摘 要： 研究了智能呼叫系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)64人呼叫，在有人呼叫時(shí)，啟動(dòng)語(yǔ)言對(duì)話系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)呼叫者和值班管理員對(duì)話，顯示第一或優(yōu)先呼叫者編碼，并有光聲提示，同時(shí)還能存儲(chǔ)多人呼叫信息。將系統(tǒng)分成若干部分，主要包括呼叫信號(hào)編碼和譯碼電路、呼叫存儲(chǔ)電路、語(yǔ)音放大電路、控制電路、模擬電子開(kāi)關(guān)電路、模擬選擇/分配電路等部分。數(shù)字部分功能用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： 智能呼叫系統(tǒng)；TOP-DOWN層次化方法；語(yǔ)音放大電路；FPGA
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的生活品質(zhì)在不斷的提高，對(duì)生活方便要求、對(duì)人身及財(cái)物安全保障要求也在不斷地提高。呼叫系統(tǒng)順應(yīng)人們的要求應(yīng)運(yùn)而生。家庭安全、住宿安全、醫(yī)院呼叫、商場(chǎng)呼叫和學(xué)校呼叫等無(wú)一能離開(kāi)呼叫系統(tǒng)，呼叫系統(tǒng)的智能化和方便實(shí)用是提升某一區(qū)域生活品質(zhì)的重要標(biāo)志。目前使用的呼叫系統(tǒng)多為基于單片機(jī)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能不全，智能化程度不高，維修不方便。而在系統(tǒng)可編程邏輯器件由于具有設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)功能方便、100%編程、開(kāi)發(fā)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)且可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。本文用其中的高密度器件現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）作為核心器件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制部分的邏輯功能。
1 總體方案設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的主要功能有：
?。?）在有人呼叫時(shí)，能實(shí)現(xiàn)呼叫成功者和值班員相互對(duì)話；
?。?）第一呼叫員或優(yōu)先呼叫員呼叫成功，數(shù)碼管能顯示其編號(hào)，沒(méi)人呼叫時(shí)不顯示；
?。?）能用LED指示現(xiàn)在有哪些人在呼叫；
（4）有人呼叫時(shí)，LED亮閃和喇叭響；
?。?）值班員撥動(dòng)響應(yīng)開(kāi)關(guān)對(duì)話，對(duì)完話按系統(tǒng)復(fù)位按鈕即可實(shí)行下次呼叫對(duì)話。
按上面要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總體方案圖如圖1所示。
系統(tǒng)通電后即可正常工作，這時(shí)如果有人呼叫，第一或優(yōu)先呼叫員的信號(hào)送給FPGA器件，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)出相應(yīng)的編碼顯示信號(hào)，由外接數(shù)碼管顯示，如無(wú)人呼叫數(shù)碼管不顯示；同時(shí)發(fā)出控制放大器工作、LED和喇叭工作的控制信號(hào)，使語(yǔ)音對(duì)話放大器工作、LED亮閃和喇叭發(fā)聲；還發(fā)出控制模擬信號(hào)選擇和分配的地址信號(hào)，選擇相應(yīng)的呼叫話筒信號(hào)到語(yǔ)音對(duì)話放大器，同時(shí)將值班話筒信號(hào)經(jīng)語(yǔ)音對(duì)話放大器分配到相應(yīng)呼叫者的喇叭，實(shí)現(xiàn)對(duì)話。每次系統(tǒng)只顯示第一或優(yōu)先呼叫員的編號(hào)，值班員只能和其對(duì)話，以免干擾和混亂。對(duì)話結(jié)束后，值班員按復(fù)位按鈕，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總復(fù)位即可進(jìn)入下次呼叫對(duì)講狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)呼叫者LED亮即可知道目前有哪些人呼叫過(guò)。
2 FPGA邏輯功能設(shè)計(jì)
FPGA器件是系統(tǒng)的核心器件，本文采用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的邏輯功能。使用TOP—DOWN層次化設(shè)計(jì)，該數(shù)字控制系統(tǒng)由64—6優(yōu)先編碼器、二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換器、七段譯碼器和控制門等部分組成。其工作原理：開(kāi)始工作時(shí)，優(yōu)先編碼器接收負(fù)脈沖呼叫信號(hào)輸入，第一或優(yōu)先呼叫者有效，輸出6位二進(jìn)制編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，再經(jīng)過(guò)七段譯碼器輸出呼叫者編號(hào)。編碼信號(hào)再通過(guò)三態(tài)控制門輸出作為模擬選擇和分配器的地址，有人呼叫時(shí)才有控制地址輸出。一旦有人呼叫，“與非門”輸出為1，通過(guò)“或門”禁止其他人呼叫編碼，因此只顯示第一個(gè)人的呼叫編號(hào)。此外在有人呼叫時(shí)，右下方的控制門即輸出控制語(yǔ)音放大器工作、控制LED閃爍和喇叭（LB）發(fā)聲的的控制信號(hào)。其頂層設(shè)計(jì)電路框圖如圖2所示。
3 主要外圍電路設(shè)計(jì)
3.1 呼叫信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)
呼叫者要發(fā)出如圖3（a）的呼叫負(fù)脈沖信號(hào)，開(kāi)關(guān)K閉合時(shí)即呼叫。在對(duì)話時(shí)，呼叫者要發(fā)出如圖3（b）的話筒信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)語(yǔ)音放大電路推動(dòng)喇叭工作。
其電路原理圖如圖6所示，由A1構(gòu)成的話筒放大器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大，由中間兩個(gè)運(yùn)放A構(gòu)成的帶通濾波器濾除雜散信號(hào)，讓純語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)，功率放大器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行功率放大，以便推動(dòng)喇叭工作。
3.4 呼叫者LED點(diǎn)亮電路
在有人呼叫時(shí)，其相應(yīng)的RS觸發(fā)器74LS279的置位端為低電平，觸發(fā)器被置位，相應(yīng)的發(fā)光管被點(diǎn)亮。凡是發(fā)光管被點(diǎn)亮說(shuō)明相應(yīng)的編號(hào)有人呼叫過(guò)。只有在和第一位呼叫者對(duì)話后，值班管理員按系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)后，所有被點(diǎn)亮的發(fā)光管才會(huì)熄滅。呼叫者LED點(diǎn)亮電路圖如圖7所示。
3.6 掉電保護(hù)電路
本系統(tǒng)的核心器件是EPF10K10TC144-3，屬于FPGA類型器件，為方便使用，需要對(duì)其配備掉電保護(hù)裝置，這樣系統(tǒng)通電時(shí)，F(xiàn)PGA器件可立刻發(fā)揮邏輯功能。掉電保護(hù)電路如圖9所示。
具體操作如下：在開(kāi)關(guān)全斷開(kāi)的情況下，計(jì)算機(jī)并行口通過(guò)ByteBlaster接口將.sof文件下載到FPGA類器件里，實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA器件的編程；需要掉電保護(hù)時(shí)，首先要對(duì)EPC2LC20器件編程，方法是：在文件編譯前選擇好保護(hù)器件EPC2LC20，在開(kāi)關(guān)全斷開(kāi)的情況下，計(jì)算機(jī)并行口通過(guò)JTAG接口將編譯后產(chǎn)生的.pof文件下載到EPC2LC20器件里，實(shí)現(xiàn)對(duì)EPC2LC20器件的編程；最后將所有的開(kāi)關(guān)閉合，系統(tǒng)在斷電后再通電時(shí)，就由EPC2LC20器件自動(dòng)地對(duì)FPGA類器件下載編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA類器件的掉電保護(hù)。
本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)和論證、軟件和硬件設(shè)計(jì)、精選器件、安裝焊接調(diào)試，各功能全部實(shí)現(xiàn)，且操作簡(jiǎn)單方便?？萍嫉陌l(fā)展不但要給人民帶來(lái)物質(zhì)生活水平的提高，更重要的要帶來(lái)精神水平的提高，人身的安全和生活的方便是精神水平提高的一個(gè)重要標(biāo)志。多功能、智能化的呼叫系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越受到人們的青睞。本系統(tǒng)屬于一鍵式開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，在醫(yī)院、住宅區(qū)、商場(chǎng)和學(xué)校等場(chǎng)合可得到廣泛的應(yīng)用。