單工機的全雙工轉換裝置的製作方法

2023-05-28 22:38:21 6

專利名稱：單工機的全雙工轉換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種無線通信專用裝置，具體地說是為現有單工方式通信設備擴展為雙工通信模式而設計的專用裝置。
以單工方式工作的對講機是單工機最常見的一種。做為一種移動通信工具，由於工作頻段背景噪聲小，電波傳輸損耗小是其它無線通信頻段無法比擬的。特別是由於其組網成本低廉而在交通指揮、安全保衛、生產調度、野外作業等領域得以廣泛的應用。近幾年來，由於解決了對講機進入市話網的技術障礙而得以在民用移動通訊網方面快速發展。然而單工機致命弱點限制了其發展，這就是單工機的單工通信方式決定必須藉助PTT開關來實現「收」與「發」的轉換，用戶必須手動PTT開關來完成發話和收話的轉換。這種「手」與「口」並用的配合操作往往使非專業用戶感到極不方便，有時甚至會丟失重要的信息，造成通信失敗。這弱點在單工機進入市話網時顯示的更加突出，特別是通話對方不知是單工機入網時幾乎很難實現一次成功的通信。為克服單工機的這一弱點，技術人員做出了大量的研究，提出了多種改進方案①PTT開關隨語音自動轉換而實現的準雙工方案。見《單工信道雙工轉換器》(ZL93215698.3)。其核心技術是通過語音信號實現對PTT開關的自動控制，使對講機的使用者免去「口」與「手」協調操作的困難，產生類似「大哥大」的效果。普通的對講機通過單工機接口裝上這個附屬裝置確有很大的性能提高隨著對該技術方案的進一步改進，其抗幹擾能力，可靠性等方面均有突破，正常通話在效果上已接近「大哥大」，但它必竟只能稱為準雙工，實質上仍是單工模式，也就無法克服雙方同時發話時必定要丟失信息的弱點。特別是雙方處於爭論，或都想搶話時，就誰也無法收全對方的信息。這個弱點是此類技術方案不可克服的。②用壓縮數位訊號分時「收」「發」實現的全雙工方案。最近國外一些專業公司相繼推出了壓縮數位訊號分時傳輸的技術方案。這種方案是將模擬語音信號以標準取樣速率進行A/D轉換，分別存入各方對講機存貯器中，然後按設定的周期內自動實現對PTT開關同步轉換，將雙方的數字語音信號壓縮後各用1/2時間分時佔用信道發給對方機內存貯，然後再分別以標準速率讀出，這樣可以實現雙方全時序狀態下的語言交流，即真正的雙工通信效果。然而，單工機劃定在UHF和VHF頻段，其信道間隔為25KHZ和12.5KHZ。由於移動通信中特別是對手持機要求較小的體積，以及要有較高的信噪比來克服遮擋損耗的影響等特殊條件，使其無法採用自適應技術。所以數字編碼方式只能採取PCM而不能採用ADPCM編碼。這樣A/D轉換的取樣信息量為64KBit。如果採用數字壓縮1倍的模式傳送，其佔用頻寬為每個信道不低於128KHZ，會造成以25KHZ間隔的六個頻道幹擾，這是無線電管理體制不允許的。也是這種技術案推擴應用的極大障礙。根據以上分析可以看出，在現行條件下對現有單工機的全雙工改進技術方案還有待進一步改進。
本實用新型的發明目的是提供一個對單工機改進為全雙工通信方式的新技術方案，即提供一個單工機的全雙工轉換裝置，該裝置藉助壓縮數位技術實現模擬信號的壓縮分時傳輸，從而在保證不超出單工機信道頻寬的原則下實施真正的單工機雙工通信模式。
本實用新型關鍵內容是變壓縮數位訊號傳輸為壓縮模擬信號傳輸。一般語音模擬信號頻率為300HZ-4KHZ，即最大頻寬為4KHZ，壓縮一倍最高頻率增至8KHZ。因而，壓縮模擬信號傳輸不會超出V/U頻段中信道的頻寬限定。如果能實現分時傳輸的技術構思，則單工機的雙工工作方式是有可能實現的。問題的關鍵在於如何去實現語音模擬信號的壓縮方案。壓縮數位訊號傳輸在技術上十分簡單，只須提高數字基帶信號的時鐘頻率即可。但對模擬信號壓縮傳輸就不可能直接完成。採用磁電直接記錄方式時，快速重放的方案是無法實現的。因為錄、放頭的幾何尺寸，錄、放轉換延時，收、發同步處理都不可能在移動式單工機內實現。另外，音頻模擬信號是由一定帶寬的無數個單音組成，每個單音的頻率和幅度是有隨機性的。單音信號的幅度、相位都無法在歷經倍頻，重放後復現。重新合成的模擬信號自然嚴重失真，以至根本無法辯認。所以想藉助倍頻實現模擬信號壓縮也是行不通的。所剩下唯一方案只有藉助數位化技術做中間處理來實現模擬信號的壓縮。即先將模擬信號轉換成數位訊號，完成壓縮處理後，再進行數模轉換，得到壓縮後的模擬信號。壓縮後的模擬信號即可用1/2時間分時完成信息交換，從而實現單工機的雙工通信方式，這正是本實有新型的設計思想。從數位化語音信號傳輸的缺點推出本設計思想也許並不困難，但由於通信雙方均需從模擬信號到數位訊號，再從數位訊號轉化成模擬信號，中間還有壓縮，復原一系列的複雜處理過程，且要保證時序上嚴格同步的相位關係，使具體的實施方案，特別是同步時序管理變得十分複雜，這也正是本實用新型的關鍵和創造點。
為實現以上關鍵，本設計中採取音頻下限做為同步信號的頻率，並使同步信號隨壓縮後的模擬音頻信號發出，做為對方的強制外同步信號被接收，互相校正實現通信雙方嚴格的反相同步的設計方案。並藉助同步信號的分頻信號來控制整個語音信號數位化、壓縮、數模轉換、發射、接收及復原處理的時序基準，實現嚴格的同步。具體的設計如下結構中仍據有與單工機主機連接的單工機接口和PTT開關轉換的控制電路，結構中還包括同步信號發生器，邏輯片選電路，標準錄放電路，倍頻錄放電路和中間寄存器組。同步信號發生器產生的本機同步信號是管理本機電路工作時序的基準信號，又是保證與通信方嚴格反相同步的聯絡信號。因而，來自單工機接口的外同步信號送至同步信號發生器，由外同步信號校正本機同步信號相位，該部分電路所生成的本機同步信號再通過單工機接口送到單工機的調製輸入端，隨音頻信號發送給通信對方做為它的外同步信號。本機同步信號可選取的頻率範圍為280HZ-360HZ，以選取300HZ為好。這部分電路還產生60分頻信號和120分頻信號是本機各部電路按時轉換工作狀態的時序基準。其中60分頻信號分別送至單工機接口中的PTT開關控制端，邏輯片選電路控制端和倍頻錄放電路的讀、寫控制端。其作用是以1/2的設定周期來控制PTT開關的自動轉換，邏輯片選電路對中間寄存器工作狀態選擇，以及倍頻錄放電路的錄、放轉換。如選擇30OHZ同步信號，其轉換時間為200ms。從同步信號發生器還生成120分頻同步信號也送至邏輯片選電路控制端，該信號是設定周期為400ms間隔的中間寄存器工作狀態的，為保障兩種速率下的多種讀、寫狀態，120分頻信號與60分頻信號間應加延時電路，以保證合理的時序分配。
本設計中的邏輯片選電路主要用來控制中間寄存器組工作狀態。由於模擬信號-數位訊號中間處理複雜，且時序要求嚴格，從中間寄存器讀、寫的操作也就繁瑣且嚴格。所以除了來自同步信號發生器的時序控制信號外，邏輯片選電路的選通信號輸入端分別接至標準錄放電路和倍頻錄放電路的狀態控制信號輸出端，即傳遞錄放單元的狀態信號，以決定錄放單元與中間寄存器的時序分配關係。由邏輯片選電路發出的片選通控制信號直接輸至中間寄存器組。
標準錄、放電路和倍頻錄放電路是本設計中的主要工作電路。標準錄放的概念是設定其中的CPU時鐘頻率為基準。倍頻錄放電路中的CPU時鐘頻率為其2倍。藉助兩者工作頻頻的倍數關係實現模擬信號壓縮與復原。由於兩者共用中間寄存器，所以兩者的總線與中間寄存器相連。兩者CPU的ACL線與單工機主控CPU的ACL線相連(沒有CPU的單工機利用開機設定電位與兩者之間的CPU的ACL線相連)。標準錄放電路從單工機接口引入Mic發出的音頻信號，經A/D轉換後以基準速度存入中間寄存器；同時還將已存入中間寄存器的接收音頻信號(數位化)以基準速度取出，經數模轉換後輸至單工機接口並引入其SP口。倍頻錄放電路是以基準速率2倍從中間寄存器中讀出已存在其中的數位化語音信號(相當於壓縮)，經數模轉換形成壓縮模擬信號再輸出至單工機接口送到其調製輸入端，這樣經單工機再發出的即是含有300HZ同步信號的壓縮模擬信號，其佔時間為設定周期的1/2。另外1/2周期單工機所接到的是來自對方手機的壓縮模擬信號(含同步信號)，其由單工機的鑑頻器引出的壓縮模擬信號經單工機接口送入倍頻錄放電路，經模數轉換後以基準速率2倍存入中間寄存器組指定的存貯片子，所佔時間也為1/2周期，即200ms，這時存入該存貯器內的即是收到對方的數位化語音信號，只須用標準速率取出(相當於復原)，再經數模轉換即可得到一個周期內對所發出的全部語音信息。由於標準錄放電路和倍頻錄放電路共有一個中間寄存器組，讀、寫轉換就需要有嚴格的時序分配關係。設計上在標準錄放電路與倍頻錄放電路之音有一個時序分配電路。具體方案可在倍頻錄放電路中增加一個分頻移相器。分頻移相器從倍頻錄放電路取出時鐘頻率信號做延時二分頻處理後送至標準錄放電路做其控制單元中CPU的外引鍾頻率信號，從而起到時序分配的作用。
來自單工機主控CPU的off hook信號通過單工機接口引至同步信號發生器的同步信號輸出控制開關，其實際上是為通信中與單工手機兼容而設定的開關。有設CPU的單工機可以用啟動開關設置高電位的方式代替off hook線傳來的啟動信號。
根據以上分析不難看出，按照以上的結構構思所製成的全雙工轉換裝置，可以通過單工機接口和其主機板相連，並通過對語音信號模數轉化後生成數位化語音信號，通過標準速率的存貯和二倍速率的讀出實現數位訊號壓縮，再經過數模轉換得到壓縮模擬信號，此時信號頻率應在600HZ-8KHZ之間。用這個壓縮模擬信號來控制單工機的調製輸入級，這樣無線傳輸的實際上是壓縮模擬信號。通過同信號的60分頻信號控制PTT轉換實現各佔1/2周期交換雙方的語音信息。收到的壓縮模擬信號再經過模數轉換為壓縮數位訊號，兩倍標準速率下寫入存貯器，再以標準速率讀出，得到復原數位訊號，再經數模轉換還原成標準模擬信號送入單工機SP口放出。其所佔時間也為1/2周期。雖然其過程複雜，同步技術也較難，但由於目前大規模集成電路已非常成熟，實施以上構思並不困難。
下面結合實施例附圖進一步說明本實用新型的發明目的是如何實現的

圖1為本實有新型的結構框圖。
圖2為同步信號發生器的電原理示意圖。
圖3為邏輯片選電路的電原理示意圖。
圖4為標準錄放電路的電原理示意圖。
圖5為倍頻錄放電路的電原理示意圖。
圖6為中間寄存器組的電原理示意圖。
其中1代表單工機接口，其中101腳接單工機主機板的Mic口，102腳接單工機的SP口，103腳接單工機PTT開關控制端，104腳接單工機主控CPU的ACL腳或接單工機設定的高電位，105腳接至單工機的調製輸入端，106腳接單工機鑑頻器的末級輸出端，107腳接單工機主控CPU的off hook信號輸出端或接單工機(沒有CPU的)開關設置的高電位端。2代表同步信號發生器，其中201代表相位控制器，202代表同步振蕩器，203代表分頻電路，204代表延時電路，205代表二分頻電路。3代表邏輯片選電路。4代表標準錄放電路，其中401代表只寫控制器，402代表只讀控制器，403代表濾波器，404代表音頻放大電路。5代表倍頻錄放電路，其中501代表倍頻錄放控制器，502代表濾波器，503代表陷波器，504代表分頻移相器。6代表中間寄存器組，其中601-604代表靜態存貯器。IC1-IC21代表集成電路塊。圖中所涉及的CE，OE，WE，WR口均為負電位有效。
從本實用新型的結構框圖及所給出的實例電原理圖中可以看出同步信號發生器(2)是由相位控制器(201)，同步振蕩器(202)，分頻電路(203)，延時電路(204)和二分頻電路(205)組成。因為本設計的目的是要將單工機轉換成為全雙工的通信模式，所以在規定的周期內要把通話雙方的語音信息(壓縮模擬信號)用前1/2時間和後1/2時間分別送出去，這就需要通信雙方的「收」、「發」嚴格的反相同步。考慮到音頻範圍300-4KHZ，倍頻後為600-8KHZ，如果送取200ms為「收」「發」轉換間隔，那麼需要傳遞的語音信息量為400ms，同步信號應選擇在音頻下限280HZ-360HZ之間，本實施例參考值為300HZ，在與壓縮模擬信號混合傳輸時易於分離出來。相位控制器(201)即是根據以上構思所設計。來自單工機接口(1)105腳的外同步信號及同步振蕩器(202)發出的相位限定信號接到相位控制器(201)，用此來限定外同步信號與本機同步信號的嚴格反相關係。由相位控制器(201)引出的反相(與外同步信號相對而言)信號輸至同步信號振蕩器(202)的調節控制端，其目的在於強制本機產生的300HZ同步信號與外同步信號反相。這樣使同步振蕩器(202)所產生的本機振蕩信號會很快與對方同步信號同步反相。該信號啟同步振蕩器(202)輸出分別送至①單工機接口(1)的105腳，其作用是引至單工手機的調製輸入端，隨壓縮模擬信號混合發給對方手機；②分頻電路(203)，其目的在於以本機同步信號為基準獲得控制其它電路的時序管理信號。經分頻電路(203)分頻所得的時序信號分別送至①單工機接口(1)的103腳，其作用是控制PTT開關的轉換，如取300HZ同步信號，60分頻後可獲得50HZ的時序信號，決定PTT開關每200ms轉換一次；②邏輯片選電路(3)，其作用是作為時序信號產生選通信號；③倍頻錄放電路(5)的讀、寫控制端，其作用是控制高速率狀態下的「讀」和「寫」每200ms轉換一次。所分頻時序信號自203輸出還要經延時電路(204)做移相處理後送至二分頻電路(205)。再將二分頻電路(205)，輸出的信號送至邏輯片選電路(3)的另一控制端(CK0)。延時電路(204)的作用是使用二分頻出來的400ms的同步信號和200ms同步信號的下降沿出現時間間隔，以保證整個電路工作時序的合理分配。
參考附圖2給出的實施例可以進一步看出，同步信號發生器(2)中的相位控制器(201)是由運算放大器(IC3A)、二極體D2、穩壓管D1及外圍阻容元件構成的低通濾波限幅放大器和與非門(IC18D)構成的相位鑑別器所組成。外同步信號自單工機接口(1)的106腳通過電容C29，電阻R29，運算放大器(IC3A)組成的低通濾波器濾去600-8KHZ的壓縮音頻信號，檢出300HZ外同步信號送大與非門(IC18D)的輸入端，與非門(IC18D)的另一個輸入端送入的是來自同步振蕩器(202)的相位限定信號(即本機同步信號的反相信號)。以上結構在本機同步信號與外同步信號同相時會輸出一個負脈衝，強制本機信號移相。相同步信號從與非門(IC18D)輸出至同步振蕩器(202)，其結果形成強迫反相同步。所發出的本機同步信號又使對方強迫反相同步，這樣會在很短時間內實現通信雙方的嚴格反相同步。同步振蕩器(202)是由三極體BG1，雙集極二極體BG2及外圍阻容元件搭成的振蕩電路和三個與非門(IC18A·B·C)搭成的相位調整電路所組成。振蕩器(202)產生的300HZ本機同步信號經電容C22送於單工機接口(1)的105腳，該信號即可發送給對方做外同步信號。與本機同步信號反相的相位限定信號引至與非門(IC18D)的輸入端，同時也送至分頻電路(203)。在IC18A的輸出與IC18C的輸入端串入一個電子模擬開關(IC16A)，其目的是便於轉換單工模式時消除同步噪音。電子開關(IC16A)的控制端接在單工機接口(1)的107腳，受單工機主控CPU發生的off hook信號控制。分頻電路(203)是由兩塊集成電路74LS90(IC14，IC15)搭成的一個60分頻器。其所生成的60分頻信號是本機工作的基準時序信號，它分別送至倍頻錄放電路(5)、邏輯片選電路(3)、單工機接口(1)的103腳和延時電路(204)。延時電路(204)的設置是出自本設計時序分配的需要。具體該電路是由比較放大器(IC21A)，二極體D3，電位器W2，W3及阻容元件搭成的移相器。60分頻的時序控制信號經0.5-1ms的延遲送至二分頻電路(205)。二分頻電路(205)是由集成塊74LS74(IC17A，B)搭成的分頻器，其生成本機同步信號的120分頻延時信號送至邏輯片送電路(3)的另一控制端(CK0)，該信號寬度為400ms，用於做為邏輯片電路(3)的時序控制信號。
附圖3所給出的是本實用新型邏輯片選電路(3)的實施例。具體是由10個非門(IC9，IC10A，B，C，D)，8個與非門(IC11，IC12)和四個或非門(ICBA，B，C，D)搭成的一個時序送通信號發生器。片選通時序控制信號自同步信號發生器(2)的分頻電路(203)和二分頻電路(205)引至本電路的輸入端(CK1，CK0)。狀態控制信號是反應標準錄放電路(4)，或倍頻錄放電路(5)的讀、寫要求的。狀態控制信號自標準錄放電路(4)和倍頻錄放電路(5)引入本電路的狀態控制端。根據時序、狀態要求而進行邏輯組合產生出片送通信號能保證中間寄存器組(6)內的數據分時向不同讀、寫片子內傳輸數據。所產生的片選通信號自四個或非門(IC13)輸出引至中間寄存器(6)的選通信號輸入端。由於延時電路(204)及分頻延時電路(504)的設置使片選通信號之間有2-2.5us的時序間隔能夠充分保證上多讀、寫狀態下共用數據總線的時序分配。
附圖4所給出的是實施例標準錄放電路(4)的電原理示意圖。實施例中標準錄發電路(4)由4個部分組成只寫控制器(401)，只讀控制器(402)，濾波器(403)和音頻放大器(404)。來自單工機接口(1)101腳的Mic信號引入只寫控制器(401)，輸入只寫控制器(401)的Mic信號在其中經模數轉化成為數位化語音信號，然後再輸出至中間寄存器(6)中某一被指定的片子。此時寫入的速率為標準設定速率，所佔用的時間與發話時間相同，但每400ms轉換一個有貯片子，以保證在已寫入的片子被讀出時，不影響全時序下的信號存貯。由於該電路處於全時序「寫」狀態，所以稱其為只寫控制器。在此同時只讀控制器(402)處於全時序「讀」狀態。從通信對方收到的壓縮模擬信號已經數位化後存入中間寄存器組(6)的某一片子中，其所佔有的存貯空間是相同的。從中間寄存器(6)提取的壓縮數位化語音信號輸入只讀控制器(402)，因讀入採取標準速率，所以輸入只讀控制器(402)的信號自然就復原為標準數位化語音信號，經其數模轉換後形成模擬音頻信號輸入濾波器(403)。去除由於處理過程造成的量化噪音後再送到音頻放大電路(404)中放大，再送至單工機接口(1)的102腳，即通向單工機SP口，可以看出標準錄放電路(4)所起的作用，是以選定的標準速率將語音信號數位化存貯下來，或把收到的數位化語言信號以標準速率讀出，擴展復原成正常語音信號。為保證「收」「發」的交替進行，其分為兩個單元分別全時序「讀」或「寫」，每個周期(400ms)轉換一下對接的存貯片子。從電原理圖上可以看出只寫控制器(401)和只讀控制器(402)均採用數字錄放集成塊TC8830F(IC1，IC2)，前者(401)的WR接地，RD腳置高電位，這樣就保證了其永遠處於「寫」狀態。後者(402)的RD接地，WR置高電位，這樣就保證了其永遠處於「讀」狀態。二者的讀、寫控制信號(R/W)送至中間存貯器(6)的WE腳，經反相器(IC21C)的讀寫控制信號送入中間寄存器(6)相應的片子的OE端。二者的ACL線與倍頻錄放電路(5)中的ACL線及單工機主控CPU的ACL線相連。兩個集成塊的時鐘頻率決定其取樣速率，所以倍頻錄放電路(5)與標準錄放電路(4)之間的時鐘頻率應為2倍關係。可以採取二倍頻，也可以採取二分頻的方式來解決。本實施例給出的是二分頻方案。所以，這兩個集成塊(IC1，IC2)的時鐘頻率輸入腳(XIN)分別接在倍頻錄放電路(5)的分頻移向相器(504)的兩個輸出端。實施例中濾波器(403)是由R6，C5組成的低通濾波電路，音頻放大電路(404)則由運算放大器(IC3D)及外圍的阻容元件搭成，來自只讀控制器(404)的DAO腳的音頻信號經濾波放大後接至單工機接口(1)的102腳。
倍頻錄放電路(5)是由倍頻錄放控器(501)，濾波器(502)陷波器(503)，和分頻移相器(504)組成。來自中間存貯器組(6)的數位化語音信號送至倍頻錄放控制器(501)。其所取出的這信號正是只寫控制器(401)在上一個400ms錄入的信息。所取出的信息量仍然是這麼大，只不過倍頻錄放控制器(501)的取樣速率是存入速率的兩倍，即用200毫秒時間全部取出。實質上實現了數位訊號的壓縮。壓縮後再經數模轉換即形成200毫秒的壓縮模擬語音信號，其通過濾波器(502)去掉量化噪音後，送至單工機接口(1)的105腳，這就成為單工機的調製信號，所以400ms的語音，可以200毫秒的時間發射出去。在下一個200毫秒即是本機的接收信號時序。此時通過單工機接口(1)的106腳引出收到的壓縮模擬信號通過陷波器(503)去掉300HZ同步信號後送至倍頻錄放控制器(501)。此時PTT開關已同步轉為「收」狀態，501也從「讀」狀態同步變為「寫」狀態。信號在501經過模數轉換後，壓縮模擬信號變成數位訊號，該數位訊號送至中間寄存器(6)某一選通的片子中。受時鐘工作頻率的限定，其寫入速度與該電路讀取速度相同，那麼同樣在200ms內完成400毫秒語音量的寫入。所存貯的數字信息在一個400毫秒周期內由只讀控制器(402)以標準速度讀取，並傳至SP口放出，這樣就完全實現了全時序下雙方語言信息的交換，即實現全雙工的工作模式。為了保證時序分配和嚴格的同步關係，由倍頻錄放控制器(501)引出時鐘工作頻率信號，送至分頻移相器(504)，經二次延時和分頻後的時鐘頻率信號分別輸至標準錄放電路的兩個控制單元(401，402)1/2的信號如倍頻錄放電路(5)採取的為1024KHZ，則401和402的時鐘工作頻率為512KHZ。二次延時的目的是為了保證三個控制單元(501，401，402)的「讀」「寫」時序分配，保證在任一「讀」或「寫」狀態下與所選通存貯器的對應關係，保證數據總線的有效使用。實質上延時電路(204)和分頻移相器(504)與邏輯片選電路(3)合起來所起的作用是本電路中的時序分配器，來決定存貯器和「讀」「寫」狀態的配合和分配總線的使用權。這部分硬體電路可以省去，用改寫TC8830F內存程序的方法來實現時序分配，也可以不選用TC8830F集成塊，而採用統一的單片機結構，中間加設A/D，D/A轉換器的方式來完成數據的壓縮、復原，模擬信號的壓縮和復原等處理，同樣可以實現全雙工的通信模式。然而，如不重開集成電路片子的話，體積無法保證，可靠性也難以實現，其基本設計構思仍在本實用新型的範疇之內。倍頻錄放電路(5)的實施例中，倍頻錄放控制器(501)也採用數字錄放集成塊TC8830F，外置晶體頻率1024KHZ，讀(RD)和寫(WR)信號端通過一個反相驅動器(IC10E)接至同步信號發生器(2)的分頻電路(203)輸出端。讀寫控制信號(R/W)送入中間寄存器(6)的WE腳，並通過反相器(IC21B)送到中間寄存器(6)相應片子的OE腳。實施例中為601，601的OE腳。濾波器(502)是由R3、R14和C9組成的T型低通濾波器，該濾波器(501)連接在倍頻錄放控制器(501)的DAO腳和單工機接口(1)的105腳之間。陷波器(503)是由兩個運算放大器(IC3B，C)，電位器W1，及外圍阻容元件搭成的600-8KHZ帶通濾波器，這樣能使300HZ的同步信號不能通過，使輸至倍頻錄放控制器(501)的Micn腳的壓縮語音信號去除了同步噪聲，提高了通信質量。分頻移相器(504)是由積分電路(R33，C30)和一個反相驅動器(IC10F)，一個反向觸發器(IC21A)四個與非門及兩個三與非門搭成的二次延時分頻電路。IC10F可選用74LS06，IC21A選用74LS14，控制延時時間0.5us，這樣所輸至標準錄放電路(4)的時鐘信號就錯開了一定相位，其餘的與非門所搭成的是一個奇偶脈衝分離器。這樣501，401，402三個集成塊中的時鐘就在一個晶振信號控制之下錯開了0.5-1us的時序，這將保證總線分配上的合理性。從倍頻錄放控制器(501)的XOUT腳引出時鐘頻率信號接至本電路反相驅動器(IC10F)的輸入端。處理後所得的延時分頻信號分別從兩個三與非門(IC20A，B)引出送至只寫控制器(401)和只讀控制器(402)的外引時鐘頻率腳(XIN)。
中間寄存器組(6)的選擇主要取決每個周期所存貯的信息量大小。用大容量存貯器加程序區化管理也許一個存貯器就可以完成。本實施例所給出的情況是採取400ms的周期，20ms的轉換頻率，512KHZ的標準時鐘頻率和1024KHZ的倍頻錄放來操作時，可不另加任何軟體參與，而配置的中間寄存器組。根據TC8830F片子的技術特性，加上適當配套電路可以只使用2個或3個存貯器，但考慮到各種可種性送取4個靜態隨機存貯器為好。特別是選用HM62256LP片子時，其存貯量與本實用新型實施例給出的整機電路比較配套，所以中間寄存器組(6)可以由2-4個靜態存貯器組成，以送取4個片子為例，每個片子的選通信號控制端接至邏輯片選電路(3)的相應控制腳。存貯器的總線與標準錄放電路(4)和倍頻錄放電路(5)的總線相連，所有片子(601-604)的WE腳與標準錄放電路(4)和信頻錄放電路(5)的(R/W)腳相連。601，602片子的OE腳接受來自501的控制信號，603，604的OE腳接受來自401，402的控制信號。實質上來自401的數據只寫入601，602，402隻從603，604讀取數據，501從601，602讀，向603，604寫。
為使本實用新型所提出的技術方案實施後能和普通單工機兼容，可以在倍頻錄放控制器(501)內預置特定的DTMF雙工控制碼數據，並將該片子的P0-P3口直接與單工機主控CPU的數據總線相連，在本機發出DTMF地址碼進行尋呼時，相繼將特定的DTMF雙工控制數據碼發出，並同時置本機於雙工工作狀態。同時應在本裝置中增設一個解碼器。當被呼單工機收到選呼信號並由解碼器解出的碼被單工機主控CPU確認後，自動將被呼機置於雙工工作狀態，通知用戶開機，並同時發生off hook信號使本機同步信號產生並送發雙工碼至主呼單工機，被主呼雙工機確認後雙工通信方式建立。如果雙方有一個是單工機，沒有特定的DTMF雙工控制碼輸入時單工機的主控CPU會自動將單工機置於單工工作方式，雙方仍可在單工方式下繼續通信。考慮到有些單工機不具備CPU，則可以在本裝置加設一個300HZ同步信號識別器和一個自動延時開關電路。300HZ同步信號識別器的輸入端接在IC3A的輸出端，並能在規定時序下連續收到300HZ信號時會鎖定自動延時開關，如收不到300HZ的同步信號超過規定延時時間則自動延時開關會自動將雙工機置於單工工作狀態此時如是雙工機之間的通話可以保證將自動開關鎖死，任何一方是單工機都會重置雙工機為單工狀態，這樣可以很方便地實現兼容通信。
綜上所述，使用本裝置可以使單工通信方式轉換為全雙工的通信方式，是藉助數字處理技術實現模擬信號壓縮分時傳輸的一個理想可行方案，其單信道頻寬低於8KHz，並不影響U/V頻道劃分的原則，根本上克服了以往技術的缺陷，經模擬試驗其信息傳輸完整，失真度小，通信質量可以和「大哥大」效果比美，是一個值得推廣應用的新技術方案。
權利要求1.一種單工機全雙工轉換裝置，結構中包括單工機接口(1)和PTT開關轉換控制電路部分，其特徵在於a、結構中還包括同步信號發生器(2)，邏輯片選電路(3)，標準錄放電路(4)，倍頻錄放電路(5)和中間寄存器組(6)，b、來自單工機接口(1)106腳的外同步信號送至同步信號發生器(2)，從同步信號發生器(2)產生的本機同步信號通過單工機接口(1)的105腳接至單工機的發射調製輸入端，所產生的60分頻信號分別送至單工機接口(1)的103腳接PTT開關控制端，邏輯片選電路(3)的CK1端和倍頻錄放電路(5)的讀、寫控制端，從同步信號發生器(2)所生成的120分頻信號送至邏輯片選電路(3)的CKO端，c、邏輯片選電路(3)的選通信號輸入端分別接至標準錄放電路(4)和倍頻錄放電路(5)的狀態信號輸出端(E1-E4)，其片選通控制信號輸至中間寄存器(6)，d、標準錄放電路(4)和倍頻錄入電路(5)的總線與中間寄存器(6)相連，其CPU的ACL線與單工機主控CPU的ACL線相連，標準錄放電路(4)從單工機接口(1)的101腳引入來自MIC的音頻信號，同時將接收到的音頻信號通過單工機接口(1)的102腳引入SP口，從倍頻錄放電路(5)輸出的壓縮模擬信號接到單工機接口(1)的105腳引至單工機的調製輸入端，從單工機鑑頻器發出的壓縮模擬信號經單工機接口(1)的106腳送入倍頻錄放電路(5)，e、來自單工機主控CPU的off hook信號通過單工機接口(1)的107腳引至同步信號發生器(2)的同步信號輸出開關，或由單工機啟動開關來設置107腳高電位，f、由倍頻錄放電路(5)輸出的分頻移相時鐘信號至標準錄放電路(4)。
2.根據權利要求1所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於同步信號發生器(2)由相位控制器(201)、同步振蕩器(202)、分頻電路(203)、延時電路(204)和二分頻電路(205)組成，來自單工機接口(1)105腳的外同步信號及同步振蕩器(202)發出的相位限定信號接至相位控制器(201)，相位控制器(201)引出的反相同步信號至同步振蕩器(202)的調控端，由同步振蕩器(202)輸出的本機同步信號分別送至單工機接口(1)的105腳和分頻電路(203)，以分頻所得時序信號分別送至單工機接口(1)的103至PTT開關控制端、邏輯片選電路的一個控制端(CK1)(3)和倍頻錄放電路(5)的讀、寫控制端，分頻信號自203輸出經延時電路(204)移相處理後送至二分頻電路(205)，二分頻電路(205)輸出的控制信號送至邏輯片選電路(3)的另一控制端(CK0)。
3.根據權利要求2所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於a、相位控制器(201)是由運算放大器(IC3A)、二極體D2、穩壓管D1及外圍阻容元件構成的低通濾波限幅放大器和與非門(IC18D)構成的相位鑑別器組成，相同步信號從非門(IC18D)輸出至同步振蕩器(202)，b、同步振蕩器(202)是三極體BG1，雙集極二極體BG2以及外圍阻容元件搭成的振蕩電路和三個與非門(IC18A·B·C)搭成的相位調整電路組成，所產生的本機同步信號送至單工機接口(1)的105腳，與本機同步信號反相的信號送至與非門(IC18D)的輸入端和分頻電路(203)，電子開關(IC16A)的控制端接單工機接口(1)的107腳，相位調整電路中串入同步信號輸出控制開關(IC16A)，c、分頻電路(203)是由兩個集成塊74LS90(IC14，IC15)搭成的分頻器，具體可為60分頻器，所生成的60分頻信號分別送至倍頻錄放電路(5)、邏輯片選電路(3)和延時電路(204)，d、延時電路(204)是由比較放大器(IC21A)，二極體D3，電位器W2，W3及阻容元件搭成的移相器，經延時的60分頻信號送至二分頻電路(205)，e、二分頻電路(205)是由集成塊74LS74(IC17A，B)搭成的分頻器，其生成本機同步信號的120分頻延時信號送到邏輯片選電路(3)的另一控制端(CK0)。
4.根據權利要求1所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於邏輯片選電路(3)具體由10個非門(IC9，IC10A·B·C·D)，8個與非門(IC11，IC12)和四個或非門(IC13A·B·C·D)搭成一個時序選通信號發生器，片選通時序控制信號自同步信號發生器(2)的分頻電路(203)和二分頻電路(205)引至本電路的輸入端(CK1，CK0)，狀態控制信號自標準錄發電路(4)和倍頻錄放電路(5)引入本電路的狀態控制端，所生成的片選通信號自四個或非門輸出引於中間寄存器(6)的選通信號輸入端。
5.根據權利要求1所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於標準錄放電路(4)由只寫控制器(401)只讀控制器(402)，濾波器(403)，音頻放大器(404)組成，來自單工機接口(1)101腳的Mic信號引至只寫控制器(401)，經其數位化處理後輸出至中間寄存器(6)，從中間寄存器(6)提取的壓縮數位化語音信號輸入只讀控制器(402)，經其數模轉換後形成模擬音頻信號輸入濾波器(403)，去除量化噪音後自濾波器(403)引至音頻放大電路(404)，再轉至單工機接口(1)的102腳。
6.根據權利要求5所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於只寫控制器(401)和只讀控制器(402)可採用數字錄放集成塊TC8830F(IC1，IC2)，前者(401)的WR腳接地，RD腳置高電位，後者(402)的RD腳接地，WR腳接高電位，二者的讀寫控制信號(R/W)送至中間寄存器(6)的WE腳，並經反相器(IC21C)送到中間寄存器(603，604)的OE腳，二者的ACL腳與倍頻錄放電路(5)中的ACL及單工機主控CPU的ACL相連，二者的時鐘頻率輸入腳(XIN)分別接在倍頻錄放電路(5)的分頻移相器(504)輸出端。
7.根據權利要求5所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於濾波器(403)是R6，C5組成的低通濾波電路，音頻放大電路(404)由運算放大器(IC3D)及外圍阻容元件搭成，來自只讀控制器(403)的DAO腳的音頻信號經濾波，放大後送至單工機接口(1)的102腳。
8.根據權利要求1所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於倍頻錄放電路(5)由倍頻錄放控制器(501)，濾波器(502)，陷波器(503)和分頻移相器(504)組成，來自中間寄存器組(6)的數位化音頻信號送至倍頻錄放控制器(501)，經壓縮後數模轉換形成壓縮模擬信號通過濾波器(502)送至單工機接口(1)的105腳，通過單工機接口(1)的106腳引入的壓縮模擬信號通過陷波器(503)去掉同步噪音後送至倍頻錄放控制器(501)，模數轉換後的數位訊號送至中間寄存器(6)，由倍頻錄放控制器(501)引出時鐘工作頻率信號送至分頻移相器(504)，經分頻和二次延時的時鐘頻率信號分別輸至標準錄放電路(4)的兩個控制單元(401)、(402)的外引時鐘頻率端(XIN)。
9.根據權利要求8所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於倍頻錄放控制器(501)也採用TC8830F數位化錄放集成塊，外置晶體頻率為1024KHZ，讀(RD)、寫(WR)信號腳通過一個非門(IC10E)接至同步信號發生器(2)的分頻電路(203)輸出端，讀寫控制信號(R/W)送入中間寄存器(6)的WE腳，並通過反相器(IC21B)接中間寄存器(6)中601和602的OE腳，濾波器(502)是曲R13，R14和C19組成的T型低通濾波器，連接在倍頻錄放控制器(501)的DAO腳和單工機接口(1)的105腳之間，陷波器(503)是兩個運算放大器(IC3B·C)，電位器W1，及外圍阻容元件搭成的600-8KHZ帶通濾波器，從單工機接口(1)的106腳引的壓縮音頻信號經陷波器(503)濾去300HZ同步噪聲後送入倍頻錄放控制器(501)的Micn腳，分頻移相器(504)是由一個反向驅動器(IC10F)，一個反向觸發器(IC21A)，四個與非門(IC19)，二個三與非門(IC20A·B)及積分電路R33，C30搭成二次延時分頻電路，從倍頻錄放控制器(501)的XOUT腳引出時鐘頻率信號至反相器(IC10F)的輸入端，延時分頻時鐘信號分別自兩三與非門(IC20A·B)引出送至只寫控制器(401)和只讀控制器(402)的外引時鐘頻率腳(XIN)。
10.根據權利要求1所說的全雙工轉換裝置，其特徵在於中間寄存器組(6)可由2-4個靜態存貯器組成，每個存貯器的片選通信號控制端接邏輯片選電路(3)的相應控制腳，其數據總線與標準錄放電路(4)和倍頻錄放電路(5)的總線相連，靜態存貯器具體可選用HM622564，此時選取4個靜態存貯器(601-604)為好，選取4個存貯器時所有片子(601-604)的WE腳與標準錄放電路(4)和倍頻錄放電路(5)的R/W腳相連，601，602的OE腳接來自501R/W腳的反相信號，603和604接來自401和402R/W腳的反相信號。
專利摘要本實用新型涉及一種單工機的全雙工轉換裝置。所公開的技術方案是將語音模擬信號進行壓縮分時傳送的新結構設計。結構中包括單工機接口，同步信號發生器，邏輯片選電路，標準錄放電路，倍頻錄放電路和中間寄存貯器組。來自單工機的音頻發送信號經模數轉換後以標準速率存貯，再以倍頻速率取出，再經數模轉換後由單工機發出，所收到的壓縮模擬信號經模數轉換後以倍頻速率存貯，以標準速率取出，再經數模轉換實現語音復原。通話雙方各用設定周期的1/2完成全時序下語音信息交換，從而使單工機實現雙工工作模式。
文檔編號H04B1/40GK2245307SQ9521648
公開日1997年1月15日 申請日期1995年7月24日 優先權日1995年7月24日
發明者徐忠義 申請人:秦皇島獲馬電子有限公司