基于CC2500的語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 基于 語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1 無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)概況 公眾無(wú)線移動(dòng)通信和專網(wǎng)移動(dòng)無(wú)線通信同屬于移動(dòng)通信的范疇，是移動(dòng)通信的兩大應(yīng)用領(lǐng)域。公眾移動(dòng)通信發(fā)展迅速，已進(jìn)入市場(chǎng)炒得火熱的 3G，其特點(diǎn)是橫向、跨行業(yè)、面向全社會(huì)。專網(wǎng)移動(dòng)通信則以某些特定領(lǐng)域的應(yīng)用或垂直的行業(yè)應(yīng)用為主，其所具有的強(qiáng)大的調(diào)度指揮功能、靈活多變的組網(wǎng)功能、獨(dú)有的用戶優(yōu)先級(jí)、一鍵呼叫業(yè)務(wù)、高保密性、高可靠性、為各行業(yè)量身定做的行業(yè)應(yīng)用功能、以及只需一次投入不用定期交納服務(wù)費(fèi)等都是公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)所無(wú)法替代的。專網(wǎng)無(wú)線通信系統(tǒng) 主要包括三大類系統(tǒng)：集群通信系統(tǒng)、無(wú)中心通信系統(tǒng)和對(duì)講機(jī)。通過(guò)下面的介紹我們會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)的研究和發(fā)展是有一定的現(xiàn)實(shí)意義的。 群移動(dòng)通信系統(tǒng) 集群移動(dòng)通信系統(tǒng)又叫專用業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，是專用無(wú)線電調(diào)度系統(tǒng)的一種高級(jí)發(fā)展階段。目前，集群移動(dòng)通信基本已經(jīng)從模擬時(shí)過(guò)度到了數(shù)字時(shí)代?？梢哉f(shuō)是專網(wǎng)移動(dòng)通信三大系統(tǒng)中最早實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的系統(tǒng)。數(shù)字集群通信系統(tǒng)相對(duì)于模擬集群通信系統(tǒng)，主要有高頻譜利用率、高保密性、更好的話音質(zhì)量、支持多種業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理和控制更加有效和靈活等特點(diǎn)。我國(guó)數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體制包括來(lái) 自國(guó)外的 統(tǒng)及國(guó)內(nèi)的 統(tǒng)，由于 術(shù)也較為成熟，參與廠商也比較多，所以在國(guó)內(nèi)發(fā)展較好，而其它 3 種系統(tǒng)并未得到較好的應(yīng)用。集群系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大，但總的來(lái)說(shuō)建網(wǎng)費(fèi)用還是較高，這也是對(duì)講機(jī)和無(wú)中心移動(dòng)通信系統(tǒng)得以發(fā)展的原因之一。 講機(jī) 專業(yè)對(duì)講機(jī)通信作為專網(wǎng)移動(dòng)通信的重要組成部分，以其更簡(jiǎn)單靈活的組網(wǎng)方式、更少的投入、更優(yōu)的性價(jià)比在許多特殊的行業(yè)與應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著其它通信系統(tǒng)無(wú)法替代的作用。傳統(tǒng)的模擬對(duì)講機(jī)設(shè)備在追求生產(chǎn)效率以及經(jīng) 濟(jì)效益的今天，在公共安全、應(yīng)急調(diào)度、物資流通、貨運(yùn)、交通、建筑施工、物業(yè)管理、餐飲服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域都扮演著重要的角色。但是傳統(tǒng)的模擬對(duì)講機(jī)設(shè)備頻譜利用率低，易受干擾，保密性差，業(yè)務(wù)單一等一些不可避免的缺陷已經(jīng)逐漸地體現(xiàn)出來(lái)。因此，推動(dòng)傳統(tǒng)的模擬通信設(shè)備向數(shù)字化發(fā)展將是解決這些缺陷的非常有效的辦杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 法。目前，對(duì)講機(jī)的數(shù)字化已受到全球高度重視。數(shù)字對(duì)講機(jī)設(shè)備的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已開始推進(jìn)。 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局在 2007 年 9 月 13 同發(fā)布了數(shù)字對(duì)講機(jī)系統(tǒng)設(shè)備無(wú)線射頻技術(shù)指標(biāo)要求 (試行 )和 2009 年 12 月 12 日發(fā)布的 150400通知，為我國(guó)數(shù)字對(duì)講機(jī)的發(fā)展提供了頻率保證和射頻技術(shù)基本指標(biāo)要求，也使得國(guó)內(nèi)通信制造商的研發(fā)有章可循，從而促進(jìn)了國(guó)內(nèi)數(shù)字對(duì)講機(jī)設(shè)備的研發(fā)。 中心移動(dòng)通信系統(tǒng) 無(wú)中心移動(dòng)通信系統(tǒng)是指沒(méi)有作轉(zhuǎn)發(fā)用基站的移動(dòng)通信系統(tǒng)， 900中心選址系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)歷了 10 多年的使用，于 1995 年發(fā)布了兩個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)中心多信道選址移動(dòng)通信系統(tǒng)體制和無(wú)中心多信道移動(dòng)通信設(shè)備總規(guī)范。 無(wú)中心移動(dòng)通信系統(tǒng)有其自身的優(yōu)點(diǎn) ，比如費(fèi)用低廉，多信道公用，無(wú)需申請(qǐng)指 配頻點(diǎn)等。目前，無(wú)中心移動(dòng)通信系統(tǒng)和對(duì)講機(jī)一樣是只能進(jìn)行通話的模擬系統(tǒng)，也正在經(jīng)歷模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的過(guò)程，就目前而言，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的數(shù)字無(wú)中心通信系統(tǒng)投入市場(chǎng)。中國(guó)是移動(dòng)通信最大的市場(chǎng)，這是由我國(guó)是世界第一人口大國(guó)和我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展決定的。但是相對(duì)于發(fā)展同趨成熟的公網(wǎng)移動(dòng)通信，專網(wǎng)移動(dòng)通信可以說(shuō)是剛剛起步。由上面的介紹我們可以看出，專網(wǎng)移動(dòng)通信的三大類系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展都不是很理想。可是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公共安全對(duì)專網(wǎng)移動(dòng)通信的需求卻日漸增長(zhǎng)。近些年南方雪災(zāi)、汶川地震、 玉樹地震的發(fā)生讓我們深刻體會(huì)到了對(duì)講機(jī)在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的巨大作用?？梢灶A(yù)見，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，數(shù)字對(duì)講機(jī)必將在囤計(jì)民生和公共安全領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，有著巨大的發(fā)展前景?，F(xiàn)在中國(guó)的專網(wǎng)移動(dòng)通信正在經(jīng)歷模轉(zhuǎn)數(shù)的過(guò)程，對(duì)講機(jī)、無(wú)中心系統(tǒng)的數(shù)字化是移動(dòng)通信領(lǐng)域罩最后一塊由模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的市場(chǎng)。新型的專網(wǎng)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)也隨著對(duì)講機(jī)的數(shù)字化應(yīng)運(yùn)而生，未來(lái)將成為專網(wǎng)系統(tǒng)的主力軍。為避免再出現(xiàn)公網(wǎng)數(shù)字化和集群數(shù)字化過(guò)程中核心技術(shù)受制于國(guó)外的情形，迫切需要我國(guó)的研發(fā)人員能真正掌握該領(lǐng)域的核心技術(shù)，所以對(duì)數(shù)字對(duì)講機(jī)的 研究意義重大。 頻芯片 介 射頻模塊采用 司生產(chǎn)的 片，它是一款超低功耗、低成本的無(wú)線收發(fā)模塊，其載頻范圍在 2。 4002。 483 段由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器一個(gè)解調(diào)器的接收器一個(gè)功率放大器一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)其組成。工作特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 以很容易通過(guò) 口進(jìn)行編程配置，電流消耗低?？臻e信道評(píng)估 能是指當(dāng)于 態(tài)時(shí)，可以檢測(cè)自身所處信道 的電磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以判斷該信道是杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 否空閑。本設(shè)計(jì)中利用該功能來(lái)避免多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)閱讀器查詢時(shí)發(fā)生的碰撞。當(dāng)一個(gè)標(biāo)簽收到閱讀器的查詢時(shí)，讓它先進(jìn)行 測(cè)，若檢測(cè)到該信道忙，表明已經(jīng)有其他標(biāo)簽響應(yīng)了，自身不再響應(yīng)，等待下一次查詢命令到來(lái)，否則正常響應(yīng)。 圖 200高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。通過(guò)開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。 數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩 沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。 主要操作參數(shù)和 64 位傳輸 /接收 先進(jìn)先出堆棧） 可通過(guò) 口控制。在一個(gè)典型系統(tǒng)里， 一個(gè)微控制器及若干被動(dòng)元件一起使用。 于 米 體的 4 系列。 要特性 ：體積小（ 4裝， 20 腳）；真正的單片 F（射頻）收發(fā)器高靈敏度（ 10 1 數(shù)據(jù)包誤差率）；可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，可達(dá) 500較低的電流消耗（ 可編程控制的輸出功率，可達(dá) +1優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能；極少的外部元件：芯片內(nèi)頻率合成器，不需要外部濾波器或 換；可編程控制的基帶調(diào)制解調(diào)器；理想的多路操作特性；可控的數(shù)據(jù)包處理硬件；快速頻率變動(dòng)合成器帶來(lái)的合適的頻率跳躍系統(tǒng)；可選的帶交錯(cuò)的前向誤差校正；單獨(dú)的 64 字節(jié) 效的 口：所有的寄存器能用一個(gè)“突發(fā)”轉(zhuǎn)換器控制數(shù)字 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 出；與 遵照 00328， 00440 (歐洲 )， 5 (美國(guó) ), 和 本 )標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)相配；自動(dòng)低功率 電路的電磁波激活功能；許多強(qiáng)大的數(shù)字特征，使得使用廉價(jià)的微控制器就能得到高性能的 統(tǒng)；集成模擬溫度傳感器；自由引導(dǎo)的“綠色”數(shù)據(jù)包；對(duì)數(shù)據(jù)包導(dǎo)向系統(tǒng)的靈活支持：對(duì)同步詞匯插入的芯片偵測(cè)，地址檢查，靈活的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度及自動(dòng) 理；可編程信道濾波帶寬； 靈活的 型支持； 2 持；自動(dòng)頻率補(bǔ)償 可用來(lái)調(diào)整頻率合成器到接收中間頻率；對(duì)數(shù)據(jù)的可選自動(dòng)白化處理；對(duì)現(xiàn)存通信協(xié)議的向后兼容的異步透明接收 /傳輸模式的支持；可編程的載波感應(yīng)指示器 ；可編程前導(dǎo)質(zhì)量指示器及在隨機(jī)噪聲下改進(jìn)的針對(duì)同步詞匯偵測(cè)的保護(hù)；支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪問(wèn)（ 即載波偵聽系統(tǒng)；支持每個(gè)數(shù)據(jù)包連接質(zhì)量指示。 片機(jī)概述 2 單片機(jī)也被稱為微控制器（ 是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 成在一個(gè) 芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 片機(jī)： 司的單片機(jī)主要是基于 8051 內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，速度快 812 倍，帶 4 路 串口，有全球唯一 ，加密性好，抗干擾強(qiáng)。 片機(jī)：是 司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的 序存儲(chǔ)器的芯片。 片機(jī)：是臺(tái)灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部 分與 位單片機(jī)兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對(duì)比 多，價(jià)格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。 片機(jī) (51 單片機(jī) )： 司的 8 位單片機(jī)有 個(gè)系列， 列是 8 位 片機(jī)，與 8051 系列單片機(jī)相兼容，靜態(tài)時(shí)鐘模式；列單片機(jī)是增強(qiáng) 構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程 單片機(jī)，也叫 片機(jī)。 1列單片機(jī) (51 單片機(jī) )： 司的單片機(jī)是基于 80入了掉電檢測(cè)、模擬 以及片內(nèi) 蕩器等功能，這使 51成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)中可以滿足多方面的性能要求。 片機(jī)：臺(tái)灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體的單片機(jī)，價(jià)格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費(fèi)類產(chǎn)品。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 司單片機(jī) (51 單片機(jī) )：德州儀器提供了 大系列通用單片機(jī)。 列單片機(jī)是 8 位 片機(jī)，具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合； 列單片機(jī)是一種超低功耗、功能集成度較高的 16 位低功耗單片機(jī)，特別適用于要求功耗低的場(chǎng)合 松翰單 片機(jī)（ 是臺(tái)灣松翰公司的單片，大多為 8 位機(jī)，有一部分與 位單片機(jī)兼容，價(jià)格便宜，系統(tǒng)時(shí)鐘分頻可選項(xiàng)較多，有 振內(nèi)部雜訊濾波。缺點(diǎn) 間過(guò)小，抗干擾較好。 究的意義 由于語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的就用于 公安、民航、運(yùn)輸、鐵路、水利、服務(wù)、建筑等行業(yè)。用于團(tuán)體成員間的聯(lián)絡(luò)和指揮調(diào)度，以提高溝通效率和提高處理實(shí)發(fā)事件的快速反應(yīng)能力，隨著對(duì)講機(jī)進(jìn)入民用市場(chǎng)，人們外出購(gòu)物、旅游也開始越多的使用對(duì)講機(jī)。短距離語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的種類也越來(lái)越多種，本著物盡其用的原則，在一些場(chǎng)合 對(duì)于短距離語(yǔ)音通信要求不是很高的情況下，沒(méi)有必要去買價(jià)格比較貴的對(duì)講機(jī)。所以本課題可以很好的解決短距離語(yǔ)音通信，基于 耗低可以節(jié)省資源浪費(fèi)。 設(shè)計(jì)方案思路 基于 功能比較強(qiáng)大，其各方面的優(yōu)點(diǎn)可以用來(lái)傳輸比較大的 單片機(jī)控制其發(fā)送音頻信號(hào)能達(dá)到 8電話音質(zhì)，故而想到用其做一個(gè)簡(jiǎn)易的語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)，基于這里研究的主要為 以語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的語(yǔ)音輸入 碼調(diào)制省略為用單片機(jī)讀取存于 的 碼來(lái)替代。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 音對(duì)講系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架 考慮到研究的針對(duì)性，本設(shè)計(jì)主要針對(duì) 塊的研究。對(duì)講系統(tǒng)省略去語(yǔ)音輸入的 制，基于 語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的體框圖如下圖（圖 2 圖 2統(tǒng)框圖 單片機(jī)控制讀取存于 4的 碼，送 塊發(fā)送，從機(jī)通過(guò) 塊接收數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)劇通過(guò)單片機(jī)模擬產(chǎn)生 輸出到音頻輸出模塊。音頻輸出模塊用 波電路濾波再通過(guò) 4871 放大送喇叭發(fā) 生。切換鍵用來(lái)切換接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)，由數(shù)碼管顯示系統(tǒng)工作在何種模式（接收、發(fā)送）。 控制器部分設(shè)計(jì) 2 利用單片機(jī)的具有的微型計(jì)算機(jī)及存儲(chǔ)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)發(fā)送和接收模塊的。本系統(tǒng)使用了 051的單片機(jī)，有 料雙列直插式封裝，芯片封裝的形式之一） 殊引腳芯片封裝，它是貼片封裝的一種） 料方塊平面封裝，一種芯片封裝形式） 種封裝形式。 出的系列 51 單片機(jī)芯片是全面兼容其 它51 單片機(jī)的。 片分別含有 4K字節(jié) 用戶編程使用。列單片機(jī)是高速 /低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，最高工作頻率可分別達(dá)到 2550體在芯片上的型號(hào)名稱后以“ 注。 列單杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 片機(jī)有較寬的工作電壓， 5V 型號(hào)的可工作于 作時(shí)對(duì)電壓要求會(huì)稍嚴(yán) )。正常工作模式下的典型耗電為47閑模式為 2電模式 (可由外部中斷喚醒 )下則小于 。此外 ， 列單片機(jī)在完全兼容 8052 芯片 (在標(biāo)準(zhǔn) 8051 基礎(chǔ)上增加了 時(shí)器和 128 字節(jié)內(nèi)部 基礎(chǔ)上，新增了許多實(shí)用功能。本次選用 本次選用了 51 單片機(jī)，這款單片機(jī)一共有 40腳。 位輸入端），當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出項(xiàng)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將是單片機(jī)復(fù)位。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， 仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器的頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外 輸出地時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而，要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) 沖。在對(duì) 儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ /如必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止 作。該位置位后，只一條 令 會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 效。 序儲(chǔ)存允許（ 出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí) ，每個(gè)機(jī)器周期兩次 效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi) 兩次有效的 號(hào)。 部訪問(wèn)允許。欲使訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H 必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 狀態(tài)。如為高電平（接 ）， 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程電壓 蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 蕩器反相放大器的輸出端。 是一組 8位漏極開路型雙向 I 0 口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 輯門電路，對(duì)端口寫“ l”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 程時(shí)， 接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口， 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門電路。對(duì)端口寫“ l”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口 拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ 程和程序校驗(yàn)期間， 收低 8 位地址。 一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口， 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ 程或校驗(yàn)時(shí)， 接收高位地址和其它控制信號(hào)。 是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I 0 口。輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) 輯門電路。對(duì) 寫入“ l”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 將用上拉電阻輸出電流（ 圖 3片機(jī) 基于 性能強(qiáng)大，應(yīng)用方便，可以選擇單位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的主要控制操作。由于本人在校期間比較習(xí)慣應(yīng)用 89列中的 以本設(shè)計(jì)的主控器選擇 片機(jī)的理由：降低成本，提升 性能，原有程序直接使用 ,硬件無(wú)需改動(dòng)。選用 型封裝 , 作電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)，可使產(chǎn)品更小，更輕，功耗更低。這里我們選擇用 封裝（圖 3 最小系統(tǒng)如圖 3示。最小系統(tǒng)由單片機(jī)、復(fù)位電路、晶振電路構(gòu)成。 腳在接收到 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平信號(hào)后復(fù)位，復(fù)位電路可在上電是復(fù)位單片機(jī)，通過(guò) 位按鈕在單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中可以隨時(shí)復(fù)位。晶振電路 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器，管腳 別是該反相放大器的輸入端和輸出端，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)引腳跨接晶振和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激震蕩器。這里晶振選擇 12個(gè)微調(diào)電容取 30P。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 3片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)復(fù)位電路的作用： 單片機(jī)是屬于數(shù)字電路，數(shù)字電路就只有 0低電平和 1高電平兩個(gè)狀態(tài)。這兩狀態(tài)是已知狀態(tài)，比如有的 0 代表是 1 代表 但在電路上電時(shí)候或電壓波動(dòng)不穩(wěn)定的時(shí)候，當(dāng)給單片機(jī)上電那一瞬間，電壓有在幾微秒內(nèi)（有的是幾毫秒內(nèi)）不是直接跳變到 5V 的而是一個(gè)直線上升的階段，這時(shí)候，單片機(jī)不能正常工作，需要復(fù)位電路給它延時(shí)以等到電壓穩(wěn)定。這叫上電復(fù)位 。晶振的作用： 片機(jī)系統(tǒng)里都有 晶振 ，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下 ，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為 壓控振蕩器 （ 晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。同時(shí) 為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步 。 有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持 同步。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 擇 本設(shè)計(jì)用 存 碼來(lái)替代對(duì)講系統(tǒng)的語(yǔ)音輸入 制部分。碼來(lái)自 件。 標(biāo)準(zhǔn)的 式的聲音文件含有聲音的采樣數(shù)據(jù)和文件頭。文件頭描述了后面聲音數(shù)據(jù)的一些信息，如通道數(shù)、采樣頻率、采樣位數(shù)以及數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等。通道數(shù)，是指聲音的采樣路數(shù)，如單聲道、立體聲等。采樣頻率，是指每秒鐘對(duì)聲音的采樣次數(shù)，采樣頻率越高，還原出來(lái)的聲音越接近原始聲音，如表 1 所列。根據(jù)采樣定理 ,要想精確還原出某種頻率的波形，其最小采樣率應(yīng)至少為該波形頻率的 2 倍。 表 1 采樣頻率與 音質(zhì)關(guān)系 1 音質(zhì) 頻率范圍 /樣頻 /話音質(zhì) 200400 短波段收音機(jī)音質(zhì) 501 025 音機(jī)音質(zhì) 2052 05 質(zhì) 1004 1 提取聲音數(shù)據(jù)時(shí)，要注意采樣頻率、采樣位數(shù)、存儲(chǔ)容量與存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系，如表 2所列。 表 2 采樣頻率 /位數(shù)、存儲(chǔ)容量與存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系 1 采樣頻率 / 6 8 8 樣位數(shù) /位 8 16 8 16 8 16 8 16 8 16 存儲(chǔ) 容量 2 4 28 56 638 1 89 12 ：存儲(chǔ)時(shí)間單位： s 通常， 8采樣頻率和 8位的采樣位數(shù)可獲得清晰的語(yǔ)音以及較好的音樂(lè)聲，并且占有較少的存儲(chǔ)空間。采樣位數(shù)，指的是每次采樣的采樣精度。采樣位數(shù)越高，還原出來(lái)的聲音的量化噪聲越小，波形也越接近原波形。 由于 件比較大，所以選擇用華邦的 容量為 4以杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 儲(chǔ)存。對(duì)講系統(tǒng)對(duì)音質(zhì)要求不是很高所以使用 86位的電話音質(zhì)， 的聲音。 示部分設(shè)計(jì) 顯示部分只需顯示語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的工作模式，接收或發(fā)送。選擇用共陽(yáng)數(shù)碼管來(lái)做顯示模塊，用數(shù)字 0 表示 音對(duì)講系統(tǒng)處于發(fā)送工作模式下，用 1 表示 示語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)處于接收工作模式下。數(shù)碼管管腳圖如圖 3 圖 3陽(yáng)數(shù)碼管腳圖 因?yàn)榭紤]到 的布線問(wèn)題，所以數(shù)碼管與單片機(jī) 的連接并非標(biāo)準(zhǔn)的連。本系統(tǒng)數(shù)碼管與單片機(jī) 的連接圖如圖 3、樣子給 面布線的時(shí)候帶來(lái)了不小的方便使得 線更加簡(jiǎn)潔。 圖 3片機(jī)數(shù)碼管連接圖 號(hào)發(fā)射 /接收模塊設(shè)計(jì) 10 線模塊，其工作于 段免許可證使用，采用司的 通道 發(fā)器。 用于超低功耗無(wú)線應(yīng)用的業(yè)界系統(tǒng)成本最低的多通道無(wú)線產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的數(shù)字處理特性，因此僅使用一顆低成本 可構(gòu)建出高性能的射頻系統(tǒng)，包括很多非常有用的數(shù)字功能，如整個(gè)數(shù)據(jù)包處理、 沖器、空閑通道評(píng)估和無(wú)線喚醒等，可廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如無(wú)線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲控制器）、無(wú)線音頻傳輸（如無(wú)線話筒、無(wú)線耳機(jī)、無(wú)線音箱）等。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 塊1 23 45 67 89 1011 1213 143頻模塊 頻收發(fā)器是用于低功耗無(wú)線應(yīng)用的業(yè)界系統(tǒng)成本最低的多通道無(wú)線電產(chǎn)品。工作波段頻帶是 括很多非常有用的數(shù)字功能。射頻模塊通過(guò)由 6 個(gè)引腳組成的數(shù)字交互界面與控制器進(jìn)行通信。 89列單片機(jī)的端口功能強(qiáng)大，每一個(gè)位都可以獨(dú)立地配置成為輸入、輸出等功能引腳。射頻模塊可將單片機(jī)的 中的 6 位，分別與 中由 成 ，負(fù)責(zé)控制器與 間收發(fā)數(shù)據(jù)的傳送。 配置的多功能引腳，當(dāng) 到數(shù)據(jù)包時(shí)，令 發(fā)控制器引起中斷，讀取 存里的數(shù)據(jù)。通過(guò)配置可提供 測(cè)結(jié)果。 對(duì)講系統(tǒng)通過(guò)射頻模塊規(guī)定的數(shù)據(jù)包格式通信， 定的數(shù)據(jù)通信格式如圖 3示。 導(dǎo)言、同步字與 驗(yàn)在發(fā)送數(shù) 據(jù)時(shí)是由 件自動(dòng)添加，在接收時(shí)由硬件自動(dòng)去除，在信道特性較好的場(chǎng)合，為提高識(shí)別速度，可設(shè)定 16 位的導(dǎo)言與 16 位的同步字。 固定長(zhǎng)度通信模式下，可刪去長(zhǎng)度域；在可變長(zhǎng)度通信模式下，需要 8 位的長(zhǎng)度域給出除去導(dǎo)言與同步字外所有數(shù)據(jù)負(fù)載的字節(jié)數(shù)。本設(shè)計(jì)中要用到多種不同長(zhǎng)度的通信命令，因此采用了后一種模式。地址域用于 設(shè)備識(shí)別，本設(shè)計(jì)沒(méi)用到，刪去。最后兩個(gè)字節(jié)的驗(yàn)是長(zhǎng)度域、地址域與數(shù)據(jù)負(fù)載的校驗(yàn)和。 能及特點(diǎn) :(1)工作電壓： 推薦靠近 2) 段，免許可證使用 ;(3)最高工作速率 500持 2 制方式 ;(4)高接收靈敏度 (10 50 1數(shù)據(jù)包誤碼率 );(5)內(nèi)置硬件 錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 ;(6)耗電量極低： 0 X：杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 在 250 7) 可編程控制的輸出功率，最大輸出功率為 0小功率為 據(jù)速率可在 500間變化 ;(8)支持低功率電磁波激活功能 ,外部中斷喚醒、外部中斷或 醒系統(tǒng) ;(9)支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪問(wèn)（ 即載波偵聽系統(tǒng) ;(10)快速頻率變動(dòng)合成器帶來(lái)的合適的頻率跳躍系統(tǒng) ;(11)模塊可軟件設(shè)地址，軟件編程非常方便 ;(12)標(biāo)準(zhǔn) 距接口，便于嵌入式應(yīng)用 ;(13)單獨(dú)的 64 字節(jié) 據(jù) (14)很少的外部組件，工作可靠性高 ;(15)模塊可視直線通信距離， 用 線 20 米 右 ,0 ;(16) 模塊尺寸， 用 線尺寸 :282 寸： 302含 天線 ) 。 接口說(shuō)明： (1) 接電壓范圍為 間，不能在這個(gè)區(qū)間之外， 超過(guò) 會(huì)燒毀模塊。推薦電壓 右 ;(2) 除電源 接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機(jī) 直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì) 3V 左右的單片機(jī)更加適用了 ;(3) 硬件上面沒(méi)有 單片機(jī)也可以控制本模 塊，用普通單片機(jī) 模擬 需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī) 就可以了，當(dāng)然用串口也可以。 成了語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的主體模塊。是語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)成功與否重要模塊。 頻輸出模塊設(shè)計(jì) 圖 3音頻輸出電路 語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)通過(guò) 塊接收到從機(jī)讀取 過(guò) 送的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理后由 模擬 形輸出。 不有直接驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè) 頻信號(hào)放大電路。由于語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)聲音的質(zhì)量要求并不是很高只要達(dá)到普 通的電話音質(zhì)即可，所以對(duì)音頻輸出模塊的設(shè)計(jì)只用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 通濾波電路以及 4871 進(jìn)行音頻放杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 大，進(jìn)而驅(qū)動(dòng) 3 歐的喇叭發(fā)出聲音。其電路原理如圖 3示。 4871 概述： 4871 是一個(gè) 連接的音頻功率放大器。它能夠在 5V 電源電壓下給一個(gè) 3 負(fù)載 提供 于 10%、平均值為 3W 輸出功率。在關(guān)閉模式下電流的典型值為 A 。 4871 是為提供大功率，高保真音頻輸出而專門設(shè)計(jì)的。它僅僅需要少量的外圍元件，并且能工作在 低電壓條件下 (4871 不需要偶合電容，自舉電容或者緩沖網(wǎng)絡(luò)，所以它非常適用于小音量和低重量的低功耗系統(tǒng)。 4871 主要特性： 在 失真度為 10%，輸入 1信號(hào)，不同負(fù)載的條件下輸出功率為： 3 歐姆， 3W（典型值） 4 歐姆， 型值） 8 歐姆負(fù)載， 型值）。 待機(jī)電流： 工作電壓： 在輸入信號(hào)頻率為 1載 8 歐姆，輸出平均功率為 1W 的條件下，最大失真度為 輸出不需要耦合電容，自舉電容或者緩沖電路。 體積小，采用 裝。 增益穩(wěn)定。 外部配置可以改變?cè)鲆妗?部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)?雙運(yùn)算放大器 ，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 特性： 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 、直流電壓增益高 (約 100、 單位增益頻帶寬 (約 1、 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(330V)； 雙電源 ( 15V) 、 低功耗電流，適合于電池供電 、 低輸入偏流 、 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 、 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 、 輸出電壓擺幅大 (0 至 圖 3杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 在音頻輸出模塊中 成了一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器，因?yàn)檫@里用的音頻為 8電話音質(zhì)，其它高頻的雜音通過(guò)低通濾波過(guò)濾掉。低通濾波器 13 的截止頻率 F=1/（ 2 本設(shè)計(jì)取 0K,70截止頻率為 圖 3通濾波電路 鍵電路設(shè)計(jì) 圖 3鍵模塊 切換按鍵直接使用開關(guān)與地相連如圖 3按鍵按下時(shí)讀 取 音對(duì)講系統(tǒng)切換工作模式從發(fā)送變?yōu)榻邮栈驈慕邮兆優(yōu)榘l(fā)送，具體通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)程序使數(shù)碼管顯語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的工作模式 1）或 0），按鍵的消抖通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)。 源部分設(shè)計(jì) 基于華邦 工作電壓以及 塊的工作電壓均為 4871 都在 5V 電壓下可 以工作。語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)要的是攜帶方便，單片機(jī)、運(yùn)放以及射頻收發(fā)模塊以及 功耗都不高， 5 節(jié) 池串聯(lián)得到。 列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1V。在最大輸出電流時(shí)， 隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。 片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。 件引腳上兼容其他三端 壓器，提供適 用貼片安裝的 8 引腳 料封裝。 數(shù) 本參數(shù) 輸出電流 (A) 1 輸出電壓 (V) 他特性 初始誤差 (%) 差 (V) 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 裝類型 端口可調(diào)節(jié)或固定輸出電壓 出電流 1A 工作壓差低至 1V 線荷載調(diào)節(jié)： 負(fù)載調(diào)節(jié)： 可選 裝 用高效線性穩(wěn)壓器 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V 至 性穩(wěn)壓器 、 電池充電器 、 有源 端 筆記本 電源管理 、 電池供電設(shè)備 。所以語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)的 用固定輸出電壓值模式輸出如圖 3示。 及 來(lái)穩(wěn)波。 圖 3源模塊 章小結(jié) 本章