基于FPGA电话终端的网络电话通信系统的研究

摘要

电话通信是目前国内外采用的主要通信方式，在现代信息社会中占有十分重要的地位。随着市场经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对电话的需求量日益增高。目前各企业的电话通信一种是单独建立程控交换电话通信网络，需要支付大量设备费、安装费、线路费、维护和维修费；另一种是利用电信系统提供的电话通信网络，需要支付大量电话费，并且大量的布线给维修带来不便，对环境也造成了影响。随着计算机的普及，计算机网络已经在各个行业中得到了广泛的应用。尤其是企业内部的局域计算机网络，传输速率可达1000 Mbps。但是目前计算机网络主要应用于数据传输，其丰富的带宽资源没有得到充分利用，造成了资源的浪费。
　　 本文利用计算机网络研制了网络电话通信系统，提出一种基于FPGA电话终端的网络电话通信系统的设计方案；在分析了ARP协议、IP协议、ICMP协议和UDP协议的基础上，采用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片EP1C3T144C8设计了网络电话终端的硬件电路，包括电话机接口电路、FPGA控制电路、以太网接口电路等电路，在FPGA中嵌入了51IP内核，将TCP/IP协议移植到51内核中，并编写了网络电话终端的软件，实现对网络电话终端的控制；采用ADPCM压缩算法实现了对语音信号32Kbit/s速率的压缩；采用TCP/IP协议编写了电话终端与服务器的通信软件，实现语音信号数据的网络传输；在VC++的平台上设计了网络电话通信系统的管理软件。
　　 该系统能够利用计算机网络实现电话通信，具有安装方便，节省设备费、安装工程费、线路费、维护维修费、电话费等优点，在企业、教育、科技、电业、银行等行业中具有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文主要创新点

第一章 绪论

1.1 网络电话通信系统的发展现状

1.2 课题研究目的及意义

1.3 课题的主要研究内容

第二章 系统总体设计研究方案

第三章 网络通信协议

3.1 TCP/IP协议族概述

3.2 TCP/IP参考模型及各层功能

3.3 TCP/IP的作用

3.4 TCP/IP协议分析

3.4.1 ARP(地址解析协议)

3.4.2 IP(互联网协议)

3.4.3 ICMP(因特网控制报文协议)

3.4.4 UDP(用户数据报协议)

3.4.5 TCP(传输控制协议)

第四章 硬件电路设计方案

4.1 硬件总体设计

4.2 FPGA控制电路

4.2.1 FPGA最小系统及接口电路

4.2.2 程序存储器及数据存储器电路

4.2.3 拨码开关电路

4.2.4 电平转换电路

4.2.5 24C08接口电路和单片机复位电路

4.3 电话接口电路

4.3.1 用户接口电路

4.3.2 铃流电路

4.3.3 ADPCM编译码电路

4.3.4 DTMF收号电路

4.4 以太网接口电路

第五章 FPGA内部逻辑设计

5.1 VHDL硬件描述语言

5.2 51 IP核最小系统设计

5.3 语音信号接收与发送模块设计

5.3.1 ADPCM编译码时序的设计

5.3.2 ADPCM串并、并串转换模块设计

5.3.3 存储器的设计和监控计数模块设计

5.4 锁存控制设计

第六章 通信软件的设计

6.1 网络终端通信软件的设计

6.1.1 网络终端基本控制部分

6.1.2 以太网传输部分

6.1.3 ARP协议处理程序

6.1.4 IP协议处理程序

6.1.5 ICMP协议处理程序

6.1.6 UDP协议处理程序

6.2 服务器通信软件设计

第七章 服务器管理软件的设计

7.1 数据库部分

7.2 数据管理部分

第八章 结束语

参考文献

发表论文和参加科研情况

致 谢