摘 要： 研究了智能呼叫系統(tǒng)，能實現(xiàn)64人呼叫，在有人呼叫時，啟動語言對話系統(tǒng)，實現(xiàn)呼叫者和值班管理員對話，顯示第一或優(yōu)先呼叫者編碼，并有光聲提示，同時還能存儲多人呼叫信息。將系統(tǒng)分成若干部分，主要包括呼叫信號編碼和譯碼電路、呼叫存儲電路、語音放大電路、控制電路、模擬電子開關電路、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實現(xiàn)。
關鍵詞： 智能呼叫系統(tǒng)；TOP-DOWN層次化方法；語音放大電路；FPGA
隨著國家經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們的生活品質(zhì)在不斷的提高，對生活方便要求、對人身及財物安全保障要求也在不斷地提高。呼叫系統(tǒng)順應人們的要求應運而生。家庭安全、住宿安全、醫(yī)院呼叫、商場呼叫和學校呼叫等無一能離開呼叫系統(tǒng)，呼叫系統(tǒng)的智能化和方便實用是提升某一區(qū)域生活品質(zhì)的重要標志。目前使用的呼叫系統(tǒng)多為基于單片機的，結(jié)構(gòu)復雜，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計和實現(xiàn)功能方便、100%編程、開發(fā)無風險且可靠性高的優(yōu)點，因此得到廣泛的應用。本文用其中的高密度器件現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）作為核心器件來實現(xiàn)數(shù)字控制部分的邏輯功能。
1 總體方案設計
該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要功能有：
?。?）在有人呼叫時，能實現(xiàn)呼叫成功者和值班員相互對話；
?。?）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，沒人呼叫時不顯示；
（3）能用LED指示現(xiàn)在有哪些人在呼叫；
?。?）有人呼叫時，LED亮閃和喇叭響；
?。?）值班員撥動響應開關對話，對完話按系統(tǒng)復位按鈕即可實行下次呼叫對話。
按上面要求，設計出系統(tǒng)總體方案圖如圖1所示。
系統(tǒng)通電后即可正常工作，這時如果有人呼叫，第一或優(yōu)先呼叫員的信號送給FPGA器件，經(jīng)過處理后發(fā)出相應的編碼顯示信號，由外接數(shù)碼管顯示，如無人呼叫數(shù)碼管不顯示；同時發(fā)出控制放大器工作、LED和喇叭工作的控制信號，使語音對話放大器工作、LED亮閃和喇叭發(fā)聲；還發(fā)出控制模擬信號選擇和分配的地址信號，選擇相應的呼叫話筒信號到語音對話放大器，同時將值班話筒信號經(jīng)語音對話放大器分配到相應呼叫者的喇叭，實現(xiàn)對話。每次系統(tǒng)只顯示第一或優(yōu)先呼叫員的編號，值班員只能和其對話，以免干擾和混亂。對話結(jié)束后，值班員按復位按鈕，實現(xiàn)系統(tǒng)總復位即可進入下次呼叫對講狀態(tài)。同時根據(jù)呼叫者LED亮即可知道目前有哪些人呼叫過。
2 FPGA邏輯功能設計
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實現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的邏輯功能。使用TOP—DOWN層次化設計，該數(shù)字控制系統(tǒng)由64—6優(yōu)先編碼器、二進制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：開始工作時，優(yōu)先編碼器接收負脈沖呼叫信號輸入，第一或優(yōu)先呼叫者有效，輸出6位二進制編碼信號，經(jīng)過二進制BCD碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，再經(jīng)過七段譯碼器輸出呼叫者編號。編碼信號再通過三態(tài)控制門輸出作為模擬選擇和分配器的地址，有人呼叫時才有控制地址輸出。一旦有人呼叫，“與非門”輸出為1，通過“或門”禁止其他人呼叫編碼，因此只顯示第一個人的呼叫編號。此外在有人呼叫時，右下方的控制門即輸出控制語音放大器工作、控制LED閃爍和喇叭（LB）發(fā)聲的的控制信號。其頂層設計電路框圖如圖2所示。
3 主要外圍電路設計
3.1 呼叫信號發(fā)生器設計
呼叫者要發(fā)出如圖3（a）的呼叫負脈沖信號，開關K閉合時即呼叫。在對話時，呼叫者要發(fā)出如圖3（b）的話筒信號，該信號經(jīng)過語音放大電路推動喇叭工作。
其電路原理圖如圖6所示，由A1構(gòu)成的話筒放大器對語音信號進行放大，由中間兩個運放A構(gòu)成的帶通濾波器濾除雜散信號，讓純語音信號通過，功率放大器對語音信號進行功率放大，以便推動喇叭工作。
3.4 呼叫者LED點亮電路
在有人呼叫時，其相應的RS觸發(fā)器74LS279的置位端為低電平，觸發(fā)器被置位，相應的發(fā)光管被點亮。凡是發(fā)光管被點亮說明相應的編號有人呼叫過。只有在和第一位呼叫者對話后，值班管理員按系統(tǒng)復位信號后，所有被點亮的發(fā)光管才會熄滅。呼叫者LED點亮電路圖如圖7所示。
3.6 掉電保護電路
本系統(tǒng)的核心器件是EPF10K10TC144-3，屬于FPGA類型器件，為方便使用，需要對其配備掉電保護裝置，這樣系統(tǒng)通電時，F(xiàn)PGA器件可立刻發(fā)揮邏輯功能。掉電保護電路如圖9所示。
具體操作如下：在開關全斷開的情況下，計算機并行口通過ByteBlaster接口將.sof文件下載到FPGA類器件里，實現(xiàn)對FPGA器件的編程；需要掉電保護時，首先要對EPC2LC20器件編程，方法是：在文件編譯前選擇好保護器件EPC2LC20，在開關全斷開的情況下，計算機并行口通過JTAG接口將編譯后產(chǎn)生的.pof文件下載到EPC2LC20器件里，實現(xiàn)對EPC2LC20器件的編程；最后將所有的開關閉合，系統(tǒng)在斷電后再通電時，就由EPC2LC20器件自動地對FPGA類器件下載編程，實現(xiàn)對FPGA類器件的掉電保護。
本系統(tǒng)經(jīng)過方案設計和論證、軟件和硬件設計、精選器件、安裝焊接調(diào)試，各功能全部實現(xiàn)，且操作簡單方便?？萍嫉陌l(fā)展不但要給人民帶來物質(zhì)生活水平的提高，更重要的要帶來精神水平的提高，人身的安全和生活的方便是精神水平提高的一個重要標志。多功能、智能化的呼叫系統(tǒng)將會越來越受到人們的青睞。本系統(tǒng)屬于一鍵式開關系統(tǒng)，在醫(yī)院、住宅區(qū)、商場和學校等場合可得到廣泛的應用。