【文章內(nèi)容簡介】 基帶發(fā)送部分由語音前 置放大、抗混疊濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換和基帶串行發(fā)送四部分組成。如圖 23 所示。 圖 23 基帶發(fā)送部分的構(gòu)成 基帶接收部分的構(gòu)成 基帶接收部分由基帶串行接收、 D/A 轉(zhuǎn)換、平滑濾波和功率放大四部分組成。如圖語音前置放大 抗混疊濾波 A/D 轉(zhuǎn)換 基帶串行發(fā)送 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第二章 無線對講機系統(tǒng) 6 14 所示。 圖 13 基帶接收部分的構(gòu)成 基帶串行接收 D/A 轉(zhuǎn)換 平滑濾波 功率放大 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 7 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)概述及本人完成的工作 本系統(tǒng)采用了以 T666 AD7331 RF2401 及單片機 AT89C51 通過 控制來實現(xiàn)實時語音的數(shù)字化存儲與回放，主要以低通濾波器、放大電路 .T666 AD73311 等硬件電路組成。語音通信在數(shù)字通信中占有十分重要的地位，本次設(shè)計所介紹的 T6668 和 AD73311 所構(gòu)成的數(shù)據(jù)壓縮方法以及 RF2401 的無線傳輸功能，不但可以節(jié)約存儲資源，而且能夠減小對通信帶寬的需求。 AD73311 還是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)含五個 8 位控制寄存器 CRA～ CRE,用于設(shè)定工作狀態(tài)，控制輸入輸出。 AD73311 通過串行口與處理器接口，傳送的是 16 位數(shù)據(jù)，有五種工作模式，分別為：程序模式、數(shù)據(jù)模式、混合模式、模擬 環(huán)路模式、數(shù)字環(huán)路模式。其中前三種是正常的工作模式，后兩種是調(diào)試模式，僅在調(diào)試時使用。五種工作模式由內(nèi)部的控制寄存器 A 中的四位 （ CRA0～ 3） 控制。 系統(tǒng)總體論證 在本次設(shè)計過程中，主要設(shè)計電力載波數(shù)字對講系統(tǒng)，基于惡劣電力網(wǎng)環(huán)境的低壓電力載波技術(shù)得到充分的應(yīng)用，同時應(yīng)用單片機進行人機交互的控制。通過加以技術(shù)改進實現(xiàn)廣播通信 .遠程調(diào)度等應(yīng)用。 首先在進行點對點半雙工通信和廣播通信時，通過麥克風輸入語音信號，而在此過程中首先經(jīng)過 RC 濾波電路，經(jīng)過濾波以后，送入 AD73311 芯片，而此芯片集抽樣 .量 化 .編碼于一身，將模擬信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字編碼，由于二進制數(shù)字編碼位數(shù)較多，其必須進行壓縮，則此過程最理想的電路結(jié)構(gòu)就是采用新型語音壓縮編解碼器，既 AMBE2021。而由 AMBE2021 和 AD73311 構(gòu)成的語音采樣，壓縮，解壓縮實用電路是整個設(shè)計方案中最佳的組合。其中 AD73311 是 A—DI 公司的一種聲碼器芯片，將 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換集于一身，而用 AD73311 來構(gòu)成電路設(shè)計的采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換，而它的采樣速率可以達到 32KHZ。 16 位采樣數(shù)據(jù)，且具有較好的聲音質(zhì)量，再配合 AMBE2021 使用過程 中可取得良好的效果，還可以通過軟件對 AMBE2021 和 AD73311 進行重新設(shè)置，因此在本設(shè)計中使用 AMBE2021 和 AD73311 的結(jié)合，將使語音采樣 .壓縮 .解壓縮的過程十分方便，使用十分靈活。在完成對模擬信號的采樣 .壓縮 .解壓縮的過程以后， AMBE2021 將數(shù)據(jù)送到單片機 8051 中。 系統(tǒng)方案設(shè)計及選擇 在上述設(shè)計過程中對提出的兩種方案進行比較分析，其主要區(qū)別在于 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 8 轉(zhuǎn)換及片外數(shù)據(jù)存儲器的不同。就其分析結(jié)果如下。在方案一中對語音轉(zhuǎn)換采用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，同時對對方送來的數(shù)字信號進行 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，采用兩塊芯片。在將信號轉(zhuǎn)換 完成后 ，通過芯片 AMBE2021 的壓縮及解壓縮送入單片機 AT89C51，在經(jīng)片外數(shù)據(jù)存儲器的暫時存放，等待下一級 AT89C51 的響應(yīng)，當 AT89C51 響應(yīng)后，將數(shù)據(jù)從片外數(shù)據(jù)存儲器中取出，再送給輸出通道。而在方案二中，重點克服了方案一的缺陷，采用了比較好的芯片，尤其在 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換過程中，采用了一個芯片 AD73311， AD73311 最大的優(yōu)點在于將 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換集于一身，使其在實際中對硬件電路的要求降低了，而且也在成本上有很大的優(yōu)勢，所以在 A/D、 D/A 的轉(zhuǎn) 換過程中系統(tǒng)設(shè)計采用芯片 AD73311。 對于方案一中采用兩塊片外數(shù)據(jù)存儲器，其帶來的后果與采用 A/樣的。所以方案二也采用一塊芯片，雙口 RAM，這樣不但給硬件部分帶來很多方便，而且給軟件方面尤其是單片機識別地址過程中更是方便。這樣通過對上述兩種方案的論證分析，采用第二種方案是最佳的。 在這個設(shè)計階段，我們小組將整個系統(tǒng)分解成多個子系統(tǒng)，分別有：語音信號采集系統(tǒng)﹑ A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊﹑接口模塊﹑語音壓縮、解壓縮模塊、無線傳輸系統(tǒng)及信號控制模塊。分開的多個子系統(tǒng)盡量采用通用的接口 ，同時需要考慮各個子系統(tǒng)的接口信號的定義﹑時序﹑電壓范圍以及阻抗匹配等問題。 對各個子系統(tǒng)及實現(xiàn)方略的初步考慮分別做一說明。 （ 1） A/D轉(zhuǎn)換模塊 由于數(shù)字化語音是以 8kHz的抽樣頻率對 ～ 音信號進行采樣，然后按 13 折線 A 律方式壓縮編碼，每個樣值編 8 位，形成每路數(shù)字語音信號的速率為 64kb/s?？梢赃x用的 A/D 和 D/A 的型號很多，在此設(shè)計中我們采用 AD73311 芯片對模擬信號進行數(shù)字化處理。 （ 2） 由于語音壓縮率為 32:1，數(shù)字語音波特率 ，我們選擇了 T6668 對數(shù)字語音進行壓縮編 碼，其壓縮數(shù)據(jù)率在 2kbps ~ 范圍內(nèi)可調(diào)。當速率在 4kbps以上時，可得到接近長途電話的語音質(zhì)量；當速率為 2kbps 時，仍然具有較高的可懂度和自然度。 （ 3） 語音回放時，須將已存儲的數(shù)字化語音信號的數(shù)據(jù)，經(jīng)過 D/A 變換器恢復為模擬語音信號。 （ 4） 對整個系統(tǒng)控制中我們選用單片機 AT89C51。 （ 5） 對于方案一中采用兩塊片外數(shù)據(jù)存儲器，其帶來的后果與采用 A/片是一樣的。 （ 6） 完成后，通過芯片 AMBE2021 的壓縮及解壓縮送入單片機 AT89C51，在經(jīng)片外 數(shù)據(jù)存儲器的暫時存放，等待下一級 AT89C51 的響應(yīng)，當 AT89C51 響應(yīng)后，將數(shù)據(jù)從片外數(shù)據(jù)存儲器中取出，再送給輸出通道。而在方案二中，重點克服了方案一的缺陷，采用了比較好的芯片，尤其在 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換過程中，采用了一個芯片 AD73311，蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 9 AD73311 最大的優(yōu)點在于將 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換集于一身，使其在實際中對硬件電路的要求降低了，而且也在成本上有很大的優(yōu)勢，所以在 A/D、 D/A 的轉(zhuǎn)換過程中系統(tǒng)設(shè)計采用芯片 AD73311。 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由 T6668， AD73311， RF2401 等組成，如下圖所示： 工作原理 模 擬的語音信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，經(jīng) AD73311送到 T6668。而 T6668將送過來的二進制數(shù)字信號經(jīng)過采樣、壓縮成數(shù)據(jù)包的形式后，送單片機 AT89C51的 時由十六分頻器分頻后將 CLK信號送向 RXD端，當單片機接收到信號后，通過軟件識別。并由雙口 RAM將其數(shù)據(jù)存儲后等待下一級單片機的響應(yīng)，在完成這些后，采用異步串行通信方式 3與擴頻通信芯片 SC1128進行全雙工通信，再送到電力接口電路，經(jīng)過耦合、放大、濾波送至低壓電力線上，而在此耦合過程中，發(fā)送和接收共用一個耦合變壓器。由于 T6668每 20ms產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)包，用 1ms發(fā) ,9ms收。其對方也是一樣，所以在下一個數(shù)據(jù)包產(chǎn)生的過程中將會實現(xiàn)一次全雙工通信。再經(jīng)上述的相反過程經(jīng) T6668的解碼，還原出二進制數(shù)字信號，再經(jīng) AD73311的數(shù)模轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換成模擬的語音信號，通過放大后經(jīng)揚聲器播出，既可實現(xiàn)所有用戶的點對點的通信和廣播。 蘭州工業(yè)高等專科學校 第四章 T6668 單片機 8031 的接口電路 10 第四章 T666 RF2401和單片機 8051的接口電路 T6668 和單片機 8051 的接口電路所下圖所示： 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第四章 T6668 單片機 8031 的接口電路 11 無線接收與發(fā)射電路 nRF_CSnRF_PWR_UPnRF_CEnRF_CLK2nRF_CLK1nRF_DR2nRF_DR1nRF_DOUT2nRF_DATARFIO10nFC321nFC3322KR96C37C3833nFC341MR971 216MHzY3XTALC41C421pFC401pFC3922pFC3522pFC36CE1DR22CLK23DOUT24CS5DR16CLK17DATA8DVDD9VSS10XC211XC112VDD_PA13ANT114ANT215VSS_PA16VDD17VSS18IREF19VSS20VDD21VSS22PWR_UP23VDD24U15nRF2041L5L310nHL6L4RFIOAntennaDA2CLK2DOUT2 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第五章 軟件仿真和調(diào)試 12 第五章 軟件仿真和調(diào)試 基帶發(fā)送部分的仿真和調(diào)試 基帶發(fā)送部分的仿真和調(diào)試包括前置放大電路的仿真和調(diào)試、抗混疊濾波器的仿真和調(diào)試 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路的仿真和調(diào)試、基帶串行發(fā)送的仿真和調(diào)試四部分。 前置放大電路的仿真和調(diào)試 （ 1） ISIS 軟件仿真電路 用 NE5532 作單級的語音前置放大器，其仿真電路如圖 51 所示。 圖 51 前置放大器的仿真電路 （ 2） ISIS 軟件仿真結(jié)果 用 NE5532 作單級的語音前置放大器，其仿真結(jié)果如表 51 所示。 表 51 前置放大器的仿真 Vin(mVpp) f(Hz) Vo (Vpp) Avo=Vo/Vin Av|dB= 20*lg(Av/Avmax) 20 20 70 3 200 2 100 0 2k 2 100 0 10k 70 3 其大致的幅頻特性曲線如圖 52 所示。蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第五章 軟件仿真和調(diào)試 13 圖 52 前置放大器的仿真幅頻特性曲線 抗混疊濾波器的仿真和調(diào)試 （ 1） ISIS 軟件仿真電路 用 uA741 作抗混疊濾波器，其仿真電路如圖 53 所示。 圖 53 抗混疊濾波器的仿真電路 （ 2） ISIS 軟件仿真結(jié)果 用 uA741 作抗混疊濾波器，其仿真結(jié)果如圖 53 所示。 表 32 前置 放大器的仿真 Vin(mVpp) f(Hz) Vo (mVpp) Avo=Vo/Vin Av|dB= 20*lg(Av/Avmax) 200 0 400 2 0 1k 400 2 0 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 第五章 軟件仿真和調(diào)試 14 270 10k 40 大致的幅頻特性曲線如圖 54 所示。 圖 34 抗混疊濾波器的仿真幅頻特性曲線 （ 4）由于抗混疊濾波器與平滑濾波器設(shè)計相同，其仿真結(jié)果也一樣。 A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真和調(diào)試 （ 1）程序方案 PIC16F8 77A 單片機 先 A/D 轉(zhuǎn)換，后由 SPI 主模式傳輸 8 位 AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。在定時器0 計數(shù)期間， A/D 采樣開關(guān)閉合，當定時器 0 產(chǎn)生溢出中斷后，在中斷程序中先進行 A/D轉(zhuǎn)換，得到 10 位數(shù)字量，按左對齊放于寄存器 ADRESH 和 ADRESL 的低 2 位，只取存放高 8 位 AD 結(jié)果的 ADRESH 中的采樣值存入 SSPBUF，從而實現(xiàn)發(fā)送。其時序圖如圖 55所示。 圖 55 A/D 轉(zhuǎn)換電路和基帶串行發(fā)送的時序圖 （ 2）程序代碼 include //采用 PIC16F877A的 SPI主模式 傳輸 8位的 AD 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù) //SPI主模式下只 要向 SSPBUF存入數(shù)據(jù)，就可由 SDO串行 輸 出 //在中斷中 進 行 A/