)去呼吸聲算法，降低呼吸聲及發(fā)動(dòng)機(jī)等干擾信號(hào)，然后當(dāng)PTT3控制有效時(shí)輸出一路機(jī)通信號(hào)，另一路自聽(tīng)音信號(hào)由FPGA芯片通過(guò)內(nèi)部送給接收進(jìn)行合路，如圖3所示。

A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)音頻模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。多路選擇器采用CD4051BM芯片，其目的是為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)7路模擬音頻信號(hào)分時(shí)的A/D采樣。音頻壓縮放大器采用了9個(gè)OPA2228U放大器，實(shí)現(xiàn)對(duì)9路音頻信號(hào)的壓縮處理，然后將模擬音頻信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換器，其目的是為了防止采樣的音頻信號(hào)過(guò)大而引起失真。電阻阻抗匹配電路主要與外接電路進(jìn)行阻抗匹配。阻抗變換電路是由進(jìn)行阻抗變換的音頻輸出變壓器和兩路低通濾波器組成的，其主要是進(jìn)行阻抗變換和升壓，以及濾出由耳機(jī)進(jìn)來(lái)的干擾信號(hào)。

下面闡述本發(fā)明的流程方法部分：

1)顯控功能

控制器需要完成十路接收話音通道的音量控制和音量顯示，為了實(shí)現(xiàn)該功能，硬件設(shè)置了一組大/小組合旋鈕和十個(gè)八段數(shù)碼管。FPGA芯片軟件則由需檢測(cè)掃描大/小組合旋鈕的輸入信息，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示該信息，完成人機(jī)交互，如圖4顯控框圖所示。這部分功能由FPGA芯片軟件中的顯控模塊完成，顯控模塊包括旋鈕檢測(cè)邏輯和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)邏輯。旋鈕檢測(cè)邏輯采用狀態(tài)機(jī)的方式對(duì)兩路旋轉(zhuǎn)旋鈕進(jìn)行檢測(cè)掃描，如圖5旋鈕掃描流程圖所示。而后將掃描結(jié)果(即用戶輸入)一邊送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示，一邊送入數(shù)字混音模塊參與混音處理和存儲(chǔ)模塊保存輸入。數(shù)碼管控制邏輯則完成SPI接口時(shí)序，如圖6數(shù)碼驅(qū)動(dòng)顯示流程圖所示，并在此基礎(chǔ)上配置完成內(nèi)部寄存器和具體數(shù)字的顯示。

2)音頻數(shù)字處理功能

控制器需要完成十路接收音頻信號(hào)的靜音、音量大小變化、合路。FPGA芯片對(duì)十路音頻信號(hào)分別求信號(hào)能量，設(shè)置靜音能量閥值，然后進(jìn)行靜音判決，通過(guò)靜音后的音頻信號(hào)由大小組合旋鈕控制，輸入音量控制參數(shù)，由FPGA芯片按指數(shù)步進(jìn)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)，音量調(diào)節(jié)后進(jìn)行數(shù)字音頻混音(合路)，先對(duì)十路音頻信號(hào)進(jìn)行相加，然后判斷相加值是否溢出，若未溢出，則直接輸出相加結(jié)果，若溢出，則再將10路話音進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)重線性混音，然后混音輸出，如圖7混音流程圖所示。

經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的話筒信號(hào)進(jìn)入FPGA芯片，對(duì)話筒信號(hào)進(jìn)行靜音，利用FPGA芯片分三路話音通路，通過(guò)PTT1、PTT2控制輸出兩路話音信號(hào)作為電臺(tái)1、電臺(tái)2調(diào)制信號(hào)，另一路話音通路利用FPGA芯片對(duì)呼吸聲建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)去呼吸聲算法，如圖8去呼吸聲算法方框圖所示，從而達(dá)到抑制呼吸聲目的。經(jīng)抑制呼吸的話音信號(hào)在FPGA芯片內(nèi)部分一路給接收進(jìn)行合路(PTT3控制有效)，作為機(jī)內(nèi)通信的自聽(tīng)音，再送出一路作為機(jī)內(nèi)通信輸出(PTT3控制有效)。

3)話筒信號(hào)發(fā)射控制功能

話筒信號(hào)有三路鍵控PTT控制端口，一路是電臺(tái)1鍵控PTT，一路是電臺(tái)2鍵控PTT，一路是機(jī)通鍵控PTT，分別控制電臺(tái)1調(diào)制輸出、電臺(tái)2調(diào)制輸出、機(jī)通輸出、機(jī)通自聽(tīng)，三路鍵控PTT通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管2N7002分別進(jìn)入FPGA芯片，控制高電平有效。當(dāng)電臺(tái)1鍵控PTT或電臺(tái)2鍵控PTT發(fā)射時(shí)，機(jī)通輸出和機(jī)通自聽(tīng)被切斷，如圖9 PTT控制流程圖所示。

4)存儲(chǔ)器控制功能

在每次控制器掉電后要求能記憶上次用戶對(duì)各通道的音量設(shè)置參數(shù)，而FPGA屬于掉電易失的芯片，故采用E2PROM保存用戶對(duì)10路語(yǔ)音通路的音量設(shè)置數(shù)據(jù)，該存儲(chǔ)器采用I2C串行接口完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。所以該軟件模塊主要目的是實(shí)現(xiàn)I2C總線的串行時(shí)序邏輯。一方面在數(shù)字通訊器上電后的初始過(guò)程中按I2C時(shí)序讀取存儲(chǔ)芯片串行數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)送到顯控模塊和數(shù)字混音模塊；而后將顯控送來(lái)用戶設(shè)置的并行數(shù)據(jù)按I2C時(shí)序轉(zhuǎn)成串行寫(xiě)入存儲(chǔ)芯片。如圖10讀寫(xiě)ROM流程圖所示。

5)AD/DA控制功能

該模塊包括產(chǎn)生四路的AD/DA的SPI時(shí)序邏輯和七路音頻對(duì)一路AD芯片分時(shí)復(fù)用邏輯。SPI時(shí)序接口邏輯完成配置AD/DA芯片、接收發(fā)送話音數(shù)據(jù)的任務(wù)；分時(shí)復(fù)用邏輯則需要控制多路選擇器和一路AD對(duì)七路模擬音頻通路進(jìn)行分時(shí)采樣完成模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。AD芯片在SPI接口SCK的控制下直接接收數(shù)據(jù)，如圖11控制DA流程圖所示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。