【正文】 送 溫 度 標(biāo)志 位返 回F l a g = 2F l a g = 1A D 值 編 碼 并發(fā) 送發(fā) 送 溫 度 高位發(fā) 送 溫 度 低位YYNNF l a g + +開 始系 統(tǒng) 初 始 化延 時(shí) 5 0 0 m s從 T M P 2 7 5 溫 度傳 感 器 讀 取 數(shù) 據(jù) 主函數(shù) 定時(shí)器中斷函數(shù) 圖 發(fā)射裝置流程圖 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 2）接收裝置總體流程圖 在主函數(shù)中，判斷溫度值是否更新，若更新則更新顯示的溫度。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。 開 始進(jìn) 入 中 斷接 收 到 數(shù) 據(jù)接 收 到 標(biāo) 志位 F l a g = 1返 回Y NR x _ B u f f = 0F l a g = 1接 收 到 溫 度高 八 位F l a g = 2F l a g = 2接 收 到 溫 度低 八 位F l a g = 0接 收 到 語 音 信 號(hào)解 碼D A 輸 出YYYNNN開 始系 統(tǒng) 初 始 化溫 度 值 更 新 ？顯 示 溫 度延 時(shí)NY 主函數(shù) 定時(shí)器 中斷函數(shù) 圖 接收裝置流程圖 信號(hào)采集 語音信號(hào)采集 語音信號(hào)采集是對(duì)語音信號(hào)抽樣，時(shí)間上離散化，即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定力決定的。 本系統(tǒng) 采用 STM32F103 ADC1 的通道 1即 PA1 腳采樣語音信號(hào)， ADC1 通道初始化流程圖如圖 。 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。=0XFFFFFF0F。 //ADC1 時(shí)鐘使能 RCCAPB2RSTR|=19。=~(19)。=~(314)。 ADC1CR1amp。 //工作模式清零 ADC1CR1|=016。=~(18)。=~(11)。=~(717)。 //軟件控制轉(zhuǎn)換 ADC1CR2|=120。=~(111)。=~(0XF20)。 //1 個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列 1 //設(shè)置通道 1的采樣時(shí)間 ADC1SMPR2amp。 //通道 1 采樣時(shí)間清空 ADC1SMPR2|=73。 //開啟 AD轉(zhuǎn)換器 ADC1CR2|=13。13)。在校準(zhǔn)寄存器被初始化后該位將被清除。 //開啟 AD 校準(zhǔn) while(ADC1CR2amp。 //等待校準(zhǔn)結(jié)束 //該位由軟件設(shè)置以開始校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)由硬件清除 } 溫度 信號(hào)采集 TMP275 與主控的通信方式為 I2C，本系統(tǒng)每間隔 500ms，對(duì)其讀取一次溫度值，其讀取 到的 溫度 數(shù)據(jù)分為高八位和低八位，共 2Bety 數(shù)據(jù)大小。 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。為湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 了提高信噪比，在小信號(hào)是需降低量化噪聲，降低量化噪聲則需要減小量化間隔。 13 折線 A律主要用于歐洲各國(guó)、非洲地區(qū)所采用的 PCM30/32 路基群中。如圖 示，圖中 x和 y分別表示壓縮器歸一化輸入和歸一化輸出信號(hào)幅度。然后，每段再均勻地 16 等分，每一等分作為一個(gè)量化分層。同樣在 y軸上，將（ 0,1）區(qū)間均勻地分成 8 段，每段再分 16等分，所以 y軸也被分為 128 個(gè)量化區(qū)間，但他們是均勻的。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。 3） 8765c ccc 為段內(nèi)碼，對(duì)每一段分成 16 等分，用 4位段內(nèi)碼表示。 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 。 程序直接根據(jù)編碼的數(shù)據(jù)，可直接解碼出其值來， 語音信號(hào)具體解碼 程序如下： u16 Pcm_Decode(u8 code)//解碼 { u16 data。 para_in = (code amp。//段內(nèi)碼 para_out = (code amp。//段落碼 polar = code amp。//極性 switch(para_out) { case 0 : data = para_in * 1。 //段落 0 case 1 : data = 16 + para_in * 1。 //段落 1 case 2 : data = 32 + para_in * 2。 //段落 2 case 3 : data = 64 + para_in * 4。 //段落 3 case 4 : data = 128 + para_in * 8。 //段落 4 case 5 : data = 256 + para_in * 16。 //段落 5 case 6 : data = 512 + para_in * 32。 //段落 6 case 7 : data = 1024 + para_in * 64。 //段落 7 default : data = 0。 } else//為正 { data = data + 2048。 } 信道編碼與解碼 數(shù)據(jù)發(fā)送可用 STM32F103 硬件上的串口直接發(fā)送數(shù)據(jù)，不用對(duì)其進(jìn)行軟件上的硬件編碼解碼。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。用該方式傳輸數(shù)據(jù)每一字節(jié)之間 有聯(lián)系，即起始位后接收到的數(shù)據(jù)為溫度 信號(hào) 。//全局變量 ,標(biāo)志位 void Code_Send(void) { u16 Ad_data。 //發(fā)送標(biāo)志位 else if(Flag == 1) Uart2_Send_Data (temperature/256)。 //發(fā)送溫度低八位 } else //發(fā)送語音信號(hào) { Ad_data = Get_Adc(ADC_Channel_1)。 //編碼 while(SendBuff == 0)。 //發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù) } Flag++。若接收到語音信號(hào)，則對(duì)其解碼后 DA輸出；若接收到的是幀頭，則標(biāo)記；若接收到溫度信號(hào)，則存儲(chǔ)并標(biāo)記。 //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。 Rx_Buff != 0) //接收到語音信號(hào)數(shù)據(jù) { Da_Buff = Pcm_Decode(Rx_Buff)。 //DA輸出 } else if(Flag == 0 amp。 Rx_Buff == 0) //接收到標(biāo)志位 { Flag++。 //存儲(chǔ)溫度高八位數(shù)據(jù) Flag++。 //存儲(chǔ)溫度第八位數(shù)據(jù) Rend[2] = 1。 //標(biāo)志位清零 } } Rx_Flag = 0。只能對(duì) OLED 顯示屏進(jìn)行寫操作，不能進(jìn)行讀操作。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。 圖 為顯示一行數(shù)據(jù)的圖解。 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。 DAC 模塊有 2個(gè)輸出湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 通道，每個(gè)通道都有單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器。 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 。 //使能 PORTA時(shí)鐘 RCCAPB1ENR|=129。=0XFFF0FFFF。//PA4 模擬輸入 DACCR|=10。 //DAC1輸出緩存不使能 BOFF1=1 DACCR|=02。 //DAC TIM6 TRGO,不過要 TEN1=1才行 DACCR|=06。 //屏蔽、幅值設(shè)置 DACCR|=012。 } 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 第五 章 系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試 硬件 調(diào)試 本系統(tǒng)硬件相對(duì)較復(fù)雜，所以將其按功能分成了 三 個(gè)模塊 —— 發(fā)射部分語音信號(hào)調(diào)理模 塊、 LED 驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊、接收部分語音信號(hào)輸出模塊 。 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。 上電正常只是排除了一些明顯的問題。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。 2） LED 驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊：用頻率為 10KHz 的方波來驅(qū)動(dòng) LED 電路，示波器查看接收端收到的信號(hào)是否正常。 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。調(diào)試中 STM32F103 單片機(jī)提供了 JTAG 接口，方便了程序的在線調(diào)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。 測(cè) 試儀器 測(cè)試儀器： Tektronix TDS1012 數(shù)字示波器、 SU3080 DDS 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、勝利VC890 數(shù)字萬用表、 YB1732B3A 數(shù)字穩(wěn)壓電源。在輸入接口加入語音信號(hào)，然后進(jìn)行測(cè)試。 表 1 基本部分測(cè)試指標(biāo) 序號(hào) 題目要求 測(cè)試指標(biāo) 1 可見光 傳輸距離 2m ≥ 2m 2 輸入 頻率范圍 3003400Hz 300 ～ 3400Hz 3 不能接受信號(hào)時(shí)，發(fā)光管指示 可以指示 4 語音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)同時(shí)傳輸 能夠同時(shí)傳輸 5 接收溫度信息并顯示 可以顯示 6 數(shù)字信號(hào)傳輸延時(shí)≤ 10s ≤ 1s 7 溫度測(cè)試誤差≤ 2℃ ≤ 1℃ 2）測(cè)試結(jié)果 分析 通過對(duì)本系統(tǒng)的測(cè)試，可見光傳輸距離符合指標(biāo)要求，輸入頻率范圍在 300Hz～3400Hz。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。 因可見光受環(huán)境和其他因素的影響，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難免存在外界干擾，且數(shù)字信號(hào)與語音信號(hào)同時(shí)傳輸時(shí)。 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 。 當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還有很多不足之處需要改正和完善： 傳輸，其傳輸信號(hào)的直流電平不是固定值，需換一種信道編碼； ，導(dǎo)致傳 輸距離很短，可增加發(fā)射端燈的數(shù)量，提高發(fā)射功率。 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)