网络电话接口电路设计 （毕业设计46页、17137字+电路图+PCB图+实物图）
摘要：随着计算机技术和网络技术的发展，以多媒体通信为主体的信息网络已经成为世界关注的热点。语音压缩和实时传输控制技术的不断发展，使得在IP网上传输语音数据变得不再困难，IP 网络电话成功进入电信领域。相对于传统电话，VOIP最大的优势是能更充分地利用现有的 Internet 资源，为用户提供更多、更优质的服务。近年来，VOIP已经从最初的软件产品发展成现在的多功能数字终端，有关VOIP的技术标准也层出不穷。VOIP 技术及其业务的迅速发展，对传统的电信业务造成了巨大的冲击。本文介绍的是以 AVR(ATmega16)微处理器为核心，基于MAC协议的以太网电话终端。介绍了以太网电话的发展现状、工作原理及关键技术，讨论了语音压缩算法选择，阐述了号码压缩设计方案，最后完成网络电话接口电路设计，并对其未来在Internet的设计思想和发展前景进行了概述。
关键词：VOIP；以太网电话；PCM；RTL8019AS
                                     

The Design of Network Telephone Interface Circuit
Abstract: With the development of computer science and network technology, information network which based on the multimedia communication has become more and more interesting all over the world. The advancement of audio compression technologies and real-time transport control technology makes it easy to transmit audio data in the IP network . IP phone has successfully entered into the telecommunication area. Compared to traditional telephone, the advantage of VOIP is the efficient use the Internet resources, and more higher quality service can be provided . In recent years, VOIP has developed from software product to multi-function terminal and standards.The rapid development progress of VOIP technology and services has made a deep affection to the traditional telephony service.This paper introduces an Ethernet-Phone terminal which based on AVR(ATmega16) microprocessor and MAC protocol.The paper introduces the basic development standard principles of IP telephone and its key technology first,discusses the choice of voice compression method. Then expatiates the scheme of subscriber number reduction.Finally this paper proposed Ethernet-Phone circuit design and summarized the Ethernet-Phone which will be used on Internet in the future.
Key words: VOIP, Ethernet-Phone, PCM, RTL8019AS

 
目    录
第1章  绪论 1
    1.1  网络电话技术背景 1
    1.2  课题来源和设计目的 1
    1.3  国内外研究现状及发展前景 2
第2章  以太网电话总体设计思想 3
    2.1  以太网电话基本原理 3
         2.1.1  以太网电话硬件实现流程 3
         2.1.2  语音接口电路工作方法 3
         2.1.3  网络接口电路工作方法 4
    2.2  以太网电话关键技术 4
    2.3  以太网电话系统组成 5
    2.4  接口电路工作过程 6
    2.5  本章小结 7
第3章  以太网电话语音接口单元设计 8
    3.1  语音接口单元设计要求 8
    3.2  语音接口单元选择 8
         3.2.1  编码格式选择 8
         3.2.2  脉冲编码调制（PCM）基本原理和优点 9
         3.2.3  语音芯片选择 10
    3.3  语音接口单元设计 11
         3.3.1  MC14LC5480芯片电路设计 11
         3.3.2  MC14LC5480时钟电路设计 12
    3.4  本章小结 13
第4章  以太网电话网络接口单元设计 14
    4.1  网络接口单元设计要求 14
    4.2  以太网控制器选择 14
         4.2.1  主控芯片选择 14
         4.2.2  RTL8019AS芯片概述 14
         4.2.3  网络芯片外围元件的介绍和选用 15
    4.3  以太网控制器协议介绍 16
    4.4  以太网传输协议选择 17
    4.5  以太网控制器单元设计 17
         4.5.1  以太网控制单元总图 17
         4.5.2  RTL8019AS引脚接口设计 18
         4.5.3  RTL8019AS晶振电路图 20
         4.5.4  RTL8019AS工作指示灯电路 20
         4.5.5  RTL8019AS网络隔离变压器电路 20
    4.6  本章小结 21
第5章  处理器接口单元设计 22
    5.1  处理器接口单元设计要求 22
    5.2  处理器选择 22
         5.2.1  处理器芯片比较选择 22
         5.2.2  ATmega16介绍 22
    5.3  处理器外围电路设计 23
         5.3.1  处理器外围电路单元总图 23
         5.3.2  ATmega16时钟电路 23
         5.3.3  键盘和RTL8019AS数据线复用处理 24
         5.3.4  液晶显示线路接口电路 24
         5.3.5  ATmega16外部复位电路 25
    5.4  本章小结 25
第6章  PCB设计与仿真调试 26
    6.1  PCB设计问题与故障解决 26
         6.1.1  芯片原理图PCB封装设计 26
         6.1.2  故障解决 26
    6.2  以太网电话PCB设计 27
    6.3  部分电路的仿真 27
         6.3.1  MC14LC5480时钟电路仿真 27
         6.3.2  ATmega16外部复位电路仿真 29
    6.3  语音接口单元硬件调试 30
    6.4  本章小结 30
第7章  号码压缩设计和未来展望 31
    7.1  号码压缩设计 31
    7.2  Internet接入设计想法 32
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录1 36
附录2 37
附录3 38
附录4 39
附录5 40
 
第1章  绪  论
1.1  网络电话技术背景
IP网络电话是泛指采用VOIP技术通过计算机网络进行话音通信的系统[12]。VOIP是指以分组的形式在基于IP协议的网络上传送语音数据的技术。
随着电子的发展，信息社会已经进入后PC时代，传统意义上的PC在很多领域已经被更小更灵活的嵌入式操作系统所取代。VOIP就是利用一个嵌入式操作系统完成传统意义上的利用计算机在电脑上打IP电话的功能。他的好处在于不需要电脑可以打IP电话，使IP电话得到更大的普及，同时节省电话费用。
随着计算机的普及，计算机网络的发展也方兴未艾。从企业角度来看，一般各个公司、企业和行政事业机构都有自己的独立的局域网，利用局域网来进行通话可以作为普通PSTN电话的补充，减少公司内部通信费用的开销；从家庭角度来说，家庭宽带普及是社会发展的必然趋势，家庭宽带能提供诸多多媒体功能。开发家庭宽带的利用率是现在通信网络行业竞争的热土。现有网络电话（如Skype）的服务器能提供的PC TO PC（免费）、PC TO PHONE（低资费）的功能、如果设计一种新型的电话机，使其实现网络电话和电脑相脱离的关系，只要双方拥有此电话机，或一方在电脑登陆网络电话，便可不用电脑就可直接实现类似PC TO PC的免费通话，PC TO PHONE的低资费。在此之间，用户只需支付现有宽带费用。经调查研究发现，暂时还没有一款能实现脱离电脑主机的独立网络电话机存在，所以应用前景非常广。
如今各国电信运营商都积极投入到VOIP网络系统的建设中，而正在发展的新一代网络标准更是将VOIP应用提高到决定性的高度，将在一个IP网络上同时视频、语音通讯以及数据业务，把传统的电话网络和IP数据网络合而为一，能够大幅度降低运营商的营运成本。
与此同时，伴随数字信息技术和网络技术的高速发展，嵌入式系统在短短数年时间内异军突起，掀起了IT界一场新的技术革命[12]。嵌入式系统是计算机的一种应用形式，通常指埋藏在宿主设备中的微处理机系统。典型机种如微控制器、微处理器和DSP等。嵌入式处理器使宿主设备功能智能化，设计灵活和操作简单，具有功能强、实时性强、结构紧凑、可靠性高和面向对象等共同特点。
1.2  课题来源和设计目的
本论文所论述的课题是一种基于嵌入式芯片Mega16的局域网电话设计及实现。这种设计正是在这样一个VOIP行业蓬勃发展、嵌入式系统日益盛行的大背景下提出的，其目的是要建立一个以IP分组协议为基础的，用以实现在以太网交换系统中实现通话功能，并可以进一步扩展成能在互联网（Internet）上进行通话的终端设备。旨在降低普通PSTN电话资费昂贵，又可充分利用现有局域网和互联网资源，具有一定的科研价值和商业价值。
由于本设计主要实现电话机在局域网环境中的传输，为了更突出目的性，我们将网络电话称为以太网电话。下文中我们将用以太网电话来代替网络电话进行叙述。
1.3  国内外研究现状及发展前景
VOIP是指以分组的形式在基于IP协议的网络上传送语音数据的技术。IP电话是泛指采用VOIP技术通过计算机网络进行话音通信的系统。
VOIP技术最初只是一种互联网上的增值应用，形式也较为简单。随着互联网的普及，其在商业运营中的应用价值被人们发现，很多新兴的电信运营商将VOIP技术引入到电信运营中，并在上个世纪的最后几年内取得了爆炸式的增长。从1999年开始，国内电信运营商也展开了建设基于H.323协议的IP电话长途网络的高潮。最初的IP电话长途网络的接入必须通过传统电路交换网来完成，限制了业务的发展。由此提出将原有的H.323协议中的网关功能进行分解(MGCP/H.248协议)，IETF进而提出了与H.323协议并行发展的会话初始化协议(SIP)。这些协议的提出解决了将IP语音包直接传送到用户终端时存在的一些问题。
目前国内已有的VOIP技术虽然有各种各样的实现方式，但都采用TCP/IP协议作为传输层协议，而且依据的通信协议基本是一致的，如H.323协议、H.248/MGCP协议、SIP协议等。通常把这类通过IP协议传送语音的技术统称为VOIP技术[12]。
基于计算机和普通PSTN的VOIP电话的技术在国内外已经比较成熟。其已经成功地解决了语音压缩、静噪抑制技术、回声消除技术、话音抖动处理技术、话音优先技术等。但还尚缺乏一款独立于计算机，直接通过局域网或互联网进行通话的电话机。它应具有普通电话机使用方便的特点，又要具有像计算机分组打包进行语音通信的优点。