【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)傳輸速率，250Kbps、1Mbps◆低功耗設計，接收時工作電流18mA，0dBm功率發(fā)射時13mA，掉電模式時僅為400uA◆多通道工作模式，125個數(shù)據(jù)通道，通道切換時間≤200us，滿足多點通訊和調(diào)頻需要◆硬件的CRC校驗和點對多點的地址控制◆SPI通訊端口，適合與各種MCU連接，編程簡單◆可通過軟件設置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù)包長度◆MCU可通過接收完成引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收圖35 無線通訊模塊 Wireless munication modulenRF24L01++的所有配置工作都是通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，把其配置為ShockBurstTM收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字，而如把其配置為直接收發(fā)模式只需要2字節(jié)的配置字。由上文對nRF24L01++工作模式的介紹，我們可以知道，nRF24L01++一般工作于ShockBurstTM收發(fā)模式，這樣，系統(tǒng)的程序編制會更加簡單，并且穩(wěn)定性也會更高，因此，接下來重介紹把nRF24L01++配置為ShockBurstTM收發(fā)模式的器件配置方法。ShockBurstTM的配置字使nRF24L01++能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nRF24L01+工作的過程中，只需改變其最低一個字節(jié)中的內(nèi)容，以實現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個部分：（1）數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nRF24L01+能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗碼；（2）地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nRF24L01+能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；（3）地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址；（4）CRC：使nRF24L01+能夠生成CRC校驗碼和解碼。當使用nRF24L01+片內(nèi)的CRC技術時，要確保在配置字中CRC校驗被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF24L01++。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。通過以上了解到無線通訊模塊的操作主要是與主控制芯片之間的交流，所以要取得無線通訊的良好效果，最主要是實現(xiàn)主控制芯片程序的初始化，使接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時候不出現(xiàn)錯幀現(xiàn)象，同時采用一定的濾波電路，可減少惡劣環(huán)境的電磁干擾。nRF24L01+無線模塊的模式介紹：（1）直接收發(fā)模式在直接收發(fā)模式下，nRF24L01+如傳統(tǒng)的射頻收發(fā)器一樣工作。當微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，把CE置高；nRF24L01+射頻前端被激活；所有的射頻協(xié)議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址和CRC校驗碼)。直接接收模式一旦nRF24L01+被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據(jù)天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)；CLK1引腳也開始工作；一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協(xié)調(diào)工作，把射頻數(shù)據(jù)包以其被發(fā)射時的數(shù)據(jù)從DATA引腳送給微控制器；這頭必須是8位；DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內(nèi)部進行。（3）配置模式在配置模式，15字節(jié)的配置字被送到nRF24L01+，這通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。（4）空閑模式nRF24L01+的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優(yōu)點是，實現(xiàn)節(jié)能的同時，縮短芯片的起動時間。在空閑模式下，部分片內(nèi)晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關，如外部晶振為4MHz時工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內(nèi)容保持在nRF24L01+片內(nèi)。（5）關機模式在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1uA。關機模式下，配置字的內(nèi)容也會被保持在nRF24L01+片內(nèi)，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。 轎廂機語音模塊設計語音處理模塊的框圖如圖36所示，其中AMBE1000是語音處理模塊的核心，是數(shù)字化語音通訊的主要模塊。當壓縮語音數(shù)據(jù)時，它可以通過話筒采集語音信息，將語音信息壓縮，然后被主控制芯片K60讀取并儲存。當處于解壓語音數(shù)據(jù)時，主控制芯片K60將語音壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給語音芯片，語音芯片解壓語音壓縮數(shù)據(jù)，然后通過D/A轉(zhuǎn)換器，接下來將語音的模擬信號放大，再通過喇叭播放出去。圖36 語音通訊模塊結構框圖圖36 語音通訊模塊框圖 Voice munications block diagram1）語音處理模塊根據(jù)對語音構成的分析，應運而生了多種針對音頻信號的壓縮編碼算法，如CELP、RELP、VSELP、MPMLQ、LPCMBE等，它們通過不同的算法，實現(xiàn)對音頻信號的編碼。這些壓縮編碼算法的壓縮速率、語音清晰度各有所長，其中美國DVSI（Digital Voice System Inc）公司提出的AMBE（Advanced MultiBand Excitation）壓縮編碼算法較為杰出。AMBE是基于MBE技術的低比特率、高質(zhì)量語音壓縮算法，具有音質(zhì)好且編碼速率較低等優(yōu)點，編碼速率低可以減輕單片機的負擔。AMBE1000是一款高性能、多速率的語音編碼/解碼芯片，語音編碼/解碼速率可以在2400～9600bps之間以50bps的間隔變化，即使在2400bps的時候，仍能保持自然的聲音質(zhì)量和語音可懂度。在芯片內(nèi)部有相互獨立的語音編碼/解碼單元，可實現(xiàn)同時編碼與解碼，并且所有的編碼/解碼操作都能在AMBE1000內(nèi)部完成，不需要額外的存儲器。AMBE1000的這些特性使它非常適合于語音通信、語音存儲以及其它需要對語音進行數(shù)字處理的場合，也正是這款芯片被廣大產(chǎn)品應用的原因。 圖37 AMBE1000芯片 AMBE1000 chipAMBE1000是 Digital Voice Systems公司的語音編/解碼芯片，用來實現(xiàn)雙工的語音編碼/解碼等功能，能實現(xiàn)較低傳輸速率要求下的高質(zhì)量通話。它采用先進的 AMBE壓縮算法。目前，這種算法因其能實現(xiàn)低速率傳輸與高音質(zhì)的優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用。AMBE1000具有很多優(yōu)秀的獨特之處： 低硬件成本與高音質(zhì)，無需外部設備，具有比特差錯低與背景噪聲效果良好的特性，～，可自動插入舒適噪聲，也可以認為插入舒適噪聲，可選的串行與并行接口，自帶回聲抑制功能，DTMF信號的檢測與產(chǎn)生，低功耗。AMBE1000最基本的組成部分就是兩個獨立的編碼器與解碼器。編碼器接收8KHZ采樣的語音數(shù)據(jù)（16bit線性，8bit A律，8bit U律）并以一定的速率輸出數(shù)據(jù)。同理，解碼器接收數(shù)據(jù)并合成語音數(shù)據(jù)。編碼器與解碼器接口的時序是完全異步的，完全獨立。AMBE1000讀寫一幀數(shù)據(jù)所需的時間遠小于 20ms，在20ms間隔內(nèi)，單片機除了能夠讀取1幀或?qū)懭?幀數(shù)據(jù)外，還有大量的時間處理其他的事件。這種特性可以大大地減輕單片機的負荷，也可能使得單片機在半雙工的低速通道內(nèi)實現(xiàn)全雙工的語音通話。AMBE1000采用A/DD/A芯片CSP1027S作為語音信號的接收。輸入輸出的語音數(shù)據(jù)流的格式是相同的（16bit線性的，8bit A律，8bit U律）。AMBE1000芯片如圖37所示。 圖38 CSP1027S電路 Voice processing circuit after2）A/DD/A轉(zhuǎn)換芯片CSP1027SCSP1027S是A/DD/A轉(zhuǎn)換芯片，其外接電路如圖38所示。CSP1027S芯片有回聲抵消、VAD（語音激活檢測）、睡眠模式、數(shù)據(jù)/前向糾錯速率等功能，這些功能由外圍管腳或輸入到解碼器的命令幀數(shù)來決定，并且送往解碼器用于控制的數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)是不同的。A/DD/A芯片的選擇對本系統(tǒng)的語音通訊的音質(zhì)有著極為重要的影響。用A律與U律在采樣時對數(shù)據(jù)做壓縮可以減少壓縮后的數(shù)據(jù)位數(shù)，為了提高聲音音質(zhì)，采用了16 bit線性的芯片。選擇芯片時要特別注意信號與噪聲的比例，以及濾波器的頻率響應是否夠快。 A/DD/A的接口可以通過軟硬件對其進行操作，時鐘和激勵信號可以由外部高低電平送入，也可以由單片機產(chǎn)生。由于D/A轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號電流很低，功率很小，不能直接驅(qū)動擴音器，所以在D/A芯片的輸出還需要添加一個功率放大芯片，在這個系統(tǒng)中功率放大芯片采用AB類功放芯片。該芯片的驅(qū)動功率可達2W，也可以通過放大比例調(diào)節(jié)輸出的音量，所以特別試用于嘈雜的場所。信道接口使芯片易于與設計的系統(tǒng)相連接?；镜男诺澜涌谟写锌诤筒⑿锌冢袃煞N工作模式，主動模式和被動模式，模式選擇的信號可以在芯片內(nèi)部進行設定也可以通過外部電平輸入。AMBE1000正常工作時，每20ms輸出一幀壓縮數(shù)據(jù)，壓縮后的數(shù)據(jù)送給AMBE1000的進行解碼操作。AMBE1000的編碼器和解碼器的數(shù)據(jù)有固定的格式，固定格式的目的就是為壓縮數(shù)據(jù)提供對齊信息，防止亂碼。AMBE1000的格式有幀格式和非幀格式。并口模式只在幀格式時工作，串口模式在幀格式和非幀格式皆可以工作。幀格式和非幀格式都為了實現(xiàn)相同的功能：為壓縮語音數(shù)據(jù)提供定位信息。在幀格式模式時，每20ms編碼器輸出一幀固定格式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，其中包含了10位控制位。實際上就是按一定的波特率壓縮數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)信道間傳輸。在幀格式下，系統(tǒng)需要在傳送編碼數(shù)據(jù)的同時傳送足夠的信息，這些信息可以使解碼器解壓縮語音數(shù)據(jù)。 非幀格式下，編碼器的輸出數(shù)據(jù)實際是連續(xù)的聲音壓縮數(shù)據(jù)，這些壓縮數(shù)據(jù)中不僅包含了語音數(shù)據(jù)，還包含了幀的數(shù)據(jù)信息。這種非幀格式會減輕信道的帶寬負荷。缺點是解碼器在解碼語音數(shù)據(jù)前需要接收1012幀的數(shù)據(jù)才能達到與數(shù)據(jù)同步的目的。非幀格式下，每幀只指定一位數(shù)據(jù)用于語音數(shù)據(jù)的對齊，在更高誤碼率的信道中，需要增加更多的對齊位才使數(shù)據(jù)更好的還原（用幀格式就能很容易實現(xiàn)）。當工作于幀格式時，信道數(shù)據(jù)的接口可以是串行或并行。而非幀格式只可以工作于串行。幀格式可以工作在主動模式和被動模式，非幀格式卻只能工作在被動模式。壓縮數(shù)據(jù)由兩部分組成：語音數(shù)據(jù)和前向糾錯數(shù)據(jù)。前向糾錯數(shù)據(jù)加到語音數(shù)據(jù)中，可以使解碼器能夠糾正一定量的錯誤數(shù)據(jù)，而使數(shù)據(jù)能夠使用。如果信道傳輸時誤碼率較多，那么就應該增加前向糾錯數(shù)據(jù)的位數(shù)。當然要提高聲音音質(zhì)，就必須有更多的語音數(shù)據(jù)位。2） 音頻放大電路圖39 LM4890音頻放大電路 LM4890 audio amplifier circuit語音處理模塊圖片如圖310所示。AMBE1000是一款非常優(yōu)秀的語音處理芯片；其能達到的最低壓縮速率和音質(zhì)來看，已經(jīng)達到了極為先進的水平。這使得它得到了廣泛應用與良好的使用前景；但是其壓縮算法為非標準語音壓縮算法，致使由AMBE1000構成的語音處理系統(tǒng)只能用在某些專用網(wǎng)上。即便如此，它仍不失為在語音處理領域一款優(yōu)秀的處理器。圖310 語音處理模塊 Voice processing module 轎廂機鍵盤電路相對普通的矩陣鍵盤，由硬件進行譯碼是編碼鍵盤的優(yōu)點，減輕了CPU的負荷，軟件簡單，但是電路相對普通矩陣鍵盤要復雜一些。在工作過程中，微處理器既要接收和處理CAN總線上的數(shù)據(jù)，還要對大量的語音數(shù)據(jù)進行處理和播放，工作量比較大，所以為了減少CPU的時間和資源占用，決定了采用編碼鍵盤，如圖311所示。編碼鍵盤的硬件圖如圖311所示，由16個按鍵，兩片74LS148編碼器，4個PNP三極管和電阻組成。圖311 編碼鍵盤原理圖 Schematic coding keyboard74LS148是8線3線優(yōu)先編碼器，管腳圖如圖312所示。引腳功能：0－7 編碼輸入端(低電平有效)EI 選通輸入端(低電平有效) A0、AA2 編碼輸出端(低電平有效) GS 寬展端(低電平有效)EO 選通輸出端 圖312 74LS148編碼器引腳圖 74LS148 encoder pin diagram編碼鍵盤可以接在單片機的中斷引腳上。在沒有按鍵被按下時，U4和U6的輸入端全部由上拉電阻使電壓穩(wěn)定在高電平，按照功能表，U6的A0，A1，A2引腳輸出高電平，同時U6的GS管腳輸出高電平，由于EI低電平有效，使U4禁止工作，U4的A0，A1，A2引腳輸出高電平，所以數(shù)據(jù)口的電平一直為高，為0b 1111 1111并一直保持。當有按鍵被按下時，加入S1按鍵被按下，U6的3號引腳與接地電阻R18導通，雖然此時引腳上有一定電壓，但是因為上拉電阻較大，低于單片機判斷是否為高電平的閾值，故U6認為3號腳輸入低電平，按照真值表A0，A1，A2輸出為0b 001，同時U6的GS輸出低電平，使能U4。有S1被按下，三極管Q1的基極與R10導通，致使U4的0號引腳上為低電平，A0，A1，A2輸出為0b 111，同時GS輸出低電平，產(chǎn)生中斷。此時數(shù)據(jù)口的電平為0b01110100,由單片機進行讀值，進而判斷是哪一個按鍵被按下。表31 74LS148編碼器功能表 74LS148 encoder menuInputsOutputsEI01234567A2A1A0GSEOHHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLLHHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLH