寬帶無線通信項目報告

1、寬帶無線通信技術課程項目實施報告題 目： 具有定位功能的無線對講機 組 號： 8 任課教師： 吳雅婷 組 長： 陳抒沁 20% 成 員： 張雨仁 20% 成 員： 胡蓓雯 20% 成 員： 唐琳珍 20% 成 員： 吳怡青 20% 聯(lián)系方式： 二零一四年十月目錄一、 項目實施過程1. 設計要求2. 設計目標3. 設計方案4. 關鍵模塊二、 項目制作過程三、 項目結果分析四、 項目心得總結五、 組員分工一、項目實施過程1.設計要求（1）基本要求1、無線傳輸；2、聲音無明顯失真；3、能夠獲取位置數據；（2）擴展要求1、視距對講距離10米；2、具有抗突發(fā)噪聲和單頻噪聲的能力；2.設計目標用單片機和無

2、線模塊等元件完成一款具有定位功能的對講機，能基本保證通信質量，保證手持對講機的雙方能完成半雙工通信，并且能互相傳送自己的位置數據。3.設計方案我們準備利用單片機和無線模塊等器件完成一款數字對講機。音頻通過麥克風輸入以后變成電信號然后通過模數轉換后交給單片機處理，處理好的數據再通過UART串口發(fā)送給無線模塊，然后通過無線信道使配對的無線接收模塊接收傳來的信號，再通過串口發(fā)送給單片機，然后通過D/A模塊變成模擬信號，模擬信號通過濾波和功率放大后傳給喇叭，讓受話者聽到聲音，右圖是單方向的流程圖。 圖1.3.1 項目流程圖下圖是項目框圖，圖中是項目的幾個主要模塊連接。圖1.3.2 項目總框圖4.關鍵模

3、塊（1）單片機單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域廣泛應用。我們本項目采用的單片機是TI公司的MSP430F5529。（2）無線模塊圖1.4.1 SI4463 RF模塊管腳圖及模塊尺寸WM4463 射頻模塊,本模塊采用了Silicon Labs 的Si4463 作為無線收發(fā)芯片， 是一塊完整的、體積小巧的、低功耗無線收發(fā)模

4、塊。其向下可以兼容 SI4461,SI4460. 模塊集成了芯片所需的外圍器件，用戶通過提供的數字I/O口，控制芯片內部寄存器，實現對無線數據發(fā)送、接收、RF 參數設置等功能。HC12-SI4463模塊用于代替半雙工通信時的物理連線左邊的設備向模塊發(fā)送串口數據，左邊模塊的RXD端口收到串口數據后，自動將數據以無線電波的方式發(fā)送到空中。右邊的模塊能自動接收到，并從TXD還原最初左邊設備所發(fā)的串口數據。從右到左也是一樣的，如下圖。圖1.4.2 串口透傳特性（3）D/A模塊我們選用的是TLC5615模塊。TCL5615是一個串行10位的DAC芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。只需要通過3根串行

5、總線就可以完成10位數據的串行輸入，易于和工業(yè)標準的微處理器或著微控制器（單片機）接口，適用于電池供電的測試儀表、移動電話，也適用于數字失調與增益調整以及工業(yè)控制場合。其主要特點如下： 單5V電源工作； 3線串行接口； 高阻抗基準輸入端； DAC輸出電壓為2倍基礎輸入電壓； 上電內部自動復位； 微功耗，最大功耗為1.75mW； 轉換速率快，更新率為1.21MHZ；下圖為TLC5615的引腳圖。圖1.4.3 TLC5615引腳圖下圖為TLC5615 的工作時序。圖1.4.4 TLC5615時序圖可以看出,只有當片選 CS 為低電平時, 串行輸入數據才能被移入移位寄存器。當 CS 為低電平時,在每

6、一個 SCLK 時鐘的上升沿將 DIN 的一位數據移入 16 位移寄存器。注意, 二進制最高有效位被導前移入。接著,CS 的上升沿將 16 位移位寄存器的 10 位有效數據鎖存于 10 位 DAC 寄存器, 供 DAC 電路進行轉換; 當片選 CS 為高電平時,串行輸入數據不能被移入 16 位移位寄存器。注意, CS 的上升和下降都必須發(fā)生在 SCLK 為低電平期間。二、項目制作過程1.單片機選型因為是數字對講機，在硬件電路上無須花多大的心思，選對器材，其中選對一款正確的核心芯片是重中之重，首先我們一致認為使用單片機更適合這個項目。我們首先考慮的自然是最簡單而且接觸最多的51系列單片機，但是由

7、于51單片機功能簡單，既沒有A/D功能，又沒有D/A功能，所以編程起來比較困難。由于AVR單片機在工程教育高級課程里面用過，對這塊單片機較為熟悉，我們的第二選擇是這塊，這塊單片機內置D/A,A/D，而且因為有經驗入手簡單，但是由于資金問題，不能購置器材，所以最終我們決定用TI公司的MSP430，到大二學校發(fā)下這塊單片機幾乎沒用過，這個項目終于是這塊單片機閃光的時候了。MSP430F5529是德州儀器新一代F5xxx系列MCU的典型代表，不但擁有更低的功耗，而且在模擬外設、數字外設和系統(tǒng)軟件開發(fā)方面有了很大的改進。，出自最新一代的具有集成 USB 的 MSP430 器件。該板與 CC2520EM

8、K 等眾多 TI 低功耗射頻無線評估模塊兼容。具備無線傳感以及自動抄表基礎設施 (AMI) 等應用提供了業(yè)界最低工作功耗的集成 USB、更大的內存和領先的集成技術。其特性包括：集成 MSP430F5529： 128KB 閃存 / 8KB SRAM（如禁用 USB，則為 10kB）全速 USB 2.016 位 RISC 架構，高達 25MHz3 個 Timer_A 塊、1 個 Timer_B 塊2 個 USCI (UART/SPI/I2C) 塊、16 通道 12 位 ADC12_A、12 通道 Comp_B、63 I/OUSB 開發(fā)平臺5 塊電容觸摸條（按鈕或滑塊功能）microSD Card

9、插槽，附 1GB 內存卡。102x64 灰階點-矩陣 LCD，帶背光。4 個按鈕（2 個用戶配置按鈕、1 個復位按鈕、1 個 USB 自舉按鈕）3 個通用 LED、5個用于電容觸摸按鈕的LED 和 1 個 LED 電源指示燈。滾輪/分壓器集成的 EM 接頭可支持 TI 低功耗射頻無線評估模塊和 eZ430-RF2500T。當前支持的模塊： CC1100/CC1101EMK - 低于 1GHz 無線電CC2500EMK - 2.4GHz 無線電CC2420/CC2430EMK - 2.4GHz 802.15.4 無線電CC2520/CC2530EMK - 2.4GHz 802.15.4 無線電集

10、成 eZ-FET，可用于 Spy-Bi-Wire（2 線 JTAG）編程和調試。JTAG 接頭，可用于完整的 4 線 JTAG 編程和調試多個電源選項，包括 USB、JTAG、電池或外部電源。可輕松訪問 F5529 I/O 引腳，用于原型設計 提供端口映射，可實現更多的靈活性。編程環(huán)境我們選擇的也是TI公司出品的Code Composer Studio v5。CS（Code Composer Studio）是用于德州儀器 (TI) F24x/C24x 嵌入式處理器系列的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)。CCS包含一整套用于開發(fā)和調試嵌入式應用的工具。 它包含了編譯器源碼編輯器、項目構建環(huán)境、調試器、描

11、述器以及多種其他功能。Code Composer Studio IDE采用統(tǒng)一用戶界面，可幫助開發(fā)人員順利完成應用開發(fā)流程的每個步驟。該版本包含一系列可為嵌入式處理應用簡化軟件設計的工具，能夠通過通用開發(fā)環(huán)境加速軟件代碼開發(fā)、分析與調試。本項目中我們使用的編譯軟件為CCSv5。Code Composer Studio IDE v5兼容于TI豐富嵌入式處理產品系列中的眾多器件，包括單核與多核數字信號處理器 (DSP)、微控制器、視頻處理器以及微處理器等。Code Composer Studio IDE v5 的以下增強特性可加速產品進程：（1）簡化的用戶界面可為開發(fā)人員顯示何時需要何種調用，從而

12、可簡化并加速開發(fā)。（2）更簡潔的下載安裝，只下載安裝設計所需的組件，無需為無用的組件花費不必要的時間，可幫助開發(fā)人員快速為新器件添加支持。（3）Eclipse 開源框架可幫助開發(fā)人員通過第三方插件定制環(huán)境，加速嵌入式設計方案的故障排除、分析以及配置文件進程。（4）集成型瀏覽器Resource Explorer，有助于使用 TI controlSUITE、StellarisWare®、MSP430 微處理器 Grace 1.1 以及其它軟件平臺上的豐富范例代碼。2.A/D轉換模塊MSP430F5529內置12位精度的模數轉換器,下圖為ADC12的內部結構圖。圖2.2.1 ADC內部結構圖

13、因為項目的要求，考慮到傳輸的是語音信號，我們采用的是8K的采樣率，在精度方面，因為串口每次只能發(fā)送一個字符，如若選擇12位精度，必然會導致后面的發(fā)送不方便，因為必須要添加冗余的標志字符，所以我們準備采用8位精度，通過設置MSP430單片機的某些寄存器，我們便能達到想要的8K采樣率，8位精度的效果。另外，我們采用的的是ADC中斷方式采集方式，既0.125ms便會進入ADC中斷進行一次AD采樣，精度為8位，使用的是通道6，對應一個外設口。主要代碼的ADC初始化代碼如下：ADC12CTL0|=ADC12SHT0_8+ADC12ON+ADC12MSC; ADC12CTL1|=ADC12SHP+ADC1

14、2SSEL_1+ADC12DIV_1+ADC12CONSEQ_2+ADC12CSTARTADD_1; ADC12MCTL1 |= ADC12INCH_6;/+ADC12SREF_1; ADC12CTL2 &=(ADC12RES0|ADC12RES1);ADC12IE |= ADC12IE1;ADC12CTL0 |= ADC12ENC; ADC12CTL0 |= ADC12SC;3.UART通信模塊MSP430共有兩個串口，但是板子上能供我們使用的串口其實只有一個，我們對量化好的語音信號信息通過串口發(fā)送給無線發(fā)射模塊，用的是UART。UART是通用異步收發(fā)傳輸器的英文縮寫，是一種異步收發(fā)傳輸器。

15、UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數據的每個字符一位接一位地傳輸。MSP430有兩個通用串口UART0和UART1.串口接收一般采取中斷方式，而發(fā)送數據則多采用主動方式。接收控制部分與發(fā)送控制部分分別有兩個移位寄存器構成。由于MSP430單片機具有兩個片內的UART：串口0和串口1，實現兩個串口通信相當容易，只需要設置適當的寄存器就可以使串口工作起來，兩個串口都采用中斷方式，當接收有數據時，設置一個標志通知主程序有數據到來，當主程序有數局要發(fā)送時，設置一個中斷標志進入中斷發(fā)送數據。本設計選用串口1與上位機進行通信。在異步模式下，接收部分自身實現幀的同步，通信雙方只要使用相同的

16、波特率即可。異步模式的幀格式有1位起始位、7位或8位數據位，校驗位，1位地址位，1或2位停止位構成。在異步模式下，MSP430支持兩種多機模式：線路空閑多機模式和地址位多機模式。線路空閑模式下，數據塊被一段空閑的時間分割。在字符的第一個停止位之后收到10個以上的1，表示檢測到線路空閑；如果采用兩個停止位，則第二個停止位被認為是空閑周期的第一個信號。在使用地址位多機模式時，字符包含一個附加的位作為地址標識，數據快的第一個字符帶有一個置位的地址位，用以表明該字符是一個地址。下面是UART通信的一些特點：（1）、異步通訊模式，包括線路空閑/地址位通信協(xié)議。（2）、有兩個單獨的移位寄存器，輸入/輸出移

17、位寄存器。（3）、傳輸7位或8位數據，可采用奇偶或無校驗。（4）、可編程實現波特率調整。（5）、分別發(fā)，收單獨中斷。（6）、有效地檢測到起始位實現從低功耗喚醒。（7）、狀態(tài)標志檢測錯誤或者地址位。因為是雙方通信，所以我們接收和發(fā)送都需要用到，我們使用的是波特率。主要代碼初始化如下：UCA1BR0 = 34; UCA1BR1 = 0; UCA1MCTL = UCBRS_6 + UCBRF_0; UCA1CTL1 &= UCSWRST; UCA1IE |= UCRXIE; 其中，串口發(fā)送用的是查詢法，而串口接收因為不知道數據是何時來的，所以用的是串口接收中斷，收到的數據放在寄存器UCA1RXBUF

18、里。 4.D/A模塊5.濾波器電路我們用模擬元件搭建了一個簡單的二階低通濾波器，能去除一些高頻噪聲。電路圖如下：圖3.5.1 二階無源低通濾波器與一階RC濾波器相比，二階RC由R,C串并聯(lián)而成，結構上稍顯復雜，同時二階RC電路對同頻帶外信號的抑制能力更強，濾波效果更好。根據公式，所以此濾波器截止頻率大概在4K左右，設計符合要求。6.GPS模塊三、項目結果分析1.單模塊測試我們首先是對一個個模塊分開的測試，我們測試的模塊有音頻輸入模塊、AD采樣模塊、無線模塊、DA轉換模塊、音頻功放模塊和揚聲器模塊。我們從前級檢查到后級。第一步做的就是利用示波器查看音頻輸入模塊的波形，改變變阻器的大小使輸出的模擬信號在3V左右。然后測試的就是AD采樣模塊，通過調試來確定是否真的有數據被采到。接著測試的是無線模塊，看