【正文】 總之，我覺得此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲不僅僅是完成了課題的任務(wù)，更重要的是 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我對(duì)學(xué)過的書本知識(shí) 有了更深的理解， 比如通信原理課上老師跟我們講的語音信號(hào)的編碼，我能將老師課堂上教的東西，自己寫程序?qū)崿F(xiàn)語音信號(hào)編碼，能把書本上學(xué)到的理論應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，真正地做到了學(xué)以致用。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 第 六 章 總結(jié)和展望 本設(shè)計(jì)是利用 LED 發(fā)出的光作為無線傳輸 介質(zhì)，系統(tǒng)發(fā)射端采集到的語音信號(hào)和溫度信號(hào) 可通過可見光 信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇邮斩?顯示出和播放出來 。音頻輸入端口接地時(shí)，測(cè)試接收裝置噪聲有效值小于 70mv，且接收裝置裝有接收信號(hào)指示燈。在輸入接口加入語音信號(hào)，然后進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)軟件和硬件的基本功能分別調(diào)試好后 ,進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。 軟 件調(diào)試 本系統(tǒng)程序量較大，因此采用我較熟悉的 STM32F103 進(jìn)行程序 編寫，縮短了程序開發(fā)的時(shí)間，提高 了程序編寫效率。在進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，必須借助 Keil 單片機(jī) 開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件，對(duì)硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試 ，及時(shí)的排除硬件故障。 在芯片 未插入電路板之前，用萬用表檢查電路板上線路是否連接正常，檢查是否存在短路。 //屏蔽、幅值設(shè)置 DACCR|=012。 //DAC1輸出緩存不使能 BOFF1=1 DACCR|=02。=0XFFF0FFFF。 當(dāng) DAC 的參考電壓為 refV 的時(shí)候（對(duì) STM32F103RCT6 來說就是 ）， DAC 的電壓是線性的從 0～ refV ， 12位模式下 DAC輸出電壓與 refV 以及 DORx寄存器的計(jì)算公式如下： )4095/(VD A C out D O R xre f ?? (41) 語音信號(hào)經(jīng)解碼后直接從 MCU的 DA 通道輸出 ，本設(shè)計(jì) 采用 DAC 通道 1（ PA4）輸出模擬電壓，其 DAC 初始化流程圖如圖 。 開 始初 始 化 相 應(yīng) IO口復(fù) 位 SSD 1306驅(qū) 動(dòng) IC初 始 化 代 碼開 啟 顯 示清 0顯 存結(jié) 束 圖 OLED 屏初始化流程圖 語音信號(hào)輸出 本系統(tǒng)的處理器 STM32F103RCT6 的 DAC模塊是 12 位數(shù)字輸入，電壓輸出型的 DAC。在4線 SPI 模式下，寫操作時(shí)序如下： 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 圖 SPI時(shí)序圖 OLED 點(diǎn)陣與常規(guī) LCD 點(diǎn)陣的顯示方式相同。 //標(biāo)志位清零 } } Rx_Flag = 0。 //存儲(chǔ)溫度高八位數(shù)據(jù) Flag++。 //DA輸出 } else if(Flag == 0 amp。 //溫度數(shù)據(jù)和接收溫度數(shù)據(jù)標(biāo)志位 void Decode_Rend(void) { if(Rx_Flag == 1)//接收到數(shù)據(jù) { if(Flag == 0 amp。 //發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù) } Flag++。 //發(fā)送溫度低八位 } else //發(fā)送語音信號(hào) { Ad_data = Get_Adc(ADC_Channel_1)。//全局變量 ,標(biāo)志位 void Code_Send(void) { u16 Ad_data。語音信號(hào)與溫度信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸采用時(shí)分復(fù)用方湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 式。 } else//為正 { data = data + 2048。 //段落 6 case 7 : data = 1024 + para_in * 64。 //段落 4 case 5 : data = 256 + para_in * 16。 //段落 2 case 3 : data = 64 + para_in * 4。 //段落 0 case 1 : data = 16 + para_in * 1。//段落碼 polar = code amp。 para_in = (code amp。 A律 13 折線編碼具體程序見附件 u8 Pcm_Code(u16 data)編碼函數(shù)，程序先判斷其極性，然后判斷其段落碼，最后判斷段內(nèi)碼后就完成了整個(gè)編碼過程 。這 8 位安排如下： 1c 432c cc 8765c ccc 極性 碼 段落碼 段內(nèi)碼 1） 1c 為極性碼，正極用 1 表示，負(fù)級(jí)用 0表示。然后，每段再均勻地 16 等分，每一等分作為一個(gè)量化分層。 13 折線 A律主要用于歐洲各國、非洲地區(qū)所采用的 PCM30/32 路基群中。 開 始I2C起 始 信 號(hào)發(fā) 送 寫 命 令發(fā) 送 器 件 地 址I2C起 始 信 號(hào)發(fā) 送 讀 命 令讀 取 溫 度 值I2C停 止 信 號(hào)停 止 圖 TMP275 溫度讀取流程圖 編碼與 解碼 信源編碼與解碼 語音信號(hào)編碼方式主要有脈沖編碼調(diào)制（ PCM）、差分脈沖編碼調(diào)制（ DPCM）、增量調(diào)試等。 //開啟 AD 校準(zhǔn) while(ADC1CR2amp。13)。 //通道 1 采樣時(shí)間清空 ADC1SMPR2|=73。=~(0XF20)。 //軟件控制轉(zhuǎn)換 ADC1CR2|=120。=~(11)。 //工作模式清零 ADC1CR1|=016。=~(314)。 //ADC1 時(shí)鐘使能 RCCAPB2RSTR|=19。 開 始初 始 化 P A 1使 能 A D C 1時(shí) 鐘開 啟 A D 轉(zhuǎn) 換 器結(jié) 束設(shè) 置 單 次 轉(zhuǎn) 換 工 作 模 式設(shè) 置 A D C 分 頻 因 子 圖 ADC1 通道初始化流程圖 ADC 初始化 程序如下： void Adc_Init(void) { RCCAPB2ENR|=12。它的抽樣速率的下限是由抽樣定力決定的。接收到了溫度信號(hào) 就 更新其 溫度值，接收到的語音信號(hào)則對(duì)其解碼后直接從 STM32F103 的 DA輸出。在定時(shí)器中斷函數(shù)中，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位 Flag(0～ 255)，通過標(biāo)志位來控制分時(shí)發(fā)送溫度標(biāo)志位、發(fā)送溫度和發(fā)送AD 采集后編碼的數(shù)值 ， 發(fā)射裝置 語音信號(hào)采集是 通過 ADC 的單通道模式自動(dòng)采集數(shù)據(jù) 。通過 R11 可調(diào)節(jié)音頻功放輸入信號(hào)的幅值 ， LM386 增益設(shè)定為 50，輸出端接電阻為 8? 喇叭播放出來 。 經(jīng)平滑濾波器輸出的語音信號(hào)，其幅度 0～ 3V，為滿足題目要求的 的功率輸出，音頻功率放大器采用典型器件 LM386 制作， LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，最大輸出功率可達(dá) ，為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。選擇帶通濾波器濾出 300Hz～3400Hz 語音信號(hào)頻率范圍的信號(hào)，可有效地抑制噪聲。 +GNDD/CCS1FSOCS2SPI2_SCKSPI2_MOSI12345678OLED 圖 液晶接口電路 語音信號(hào)輸出模塊 語音信號(hào)經(jīng) STM32F103 的 DA 輸出，為了濾除噪聲減小干擾，由于語音信號(hào)的頻率是在 300Hz 和 3400 Hz之間，所以需要采用帶通濾波器。 CS132184U5ALM393GND GNDC24104C2510uFGNDR262KVCCR221KR29203C27104VCCR1910KRXI310uHGNDD3BPW34C26103R211KR18680K503R20C2310uHI2C22VCCVCCGNDGNDGNDGNDC28104VCCD4BPW34R2839KR2739KVCC+32184U4ANE5532R23203GND 圖 光信號(hào)接收電路 人機(jī)接口 顯示 模塊 本系統(tǒng)以單色 OLED 顯示屏（ 128 64）點(diǎn)陣構(gòu)成人機(jī)接口的硬件基礎(chǔ)。 R2110KSDA1SCL2ALERT3GND4A25A16A07V+8U3TMP275R2010KSDASCLC22104DGND1 圖 TMP275溫度傳感器電路 發(fā)射 接收 電路模塊 發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路 是 直接從 STM32F103 的 IO 口輸出信號(hào)， 然后用 NPN 型 三極管 來 驅(qū)動(dòng)LED 燈，其發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示，其中 R5電位器可調(diào)節(jié)其 LED 燈的亮度，相當(dāng)于調(diào)節(jié)發(fā)射功率。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 IN1G2OUT3U1K78051000uF/35VC1GNDC3100uFC4VCC+5V~1~2+45U2DB107220V_AC2D2LEDGND121Header2122Header2220V_B1 2D1M7C5104/630R130k123 456K110mHI1GND GND GND GNDGND123U3LM1117C610ufC710ufC8104C9104+T1TRANS1保險(xiǎn)絲VCC+5V 圖 系統(tǒng) 穩(wěn)壓 電源 電路 信號(hào)采集模塊 語音信號(hào)調(diào)理模塊 語音 信號(hào)前級(jí)處理主要是對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行放大，是其適合在 STM32F103RCT6 的 AD輸入電壓范圍 0～ 之間，電路原理圖如圖 所示 。本次設(shè)計(jì)發(fā)射接收部分均專門設(shè)計(jì)了以 STM32F103RCT6 為主控的系統(tǒng)板，發(fā)射接收的系統(tǒng)板相同，其系統(tǒng)板把 STM32F103RCT6 芯片的 I/O 口用間距 引出 來 ，方便其靈活應(yīng)用 ，具體 電路如圖 所示。因此，必須按系統(tǒng)中對(duì)電平要求最高的器件條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 單片機(jī)系統(tǒng)的大部分芯片都以脈沖方式工作，對(duì)于較小的系統(tǒng)，功率消耗的脈沖特性尤為 突出，而 對(duì)于 較大的系統(tǒng) ，由于器件功耗的分散性，使得系統(tǒng)整體的功率消耗比較平穩(wěn)。 方 案二： TMP275 是一個(gè)精度為 ℃ 、兩線制、串行輸出溫度傳感器，采用 I2C湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 與主控通信，可直接輸出數(shù)字信號(hào)。 如圖 為 BPW34 的光譜靈敏度。時(shí)鐘頻率為 72MHz 時(shí)， I/O 可以滿足音頻加數(shù)字信號(hào)的發(fā)射速度， STM32 功耗 36 mA，是 32 位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 mA/MHz。 方案三： STM32F103 嵌入式處理器 STM32F103 嵌入式處理器是意法半導(dǎo)體公司的 32 位處理器 。除此之外 ，軟件編寫的難易程度也是重要考慮的 因素。 白 光 接收M C U濾 波語 音信 號(hào)M C U信 號(hào)調(diào) 理L E D 發(fā) 射發(fā) 射 裝 置 接 收 裝 置音 頻 功放溫 度 傳感 器O L E D 圖 白光通信裝置系統(tǒng)架構(gòu) 處理器的選取 目前單片機(jī)己經(jīng)進(jìn)入廣泛發(fā)展時(shí)代，種類很多，如何選擇性價(jià)比最優(yōu)，開發(fā)容易，開發(fā)周期最短的產(chǎn)品，是 設(shè)計(jì)師 要 思考的重要 問題之一。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 第 二章 總體方案設(shè)計(jì) 與論證 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)使用可見光信道，由發(fā)射裝置將語音信號(hào)和溫度信息實(shí)時(shí)定向傳輸至接收裝置，且傳輸距離不 小于 2m。對(duì)于射頻通信，射頻信號(hào)對(duì)人體有害，也不能無限制地增加發(fā) 射功率，而對(duì)于發(fā)射的是可見光，故發(fā)射功率較高。 與傳統(tǒng)的射頻通信 和紅 外通信相比，可見光通信具有節(jié)約能源、發(fā)射功率高 、無電磁干擾 和無需申請(qǐng)頻譜資源 等優(yōu)點(diǎn)，因此可見光通信技術(shù)具有極大的發(fā)展前景。白光 LED的另外一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)制，因此可以用其進(jìn)行超高速數(shù)據(jù)傳輸。這些設(shè)想方案提出時(shí)， LED照明技術(shù)還沒有受到重視，對(duì) LED 可見光通信的關(guān)鍵技術(shù)也沒有進(jìn)行深入研究，其影響力有限。 2020 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主中村修二在訪臺(tái)期間也預(yù)言 ,“ LED 產(chǎn)業(yè)的下個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用是可見光通信。隨著 LED 產(chǎn)業(yè) 的迅猛發(fā)展 ,基于 LED 照明 設(shè)備的一系列 智能照明應(yīng)用被越來越多的挖掘出來 ,LED 燈泡也隨之變得更加的智慧和神奇。 LED 是基于 PN