摘 要： 研究了智能呼叫系统，能实现64人呼叫，在有人呼叫时，启动语言对话系统，实现呼叫者和值班管理员对话，显示第一或优先呼叫者编码，并有光声提示，同时还能存储多人呼叫信息。将系统分成若干部分，主要包括呼叫信号编码和译码电路、呼叫存储电路、语音放大电路、控制电路、模拟电子开关电路、模拟选择/分配电路等部分。数字部分功能用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3实现。
关键词： 智能呼叫系统；TOP-DOWN层次化方法；语音放大电路；FPGA
随着国家经济和社会的不断发展，人们的生活品质在不断的提高，对生活方便要求、对人身及财物安全保障要求也在不断地提高。呼叫系统顺应人们的要求应运而生。家庭安全、住宿安全、医院呼叫、商场呼叫和学校呼叫等无一能离开呼叫系统，呼叫系统的智能化和方便实用是提升某一区域生活品质的重要标志。目前使用的呼叫系统多为基于单片机的，结构复杂，功能不全，智能化程度不高，维修不方便。而在系统可编程逻辑器件由于具有设计和实现功能方便、100%编程、开发无风险且可靠性高的优点，因此得到广泛的应用。本文用其中的高密度器件现场可编程门阵列（FPGA）作为核心器件来实现数字控制部分的逻辑功能。
1 总体方案设计
该系统所要实现的主要功能有：
（1）在有人呼叫时，能实现呼叫成功者和值班员相互对话；
（2）第一呼叫员或优先呼叫员呼叫成功，数码管能显示其编号，没人呼叫时不显示；
（3）能用LED指示现在有哪些人在呼叫；
（4）有人呼叫时，LED亮闪和喇叭响；
（5）值班员拨动响应开关对话，对完话按系统复位按钮即可实行下次呼叫对话。
按上面要求，设计出系统总体方案图如图1所示。
系统通电后即可正常工作，这时如果有人呼叫，第一或优先呼叫员的信号送给FPGA器件，经过处理后发出相应的编码显示信号，由外接数码管显示，如无人呼叫数码管不显示；同时发出控制放大器工作、LED和喇叭工作的控制信号，使语音对话放大器工作、LED亮闪和喇叭发声；还发出控制模拟信号选择和分配的地址信号，选择相应的呼叫话筒信号到语音对话放大器，同时将值班话筒信号经语音对话放大器分配到相应呼叫者的喇叭，实现对话。每次系统只显示第一或优先呼叫员的编号，值班员只能和其对话，以免干扰和混乱。对话结束后，值班员按复位按钮，实现系统总复位即可进入下次呼叫对讲状态。同时根据呼叫者LED亮即可知道目前有哪些人呼叫过。
2 FPGA逻辑功能设计
FPGA器件是系统的核心器件，本文采用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3实现数字控制系统的逻辑功能。使用TOP—DOWN层次化设计，该数字控制系统由64—6优先编码器、二进制BCD码转换器、七段译码器和控制门等部分组成。其工作原理：开始工作时，优先编码器接收负脉冲呼叫信号输入，第一或优先呼叫者有效，输出6位二进制编码信号，经过二进制BCD码转换器转换成BCD码，再经过七段译码器输出呼叫者编号。编码信号再通过三态控制门输出作为模拟选择和分配器的地址，有人呼叫时才有控制地址输出。一旦有人呼叫，“与非门”输出为1，通过“或门”禁止其他人呼叫编码，因此只显示第一个人的呼叫编号。此外在有人呼叫时，右下方的控制门即输出控制语音放大器工作、控制LED闪烁和喇叭（LB）发声的的控制信号。其顶层设计电路框图如图2所示。
3 主要外围电路设计
3.1 呼叫信号发生器设计
呼叫者要发出如图3（a）的呼叫负脉冲信号，开关K闭合时即呼叫。在对话时，呼叫者要发出如图3（b）的话筒信号，该信号经过语音放大电路推动喇叭工作。
其电路原理图如图6所示，由A1构成的话筒放大器对语音信号进行放大，由中间两个运放A构成的带通滤波器滤除杂散信号，让纯语音信号通过，功率放大器对语音信号进行功率放大，以便推动喇叭工作。
3.4 呼叫者LED点亮电路
在有人呼叫时，其相应的RS触发器74LS279的置位端为低电平，触发器被置位，相应的发光管被点亮。凡是发光管被点亮说明相应的编号有人呼叫过。只有在和第一位呼叫者对话后，值班管理员按系统复位信号后，所有被点亮的发光管才会熄灭。呼叫者LED点亮电路图如图7所示。
3.6 掉电保护电路
本系统的核心器件是EPF10K10TC144-3，属于FPGA类型器件，为方便使用，需要对其配备掉电保护装置，这样系统通电时，FPGA器件可立刻发挥逻辑功能。掉电保护电路如图9所示。
具体操作如下：在开关全断开的情况下，计算机并行口通过ByteBlaster接口将.sof文件下载到FPGA类器件里，实现对FPGA器件的编程；需要掉电保护时，首先要对EPC2LC20器件编程，方法是：在文件编译前选择好保护器件EPC2LC20，在开关全断开的情况下，计算机并行口通过JTAG接口将编译后产生的.pof文件下载到EPC2LC20器件里，实现对EPC2LC20器件的编程；最后将所有的开关闭合，系统在断电后再通电时，就由EPC2LC20器件自动地对FPGA类器件下载编程，实现对FPGA类器件的掉电保护。
本系统经过方案设计和论证、软件和硬件设计、精选器件、安装焊接调试，各功能全部实现，且操作简单方便。科技的发展不但要给人民带来物质生活水平的提高，更重要的要带来精神水平的提高，人身的安全和生活的方便是精神水平提高的一个重要标志。多功能、智能化的呼叫系统将会越来越受到人们的青睐。本系统属于一键式开关系统，在医院、住宅区、商场和学校等场合可得到广泛的应用。