【正文】 在目前，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)傳輸率較高的產(chǎn)品，例如韓國的RadioPulse公司的ZigBee收發(fā)器MG2450/MG2455的數(shù)據(jù)傳輸率可設(shè)為500Kbps和1Mbps；臺灣達盛電子（UBEC）的UZ2400的傳輸數(shù)率也可以設(shè)定為625Kbps，飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC1322x系列器件的傳輸數(shù)率更是高達2Mbps，但數(shù)據(jù)率提高后，也就難以與其他公司產(chǎn)品兼容。同時可以針對具體應(yīng)用對ZigBee協(xié)議棧進行刪減，去掉不需要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能，以使MCU對語音數(shù)據(jù)的編解碼能夠更好地完成。故要在這種情況下獲得理想的語音通信效果，需要更低碼率的編碼器，例如將目前編碼器的32Kbps數(shù)據(jù)率降到16Kbps或更低。如果延時不可以接受，解決方案是減少幀長度，但帶來的問題是傳輸效率會降低，進而增加了帶寬占用。由于時間所限，論文未對基于ZigBee進行語音通信做進一步研究，但考慮到ZigBee協(xié)議棧ZStack的MAC層就是TIMAC，現(xiàn)在的語音數(shù)據(jù)幀長度是57字節(jié)，如果加上ZigBee網(wǎng)絡(luò)層幀頭的長度8字節(jié)（最大），為65字節(jié)，仍小于網(wǎng)絡(luò)層最大幀載荷94字節(jié)，故在星形網(wǎng)絡(luò)條件下，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)層傳語音應(yīng)該是可以實現(xiàn)的。這種數(shù)據(jù)率情況下，使用SmartRF Studio軟件工具測試，誤碼率達到了較低水平（小于萬分之五），對減少丟幀，提高語音質(zhì)量帶來了好處。為達到最大傳輸效率，理論上應(yīng)使用最大載荷打包，但長的數(shù)據(jù)幀也更容易被外界干擾信號破壞，同時也增加了語音遲延。在傳輸命令數(shù)據(jù)時，仍使用應(yīng)答和重發(fā)機制；但在傳送語音數(shù)據(jù)時，則取消應(yīng)答和重發(fā)。這部分工作也通過TIMAC協(xié)議棧實現(xiàn)。因此要對特定設(shè)備通信，必須使用IEEE地址，但是為了減少傳輸數(shù)據(jù)，也可采用16位網(wǎng)絡(luò)地址尋址。通常網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有兩種尋址方式，分別通過64位的IEEE地址（擴展地址）和16位的網(wǎng)絡(luò)地址（短地址）來尋找網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。使用TIMAC可以無需考慮無線通訊協(xié)議等復(fù)雜處理，而在MAC層上進行應(yīng)用程序開發(fā)，提高了開發(fā)效率。源碼由TI公司免費發(fā)布，使用TIMAC無需繳版稅，可在TI官方網(wǎng)站下載。ADC_SINGLE_CONVERSION（0x00）。//允許ADC AIN0作為輸入//設(shè)定ADC啟動條件為‘11’=1ADC_SAMPLE_SINGLE（）。故本系統(tǒng)使用12位/8KHz采樣，每次采樣時間是125μs。語音信號頻帶為300—3400Hz，與電話線路類似。其主要特點有：模塊化、可擴展的集成開發(fā)環(huán)境a、創(chuàng)建和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的無縫集成開發(fā)環(huán)境b、強大的工程管理器允許在同一工作區(qū)管理多個工程c、層次化的工程表示方法d、自適應(yīng)窗口和浮動窗口管理e、現(xiàn)成的頭文件、芯片描述文件以及鏈接器命令文件，可以支持絕大多數(shù)芯片f、帶有針對不同8051評估板的代碼和工程范例最先進的CSPY調(diào)試器復(fù)雜代碼和數(shù)據(jù)斷點b、非常精細的運行控制尺度（函數(shù)調(diào)用級的步進）c、堆棧窗口監(jiān)測存儲器的使用和堆棧的完整性d、甚至在高度優(yōu)化前提下也完全支持堆棧展開e、代碼覆蓋率和Profiling性能分析工具f、帶表達式的跟蹤功能，以查看代碼運行的歷史g、對寄存器、結(jié)構(gòu)、調(diào)用鏈、本地變量、全局變量和外圍接口寄存器進行全面監(jiān)控高度優(yōu)化的C/C++編譯器支持C和C++b、自帶MISRA C檢查器c、完全支持大多數(shù)經(jīng)典型和擴展型8051架構(gòu)d、針對特定目標(biāo)的嵌入式應(yīng)用程序語言擴展e、通過專用運行時的庫模塊來支持硬件乘法器外設(shè)模塊IAR開發(fā)環(huán)境工作界面如下：39 IAR軟件開發(fā)環(huán)境界面 ADC參數(shù)配置CC2430的8通道ADC支持12位分辨率，ADC時鐘由32位MHz系統(tǒng)時鐘8分頻得到。該集成開發(fā)環(huán)境中包含了IAR的C/C++編譯器，匯編工具，鏈接器，庫管理器，文本編輯器，工程管理器和CSPY?調(diào)試器。 軟件設(shè)計 IAR開發(fā)環(huán)境簡介CC2430的軟件開發(fā)環(huán)境是IAR Embedded Workbench for MCS51評估版。由于FLASHRAM是非易失器件，斷電等因素不會使存儲的語音丟失。硬件電路的設(shè)計①語音的采集電路，首先要選擇語音采集芯片—APR9600，下圖為芯片APR9600管腳排列： 圖36 芯片APR9600管腳排列注：表32 管腳功能說明管腳功能管腳功能M1第一段控制或連續(xù)錄放控制（低電平有效）1SP外接喇叭負端M2第一段控制或連續(xù)快進控制（低電平有效）1VCCA模擬電源正端M3第三段控制（低電平有效）1MICIN話筒輸入端M4第四段控制（低電平有效）1MICREF話筒輸入基準(zhǔn)確M5第五段控制（低電平有效）1AGC自動增益控制端M6第六段控制（低電平有效）ANAIN線路輸入端OSCR震蕩電阻2ANAOUT線路輸入端（話筒放大器輸出端）M7第七段控制及片溢出指示（低電平有效）2STROBE工作期間閃爍指示燈輸出端（低電平有效）M8第八段控制（低電平有效）及操作模式選項2CE復(fù)位、停止或啟動鍵、停止鍵（高電平有效）BUSY忙信號輸出（工作時為0，平時為1）2MSEL1模式設(shè)置端1BE鍵聲選擇（按1為有鍵聲，0則無）2MSEL2模式設(shè)置端1VSSD數(shù)字電路電源地2EXTCLK外接振蕩頻率端（用內(nèi)部時鐘接地）1VSSA模擬電路電源地2RE錄放選擇端（0為錄音、1為放音）1SP+外接喇叭正端2VCCD數(shù)字電路正電源②APR9600芯片的全功能的使用圖37 APR9600芯片的全功能框圖圖38 APR9600芯片的全功能電路圖注：在APR9600芯片的內(nèi)部，錄音時外部音頻信號可以通過話筒輸入和線路輸入方式進入，話筒可采用普通的駐極體話筒，在芯片內(nèi)話筒放大器（PreAmp）中自帶自動增益調(diào)節(jié)（AGC），可由外接阻容件設(shè)定響應(yīng)速度和增益范圍。接收語音時，讀取射頻 收發(fā)器FIFO緩存的語音數(shù)據(jù)，并由PWM通道輸出，以完成語音播放。35圖 語音通信平臺各個部分的主要功能：APR9600：通過話筒接受到的語音，經(jīng)過芯片的處理得到的模擬信號就發(fā)送給2430處理；從2430模塊接受到的語音通過一系列的處理就可以直接驅(qū)動喇叭實現(xiàn)語音的輸出。硬件總體構(gòu)架語音通信系統(tǒng)的總體架構(gòu)為：以CC2430 ZigBee單芯片為核心，利用其8051單片機內(nèi)核的ADC外設(shè)完成對語音信號的A/D轉(zhuǎn)換，利用PWM功能構(gòu)成DAC完成語音的播放，數(shù)據(jù)的收發(fā)則通過片內(nèi)的RF前端完成，外圍附加放大與濾波電路。另外其使用的某些器件如32MHz 3mm*，價格也較高，故換成5mm*6mm的，體積略大但不會有太大影響，價格便宜也容易購買。TI提供了模塊的參考設(shè)計，故可以作為參考。 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。用1個32 MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個電容（C191和C211）構(gòu)成一個32 MHz的晶振電路。內(nèi)部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。 CC2430 芯片的典型電路應(yīng)用圖33 CC2430芯片的典型硬件應(yīng)用電路[6]CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能。電源線引腳主要作用是為I/O、模擬電路、RF電路、數(shù)字電路提供電壓。3）全部21個數(shù)字I/O口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。I/O口有下面的關(guān)鍵特性：1）可設(shè)置為通常的I/O口，也可設(shè)置為外圍I/O口使用。CC2430有21個可編程的I/O口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。圖32 CC2430引腳頂視圖[8]注：CC2430芯片采用7 mm7mm QLP封裝，共有48個引腳。支持硬件調(diào)試功能 外設(shè)CSMA/CA 硬件支持?jǐn)?shù)字化 RSSI / LQI 支持電池電壓檢測和溫度感測8路12位ADC分辨率可配置集成AES安全協(xié)處理器2個增強的USARTS可支持幾組串行協(xié)議21 I/O ，其中2個具備20ma吸入電流/供電電流能力 開發(fā)工具強大和靈活的開發(fā)工具 應(yīng)用領(lǐng)域 GHz IEEE 家具智能化工業(yè)控制和監(jiān)視低功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)PC 外設(shè)/機頂盒及遙控，消費電子 CC2430芯片的引腳功能如下CC2430芯片的頂視圖。CC2430芯片的主要特點如下：a、 高性能和低功耗的805微控制器核；b、 ；c、 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；d、 ，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；e、 硬件支持CSMA/CA功能；f、 較寬的電壓范圍（~）；g、 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；h、 具有電池檢測和溫度感測功能；i、 集成了14位摸/數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；j、 集成AES安全協(xié)處理器；k、 帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及七個符合IEEE 、1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器；l、 Zigbee/ 全兼容的硬件層、物理層；m、 集成1個高精度定位跟蹤引擎；n、 較少外圍電路；o、 強大和靈活的開發(fā)工具。 CMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。 ISM波段應(yīng)用對低成本，低功耗的要求。根據(jù)芯片內(nèi)置閃存的不同容量，提供給用戶3個版本，即CC2430F32/64/128，分別對應(yīng)內(nèi)置閃存32/6 4/128 KB。 CC2430 無線單片機介紹CC2430是TIChipcon公司推出的用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)。此外，像網(wǎng)絡(luò)配置、應(yīng)用Profile建立和系統(tǒng)調(diào)試這樣的工具是使CC2430和ZStack結(jié)合的額外要素。CC2430還具有強大的完整的開發(fā)環(huán)境（IDE）。自動增益控制，信道過濾，解調(diào) 在數(shù)字域完成以獲得高精確度及空間利用率。CC2430的接收器是基于低中頻結(jié)構(gòu)之上的，從天線接收RF信號經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?MHz的中頻信號。CC2430包括四個定時器，此外，CC2430內(nèi)集成了實時時鐘、上電復(fù)位、8通道8位12位ADC等其他外設(shè)。CC2430集成了4個振蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作。在CC2430內(nèi)有8K字節(jié)靜態(tài)RAM，其中的4K字節(jié)是超低功耗SRAM。針對協(xié)議棧、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件執(zhí)行時對MCU處理能力的要求，CC2430包含一個增強型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核，運行時鐘為32MHz。CC2430的設(shè)計結(jié)合了8KB的RAM及強大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，根據(jù)不同的閃存空間32KB、64KB和128KB來劃分，以得到復(fù)雜度與成本的最優(yōu)化組合。 DSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。單個芯片即可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee終端產(chǎn)品，因此可以在很大程度上降低產(chǎn)品成本，并縮短新產(chǎn)品的上市時間。這是Eclipsebased的綜合開發(fā)環(huán)境，讓開發(fā)人員就整個網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用作開發(fā)及除錯。 Ember：EM250ZigBee系統(tǒng)晶片及EM260網(wǎng)絡(luò)處理器兩款晶片均嵌入了Ember的EmberZNet─現(xiàn)時第二代ZigBee通訊協(xié)定，專為使用包括網(wǎng)狀、星狀及群樹形等多種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)而設(shè)的自動組網(wǎng)及自動重構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，并提供所有與ZigBee設(shè)定與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的優(yōu)勢可靠、安全、廣泛的互用性，低成本，長的電池壽命及整合的網(wǎng)絡(luò)管理。該路由算法的主要思想是按需路由和最短路徑開銷路由選擇。樹狀網(wǎng)絡(luò)路由機制：節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)消息時，通過計算與目標(biāo)端設(shè)備之間的地址關(guān)系，從而決定向自己的父節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，還是向自己的某一子節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。星狀網(wǎng)絡(luò)路由機制：只存在