毕业论文基于T6668和RF2401的对讲机设计32819

1、兰州工业高等专科学校兰州工业高等专科学校 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目题目 基于基于 t6668 和和 rf2401 的对讲机设计的对讲机设计 系系 别别 电子信息工程系电子信息工程系 专专 业业 通通 信信 技技 术术 班班 级级 通通 信信 09-1 班班 姓姓 名名 刘宏刚刘宏刚 学学 号号 200910103109 指导教师（职称）指导教师（职称） 邓翔宇（副教授）邓翔宇（副教授） 日日 期期 2012 年年 03 月月 兰州工业高等专科学校兰州工业高等专科学校 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 电子信息工程系电子信息工程系 2012 届届 通信技术专业通信技术专

2、业 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目 基于 t6668 和 rf2401 的对讲机设计 课题内容性质工程设计 课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题设计/论文 校内指导教师职 称工作单位及部门联系方式 邓翔宇 副教授电子信息工程系一、题目说明（目的和意义）： 语音信号以无线方式传输,可以省去有限信道综合布线的环节。传统的对讲机都是以 模拟语音的方式进行无线传输的，因此其抗干扰能力差，频率利用率低，语音质量一般。 本设计运用 t6668 对语音进行数字化处理，然后采用高性能无线传输芯片 rf2401 对语音 数据实现无线传输，采用单片

3、机对整个对讲系统的工作过程进行控制，从而实现了数字 语音的高可靠性无线传输。 二、设计（论文）要求（工作量、内容）： 1采用 adm 方式对模拟语音进行数字化； 2数字语音波特率 32kbps,通信距离100m； 3采用单片机进行系统控制； 4语音处理芯片的工作原理及其工作过程分析； 5软件设计：程序流程图和通信协议； 6用 protel 绘制系统原理图、印制板图； 7. 系统控制面板及状态显示电路设计。 三、进度表 日 期内 容 2011-2012 学年第一学期 第十五周 第十六周 至十七周 第十八周 第十九周 第二十周 2011-2012 学年第二学期 第一周 第二周 查阅资料、总体方案论

4、证与选择 语音处理芯片基本原理及电路图 收发天线电路设计 数字语音的无线传输电路设计 对讲机控制系统的软、硬件设计 撰写论文 提交、修改论文 答辩 完成日期 答辩日期 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量： 主要参考文献、资料： 1 胡航.语音信号处理.哈尔滨工业大学出版社,1999.9 2 邢建全.新型语音压缩编解码器 ambe.国外电子元器件，2004.1.16 3 赵又新.微机原理与接口技术.北京：中国电力出版社,2007.2 4 flash 存储芯片应用手册 5 t6668 应用手册.国外电子元器件 6 rf2401 芯片应用手册 指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字

5、 2011 年 10 月 14 日 年 月 日年 月 日 注：本任务书要求一式两份, 一份系部留存，一份报教务处实践教学科。 摘 要 本次设计主要介绍了一种运用语音处理集成电路 t6668 和高性能无线传输芯片 rf2401 以及 a/d(d/a)转换器 ad7311，然后采用单片机 at89c51 对整个系统的工作过 程进行控制的对讲机。相对于传统对讲机抗干扰能力强，频率利用率高，从而提高了语 音质量。 主要设计工作包括：发射端的麦克风语音信号放大电路，采样和量化，以及接收端的 数字信号接收、数模转换、平滑滤波和功率放大，从而支持语音信号的基带传输。电路 设计中主要使用运算放大器和单片机，分

6、别处理模拟信号和数字信号。完成了硬件制作 和软件编程。测试结果表明，麦克风语音信号放大电路、采样量化、数字信号接收、数 模转换、平滑滤波和语音功率放大均达到了预期指标。 关键词：关键词：数字语音 t6668 无线传输 rf2401 abstract this design mainly introduces the application of speech processing integrated circuit t6668 and high performance wireless transmission chip rf2401 and a/d (d/a) ad7311 convert

7、er, then the single chip microcomputer at89c51 of whole system work process control of his radio. compared with the traditional interphone strong anti-interference, high frequency utilization rate, so as to improve the quality of the speech. the main design work include: the launch microphone speech

8、 signal amplifier circuit, sampling and quantification, and the receiving end digital signal receiving, analog-to-digital conversion, smoothing filter and power amplifier, which support of baseband speech signal transmission. mainly used in the circuit design amplifier and single chip microcomputer,

9、 respectively, analog signals and digital signal processing. completed the hardware production and software programming. the test results show that the microphone speech signal amplifier circuit, sample quantization, digital signal receiving, analog-to-digital conversion, smoothing filter and voice

10、power amplifier all reached the expected indicators. keywords: digital voice t6668 wireless transmission rf2401 目 录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 课题研究的背景和意义.1 1.2 课题研究的主要内容.1 1.3 对讲机的应用与概况.2 第二章第二章 无线对讲机系统无线对讲机系统.5 2.1 无线对讲机基带信号处理单元结构.5 2.2 基带传输系统.5 第三章第三章 系统总体设计系统总体设计 .7 3.1 系统概述及本人完成的工作.7 3.2 系统总体论证.7 3.3 系统方

11、案设计及选择.7 3.4 系统组成 .9 3.5 工作原理 .9 第四章第四章 t6668、rf2401和单片机和单片机8051的接口电路的接口电路.10 第五章第五章 软件仿真和调试软件仿真和调试.12 5.1 基带发送部分的仿真和调试基带发送部分的仿真和调试.12 5.2 基带接收部分的仿真和调试基带接收部分的仿真和调试.18 5.3 基带系统整体仿真和调试基带系统整体仿真和调试.22 结论结论.25 致谢致谢.27 参考文献参考文献.28 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 古时候的通信方式有蜂火台、飞鸽传书、驿站等等，主要的目地在于传送军事情报， 其传输煤介主要是利用人力和物力

12、来达成。直到“电”问世后，才开始寻找通过使用电来通 信的可能性。 经过人们的发展，在这两百年内获得重大进步，尤其是配合电子元件的进步，使复 杂、便利的通信系统得以实现，并成为日常生活中不可缺少的东西。在整个通信技术发 展过程中，有些科学家作出了重要的突破性贡献。例如 1864 年，马克斯威尔(maxwell)导 出电磁波理论，证明电磁波的存在，而赫兹 1887 年经由实验证明电磁波存在，这些进步 使得无线通信变得可能也逐渐成真。另外，贝尔(bell)于 1875 年发明电话，使声音可以直 接传递，结合史卓格(strowger)在 1897 年发明的自动交换机，使得电话服务得以顺利成长。 由于真

13、空管于 1904 年问世，促使阿姆斯壮于 1918 年发明超外差无线电接收机，开启无 线电广阔的应用大门。 在 1930 年前的通信发展主要是属于类比通信的成长。在 1930 年以后，随着数子通 信、电脑及人造卫星的产生，整体通信技术也朝向数子通信方向来发展，对人类生活的 影响也更为加深。当然，这些进步也都基于电子原件由真空管、电晶体、集成电路 (integrated circuit， ic)及超大型集成电路(very large scale integrated circuit，vlsi)的长 足进步，才能使通信系统更具方便性及操控性。 随着电脑技术、通信技术与娱乐的结合， 大家都希望能够更

14、随心所欲地使用科技，无线通信技术便逐渐获得大家的青睐。大家都 希望能够透过无线通信技术，使自己不再局限于有线传输设备，进而摆脱掉上述的种种 羁绊。无线通信技术主要就是利用无线电波取代传统的传输线路(例如：铜线，双绞线、 光纤等)，通过适当的技术，我们可以将低频的信息加在高频的载波之上，这就是我们所 谓的调制（modulation） ，而相反地，自高频的载波中将信息取出的技术，我们把它称之 为解调(demodulation)，而这个可以用来发射的高频载波，便称之为射频 (简称 rf)。通 过改变载波的波长、振幅、频率，我们就可以利用载波来表示信息。基本上，各种通信 系统的资讯传送过程，以从甲地单

15、向地传到乙地为例，其流程大约如下: 1.在甲地将要传送的信息，以电的信号表现出来。 2.将此电信号放大、编码或调制后，依据各种传输煤介特性，将信息传送到乙地。 3.在乙地将电信号收集后，经解码或解调。 1.2 课题研究的主要内容 对讲机与手机相比有许多独特的地方。首先对讲机不受网络限制，在无线蜂窝网络 未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者相互沟通。其次是对讲机提供一对一，一对多的 通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其在紧急调度和集体协作工作的情 况下，这些特点是非常重要的。第三是通话成本低，除了购机费用和电池耗电外，没有 其他成本，相比而言，手机还有通话费，月租费等。 对讲机应用领域

16、很广，主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、 服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件 的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使 用对讲机。 从通信工作方式上，对讲机分为单工通信工作的单工机和双工通信工作的双工机。 本文主要内容是设计单工机的基带信号处理单元。主要设计工作包括：发射端的麦 克风语音信号放大电路，采样和量化，以及接收端的数字信号接收、数模转换、平滑滤 波和功率放大，从而支持语音信号的基带传输。在设计中以英国 labcenter electronics 公 司出版的 eda 工具软件 proteu

17、s 和美国 microchip 公司出版的单片机集成开发软件 mplab 为设计平台，另外使用 matlab 软件作辅助理论分析，还使用 protel 99se 软件制作印刷电路板。 1.3 对讲机的应用与概况 对讲机通信在 1985 年以前是我国主要的专用无线通信系统，如今随着公众移动通信 的发展已逐步形成为一个重要的专业通信市场。现在，人们对对讲机的认识达到空前的 高度，对讲机在国民经济各部门和人们生活各个领域的广泛应用得到了充分的体现，已 成为国家安全、公安警察、交通管理、石油化工、建筑施工、机械制造、宾馆酒楼等部 门重要的无线通信装备。 1、对讲机在国民经济中的地位与作用 不论是专业无

18、线通信对讲机还是公众低功率民用对讲机，相对于公众移动通信总体 而言都是微不足道的，相对于整个移动通信市场来说也是很小的。对讲机市场虽然只占 公众移动通信市场很小的份额，但由于目前我国国民经济中，各个行业已广泛而大量地 使用对讲机通信，因此，对讲机实际上已成为各个行业重要的无线通信装备，从而显示 出对讲机在国民经济中的重要地位。 2、对讲机是一个有很强增长力的行业 由近十年来世界经济的发展可以看到，即使世界经历了金融危机，在此时期内世界经济 的各个重要领域，都受到了巨大的冲击，但是移动通信包括专业无线通信和公众低功率 民用对讲机，在同一时期内仍保持强劲的增长率，这说明移动通信有很强的增长力，而

19、从这一角度来说，信息时代的 21 世纪是移动通信的世纪，21 世纪的世界是移动通信世界。 中国是 21 世纪移动通信最大的市场，也是世界上对讲机最具发展前途的市场之一。 3、我国对讲机产业的基本情况对讲机产业是我国移动通信比较重要的一部分，产业布局 呈现相应的比较明显的区域性，主要制造企业大部分分布在东南沿海、珠三角一带。近 年来，我国对讲机产业在通信产业快速发展的拉动下，超常规高速发展，仅深圳无线电 通信制造企业就有近 200 家，无线电通信设备制造总产值有 400 亿元之巨，位居全国前 列，是全国最重要的对讲机生产基地，也是全球最多生产对讲机企业基地之一，专业从 事对讲机生产的企业（包括外

20、销企业）就有四十多家。其中对讲机品牌企业 10 余家，创 造了国内产量最大、在理论和实践上位列世界前五名、服务全球用户的对讲机品牌，抢 了洋品牌不少的饭碗。一批起点较高的“中国造”已经向美国、日本、欧盟等世界 80 多个 国家和地区出口，出口贸易呈增长趋势。 虽然我国成了仅次于美国、日本的第三大对讲机生产国，但我国品牌机份额太低， “小 企业太多了，而且多数小企业生产技术水平低，产品质量差，浪费了资源。 ”与发达国家相 比，还有很大差距，基本上属于自由市场经济初期的无序发展。由于对讲机行业的重复 建设现象十分突出，因而大量设备制造厂家竞相仿制、抢产热点对讲机的现象也随之而 来，进而经常出现结构

21、型过剩，市场竞争方式处于恶性价格战等低水平状态，远远满足 不了我国专业无线通信发展的需要，每年还要花大量的外汇进口专业无线通信设备。 4、市场前景及今后的发展趋势 对讲机家庭拥有量是反映一个国家公众无线通信水平高低的综合性指标，同时也是 一个国家国民经济和科学技术发展水平的标志之一。对讲机在美国、欧洲、韩国、新加 坡、香港、台湾等地深受消费者的欢迎。美国从 1998 年开放民用对讲机市场后，在超市 里就可以买到对讲机，其销量以每年翻一番的速度增长，2000 年销量就达到 1000 万台， 与手机的销量处于同一个数量级。在德国、日本，大概有 30%的家庭拥有对讲机，大概 有 25%的法国家庭使用

22、对讲机。2006 年我国手机用户已经达到 4.7 亿，连续几年的销量 都超过了 2000 万部。如果参照美国市场对讲机和手机销量的比例，可以认为我国对讲机 市场的潜力非常巨大，市场需求不会低于欧美国家及我国港台等地。 国家为满足社会公众使用对讲机的需求，对 400mhz 低功率公众民用对讲机市场全 面放开。设置和使用低功率公众无线对讲机，免收频率占用费。低功率公众对讲机与手 机相比，价格便宜，也不产生通话费用，可以很方便地实现一对一和一对多的通话；与 室内无绳电话比较，通话距离更远，可达公里。公众民用对讲机不仅让个人通信更自 由，而且可以表现自身独特的性格。特别是随着愈来愈多消费者生活水平的逐

23、步提高， 驾车远行、登山、露营等外出休闲活动的机会和次数在逐渐增加，可以支持你在与同伴、 家人及时联络沟通的公从低功率民用对讲机的作用此时便凸现出来，从而使社会对公众 对讲机的需求量急剧上升。 我国现有的对讲机无论技术水平还是生产能力，与国外产品比都不具备竞争能力。 因此对讲机的竞争对手来自国际方面。 国外公司对中国对讲机市场早已馋涎欲滴，他们的产品及资本的大举进入和渗透， 已形成一种潮流。摩托罗拉公司 1987 年进入中国，1992 年在天津注册成立摩托罗拉（中 国）电子有限公司，用世界领先的通讯技术生产手机、对讲机等无线通信设备。市场占 有率为世界第三的威泰克斯也将世界尖端的产品服务于中国

24、社会，于 2003 年在苏州工业 园区设立了自己的工厂威泰克斯通讯（苏州）有限公司。全球民用对讲机产销巨头 豪发，用国际通讯领域 20 年的资历和品牌，在我国以 99 元的零售低价推出对讲机培育 民用对讲机市场。tekk 也将眼光转向了中国，2005 年 3 月正式将制造基地从韩国搬到 了深圳，从而开始了 tekk 对讲机在中国生产，服务中国用户的历程。南方贝尔也进入 中国与深圳诺德实业有限公司合作开拓民用对讲机市场。威泰克斯公司在苏州独资设立 了自己的工厂后，形成了与摩托罗拉公司相抗衡的在中国生产对讲机的双架马车，生产 广泛应用于作为社会基础的警察、消防、救护、石油化工和民用的建筑施工、物业

25、管理、 酒店餐厅、商场学校等领域的无线对讲机。 对讲机市场的迅猛发展，也从侧面反映出我国国民经济有了高速发展。今天我国已 是世界移动通信第一大国，但由于我国人口达 13 亿之多，我国每百人拥有量仍处于较低 水平，这一反差巨大的情况既说明我国在发展移动通信方面取得了巨大的成就，也预示 了今后发展我国对讲机方面有着广阔的空间和美好的前景，随着建筑业、交通业、石油 化工等产业的快速发展，对讲机的需求量将越来越大，对讲机市场容量将进一步扩大。 我国对讲机总的发展趋势，将加速提高对讲机产品的技术含量，朝着智能化、个性化、 轻巧型的方向发展，朝着民用的方向发展。品牌的东西不仅好在“形”，更在“神”，而这种

26、 说不清楚的“神”就是由设计水平决定的。因此，自主研发、科技创新把国内的民用对讲机 市场培育起来，也是我国对讲机制造业的一项重要任务，这样自然就有了进一步提高和 创新的基础。 。 第二章 无线对讲机系统 2.1 无线对讲机基带信号处理单元结构 如图 2-1 所示为单工无线对讲机总体系统结构。它包括基带信号处理单元和射频 信号处理单元两部分。射频部分可由专用芯片完成，本文只阐述基带信号的数字传输 设计，包括为射频芯片发射部分提供语音数字输入，从射频芯片接收部分接收数字输 出并还原出语音信号。由于采用单工方式通信，在同一时刻只能单方向传送信息。当 a 方按下发送按键时，发信机与天线相连接而处于发送

27、状态，b 方则应使天线与收信 机相连接而处于接收状态，构成由 a 到 b 的单向通信链路。要使信息反向传送，则需 要双方改变原来的收发状态。考虑到 a，b 双方的收发机完全相同，而本文不涉及射 频部分，为减少工作量，只设计一对收发机进行基带通信，简化后总体系统结构如图 2-2 所示。 图 2-1 单工无线对讲机总体系统结构 图 2-2 单工无线对讲机基带传输系统结构 2.2 基带传输系统 2.2.1 基带发送部分的构成 基带发送部分由语音前置放大、抗混叠滤波、a/d 转换和基带串行发送四部分组 成。如图 2-3 所示。 语音前置放大抗混叠滤波a/d 转换基带串行发送 图 2-3 基带发送部分的

28、构成 2.2.2 基带接收部分的构成 基带接收部分由基带串行接收、d/a 转换、平滑滤波和功率放大四部分组成。如 图 1-4 所示。 基带串行接收d/a 转换平滑滤波功率放大 图 1-3 基带接收部分的构成 第三章 系统总体设计 3.1 系统概述及本人完成的工作 本系统采用了以 t6668、ad73311、rf2401 及单片机 at89c51 通过控制来实现实 时语音的数字化存储与回放，主要以低通滤波器、放大电路.t6668、ad73311 等硬件电 路组成。语音通信在数字通信中占有十分重要的地位，本次设计所介绍的 t6668 和 ad73311 所构成的数据压缩方法以及 rf2401 的无

29、线传输功能，不但可以节约存储资源， 而且能够减小对通信带宽的需求。 ad73311 还是数据转换器，内含五个 8 位控制寄存器 cracre,用于设定工作状态， 控制输入输出。ad73311 通过串行口与处理器接口，传送的是 16 位数据，有五种工作模 式，分别为：程序模式、数据模式、混合模式、模拟环路模式、数字环路模式。其中前 三种是正常的工作模式，后两种是调试模式，仅在调试时使用。五种工作模式由内部的 控制寄存器 a 中的四位（cra03）控制。 3.2 系统总体论证 在本次设计过程中，主要设计电力载波数字对讲系统，基于恶劣电力网环境的低压 电力载波技术得到充分的应用，同时应用单片机进行人

30、机交互的控制。通过加以技术改 进实现广播通信.远程调度等应用。 首先在进行点对点半双工通信和广播通信时，通过麦克风输入语音信号，而在此过 程中首先经过 rc 滤波电路，经过滤波以后，送入 ad73311 芯片，而此芯片集抽样.量化.编 码于一身，将模拟信号转换成二进制数字编码，由于二进制数字编码位数较多，其必须 进行压缩，则此过程最理想的电路结构就是采用新型语音压缩编解码器，既 ambe2000。而由 ambe2000 和 ad73311 构成的语音采样，压缩，解压缩实用电路是整 个设计方案中最佳的组合。其中 ad73311 是 adi 公司的一种声码器芯片，将 a/d 转换 和 d/a 转换

31、集于一身，而用 ad73311 来构成电路设计的采样和模数转换及数模转换，而 它的采样速率可以达到 32khz。16 位采样数据，且具有较好的声音质量，再配合 ambe2000 使用过程中可取得良好的效果，还可以通过软件对 ambe2000 和 ad73311 进 行重新设置，因此在本设计中使用 ambe2000 和 ad73311 的结合，将使语音采样.压缩. 解压缩的过程十分方便，使用十分灵活。在完成对模拟信号的采样.压缩.解压缩的过程 以后，ambe2000 将数据送到单片机 8051 中。 3.3 系统方案设计及选择 在上述设计过程中对提出的两种方案进行比较分析，其主要区别在于 a/d

32、 转换和 d/a 转换及片外数据存储器的不同。就其分析结果如下。在方案一中对语音转换采用 a/d 转 换芯片，同时对对方送来的数字信号进行 d/a 转换芯片，采用两块芯片。在将信号转换 完成后，通过芯片 ambe2000 的压缩及解压缩送入单片机 at89c51，在经片外数据存储 器的暂时存放，等待下一级 at89c51 的响应，当 at89c51 响应后，将数据从片外数据 存储器中取出，再送给输出通道。而在方案二中，重点克服了方案一的缺陷，采用了比 较好的芯片，尤其在 a/d 和 d/a 转换过程中，采用了一个芯片 ad73311，ad73311 最 大的优点在于将 a/d、d/a 转换集于

33、一身，使其在实际中对硬件电路的要求降低了，而且 也在成本上有很大的优势，所以在 a/d、d/a 的转换过程中系统设计采用芯片 ad73311。 对于方案一中采用两块片外数据存储器，其带来的后果与采用 a/d.d/a 两块芯片是 一样的。所以方案二也采用一块芯片，双口 ram，这样不但给硬件部分带来很多方便， 而且给软件方面尤其是单片机识别地址过程中更是方便。这样通过对上述两种方案的论 证分析，采用第二种方案是最佳的。 在这个设计阶段，我们小组将整个系统分解成多个子系统，分别有：语音信号采集 系统a/d 和 d/a 转换模块接口模块语音压缩、解压缩模块、无线传输系统及信号 控制模块。分开的多个子

34、系统尽量采用通用的接口，同时需要考虑各个子系统的接口信 号的定义时序电压范围以及阻抗匹配等问题。 对各个子系统及实现方略的初步考虑分别做一说明。 （1） a/d 转换模块 由于数字化语音是以 8khz 的抽样频率对 0.33.4khz 带宽的话 音信号进行采样，然后按 13 折线 a 律方式压缩编码，每个样值编 8 位，形成 每路数字语音信号的速率为 64kb/s。可以选用的 a/d 和 d/a 的型号很多，在此 设计中我们采用 ad73311 芯片对模拟信号进行数字化处理。 （2） 由于语音压缩率为 32:1，数字语音波特率2.4kbps，我们选择了 t6668 对数字 语音进行压缩编码，其

35、压缩数据率在 2kbps 9.6kbps 范围内可调。当速率在 4kbps 以上时，可得到接近长途电话的语音质量；当速率为 2kbps 时，仍然具 有较高的可懂度和自然度。 （3） 语音回放时，须将已存储的数字化语音信号的数据，经过 d/a 变换器恢复为模 拟语音信号。 （4） 对整个系统控制中我们选用单片机 at89c51。 （5） 对于方案一中采用两块片外数据存储器，其带来的后果与采用 a/d.d/a 两块芯 片是一样的。 （6）完成后，通过芯片 ambe2000 的压缩及解压缩送入单片机 at89c51，在经片外 数据存储器的暂时存放，等待下一级 at89c51 的响应，当 at89c5

36、1 响应后，将数据 从片外数据存储器中取出，再送给输出通道。而在方案二中，重点克服了方案一的缺 陷，采用了比较好的芯片，尤其在 a/d 和 d/a 转换过程中，采用了一个芯片 ad73311，ad73311 最大的优点在于将 a/d、d/a 转换集于一身，使其在实际中对硬 件电路的要求降低了，而且也在成本上有很大的优势，所以在 a/d、d/a 的转换过程 中系统设计采用芯片 ad73311。 3.4 系统组成 本系统由 t6668，ad73311，rf2401 等组成，如下图所示： 3.5 工作原理 模拟的语音信号经过a/d转换后变成数字信号，经ad73311送到t6668。而t6668将送

37、过来的二进制数字信号经过采样、压缩成数据包的形式后，送单片机at89c51的p2.2口同 时由十六分频器分频后将clk信号送向rxd端， ，当单片机接收到信号后，通过软件识别。 并由双口ram将其数据存储后等待下一级单片机的响应，在完成这些后，采用异步串行 通信方式3与扩频通信芯片sc1128进行全双工通信，再送到电力接口电路，经过耦合、放 大、滤波送至低压电力线上，而在此耦合过程中，发送和接收共用一个耦合变压器。由 于t6668每20ms产生一个数据包，用1ms发,9ms收。其对方也是一样，所以在下一个数据 包产生的过程中将会实现一次全双工通信。再经上述的相反过程经t6668的解码，还原出

38、二进制数字信号，再经ad73311的数模转换并将转换成模拟的语音信号，通过放大后经扬 声器播出，既可实现所有用户的点对点的通信和广播。 第四章 t6668、rf2401和单片机8051的接口电路 t6668 和单片机 8051 的接口电路所下图所示： 无线接收与发射电路 nrf_cs nrf_pwr_up nrf_ce nrf_clk2 nrf_clk1 nrf_dr2 nrf_dr1 nrf_dout2 nrf_data rfio p2.0 p2.1 p2.2 3.3v 10nf c32 1nf c3322k r96 2.2nf c37 4.7pf c38 33nf c34 1m r97 1

39、2 16mhz y3 xtal 2.2pf c41 4.7pf c42 1pf c40 1pf c39 22pf c35 22pf c36 ce 1 dr2 2 clk2 3 dout2 4 cs 5 dr1 6 clk1 7 data 8 dvdd 9 vss 10 xc2 11 xc1 12 vdd_pa 13 ant1 14 ant2 15 vss_pa 16 vdd 17 vss 18 iref 19 vss 20 vdd 21 vss 22 pwr_up 23 vdd 24 u15 nrf2041 3.3nh l5 5.6nh l3 10nh l6 5.6nh l4 rfio ant

40、enna da2 clk2 dout2 p3.7 p2.3 p2.4 第五章 软件仿真和调试 5.1 基带发送部分的仿真和调试基带发送部分的仿真和调试 基带发送部分的仿真和调试包括前置放大电路的仿真和调试、抗混叠滤波器的仿 真和调试、a/d 转换电路的仿真和调试、基带串行发送的仿真和调试四部分。 5.1.1 前置放大电路的仿真和调试前置放大电路的仿真和调试 （1） isis 软件仿真电路 用 ne5532 作单级的语音前置放大器，其仿真电路如图 5-1 所示。 图 5-1 前置放大器的仿真电路 （2） isis 软件仿真结果 用 ne5532 作单级的语音前置放大器，其仿真结果如表 5-1 所

41、示。 表 5-1 前置放大器的仿真 vin(mv- pp) f(hz)vo (v-pp)avo=vo/vinav|db= 20*lg(av/avmax) 201.470-3 20021000 2k21000 20 10k1.470-3 其大致的幅频特性曲线如图 5-2 所示。 图 5-2 前置放大器的仿真幅频特性曲线 5.1.2 抗混叠滤波器的仿真和调试抗混叠滤波器的仿真和调试 （1）isis 软件仿真电路 用 ua741 作抗混叠滤波器，其仿真电路如图 5-3 所示。 图 5-3 抗混叠滤波器的仿真电路 （2）isis 软件仿真结果 用 ua741 作抗混叠滤波器，其仿真结果如图 5-3 所

42、示。 表 3-2 前置放大器的仿真 vin(mv- pp) f(hz)vo (mv- pp) avo=vo/vinav|db= 20*lg(av/avmax) 040020200 1k40020 3.4k2701.35-3.4 10k400.2-13.9 大致的幅频特性曲线如图 5-4 所示。 图 3-4 抗混叠滤波器的仿真幅频特性曲线 （4）由于抗混叠滤波器与平滑滤波器设计相同，其仿真结果也一样。 5.1.3 a/d转换电路的仿真和调试转换电路的仿真和调试 （1）程序方案 pic16f8 77a 单片机先 a/d 转换，后由 spi 主模式传输 8 位 ad 转换数据。在定时器 0 计数期间

43、，a/d 采样开关闭合，当定时器 0 产生溢出中断后，在中断程序中先进行 a/d 转换，得到 10 位数字量，按左对齐放于寄存器 adresh 和 adresl 的低 2 位，只取存 放高 8 位 ad 结果的 adresh 中的采样值存入 sspbuf，从而实现发送。其时序图如图 5-5 所示。 图 5-5 a/d 转换电路和基带串行发送的时序图 （2）程序代码 #include /采用 pic16f877a 的 spi 主模式传输 8 位的 ad 转换数据 /spi 主模式下只要向 sspbuf 存入数据，就可由 sdo 串行输出 /在中断中进行 a/d 转换并将结果放入 sspbuf，从

44、而直接发送 void interrupt usart_seve() t0if=0; adgo=1; /ad 转换开始 wait: if(adif=0) goto wait; sspbuf=adresh;/串行发送 a/d 数据 adif=0;/a/d 转换结束，重新闭合采样开关 tmr0=0 xc8;/计时器重新计时 main() trisc3=0;/rc3 为输出作 sck trisc5=0;/rc5 为输出作 sdo trisc4=1;/rc4 为输入作 sdi sspcon=0x31; sspstat=0 x40; intcon=0 xe0; option=0 x00; adcon0=0

45、x41;/选择通道 an0 为模拟输入,无外接基准电压；ad 转换时钟为 8 分频; 接通 ad 转换的电源； adcon1=0x0e;/选择采样数据左对齐,an0 为模拟输入其他为 i/o 端口 tmr0=0; loop:goto loop; （3）仿真电路 从 ra0 输入 4.5v 直流电，在参考电压 5v 情况下运行 a/d 转换，而后由 spi 模式下的 sdo 口输出。 图 5-6 a/d 转换电路和基带串行发送的仿真电路图 （3） 仿真结果 图 5-7 a/d 转换电路和基带串行发送的仿真结果 测得相邻两次串行发送 ad 数据时间间隔为 150us，需优化发送时序图，缩短发送时延

46、。 5.1.4 基带串行发送设计的仿真和调试基带串行发送设计的仿真和调试 （1）程序方案 a 用 8 位 timer0 计数器定时，每 125us 产生中断信号，在中断程序中利用 spi 模式读取 采样值串行输出。pic 的 fosc=4mhz，timer0 的计数周期为 fosc/4=1mhz，取 timer0 的最小分频比 1：2，则 timer0 计数周期为 1/（fosc/4/2）=2us，计数初值 tmr0 计算公式如下：（256-tmr0）*2us125us，取 tmr0=200=0xc8。 b 开辟缓冲区用于存放 a/d 转换的数据。 c 初始化 timer0 和 spi，包括开

47、 timer0 中断，使能 spi 的串口引脚 sck，sdo，sdi 等。 d 写入 timer0 初值 tmr0=0xc8，从而启动 timer0，等待计数溢出中断。 e 在中断程序中读取缓冲区中的数据写入 sspbuf 中，即可直接将数据由 sdo 输出。 （2）程序流程图 图 5-8 基带串行发送流程图 （3）程序代码 #include int i=0; int t_temp8=0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff;/缓冲区放 8 个数据测试 void interrupt usart_seve() t0if=0;tmr0=0 x

48、c8; sspbuf=t_tempi;/写入存放在缓冲区的 a/d 采样数据直接串行输出 i+; main() trisc3=0;/rc3 为输出作 sck trisc5=0;/rc5 为输出作 sdo trisc4=1;/rc4 为输入作 sdi sspcon=0x31; sspstat=0 x40;/使能 spi 的各端口，设定串行速率为 fosc/4=1mbps intcon=0 xe0;/使能 timer0 中断 t0ie 及全局中断 gie option=0 x00;/ 设定分频比为 1：2 tmr0=0;/写入初值启动 timer0 loop:if(i=8)i=0; goto lo

49、op; （4）仿真电路 pic 的 rc5 即为 spi 的串行输出口 sdo，可观察串行输出结果。 图 3-9 基带串行发送仿真电路 （4）仿真结果 图 3-10 基带串行发送仿真结果 观察可知两次串行输出 8 个“1”的时间间隔约为 125us，初步达到串行通信要求。 5.2 基带接收部分的仿真和调试基带接收部分的仿真和调试 基带发送部分的仿真和调试包括基带串行接收的仿真和调试、d/a 转换电路的仿真和 调试、平滑滤波器的仿真和调试、功率放大器的仿真和调试。 5.2.1 基带串行接收的仿真和调试的仿真和调试 （1）程序方案 a u1 作发送，u2 作接收 b 在 spi 主模式下，u1 将

50、缓冲区数据由 sdo 口输出，并由 sck 口发送时钟信号，u2 的 sck 口接收 u1 的时钟信号，并按 u1 时钟由 sdi 接收 u1 的 sdo 口输出的数据，然 后由 rb7-rb0 并行输出。 （2）仿真电路 图 5-11 基带串行接收仿真电路 （3）仿真结果 图 3-12 基带串行接收仿真结果 sdo 发送数据为 0xaa，高两位分别为 1、0，rb7、rb6 经过延时在 t 时刻分别为 1、0，实现了串行通信。 （2）程序代码 u1 代码代码 #include /程序目的：采用 pic16f877a 的 spi 主模式传输 8 位的 ad 转换数据 /spi 主模式下只要向

51、sspbuf 缓冲器存入数据，就可自动进入移位寄存器 sspsr， /最后由 sdo 串行输出 /数据存入 sspbuf 缓冲器后，补充 rc4 产生下跳变（可修改为上跳变） ， /通知 nrf2401 接收数据。 /仿真显示，bit7 传送的初始阶段，rc4 及时产生下跳变，达到了预期效果。 /存在问题，数据放入 sspbuf 以后，不能将 sspif 置位 int i=0; int j=0; int t_temp8=0 xaa,0 xff,0 xaa,0 xff,0 xaa,0 xff,0 xaa,0 xff;/缓冲区放 8 个数据测试 void interrupt usart_seve(

52、) t0if=0;tmr0=0 xc8; sspbuf=t_tempi; rc4=0;/数据存入 sspbuf 缓冲器后，补充 rc4 产生下跳变（可修改为上跳变） for(j=0;j1;j+)/使 rc4=0 延时一段时间，再回主程序上跳变为 1 i+; i-; i+; main() trisc3=0;/rc3 为输出作 sck trisc5=0;/rc5 为输出作 sdo trisc4=0;/rc4 为 io 输出，不作串行口的 sdi 引脚 sspcon=0x31; sspstat=0 x40; intcon=0 xe0; option=0 x00; tmr0=0; loop:if(i=

53、8)i=0;rc4=1; goto loop; u2 代码代码 #include /采用 pic16f877a 的 spi 从主模式接收 8 位的 ad 转换数据 /spi 从模式下按输入的 sck 时钟由 sdi 串行输入 8bit 数据,然后存入 sspbuf /将 sspbuf 内数据送至 portb 并行输出从而进行 da 转换 void interrupt usart_seve() sspif=0; portb=sspbuf;/并行输出 8 位数字量 main() trisb=0;/并行输出数字量以供 da 转换 trisc3=1;/rc3 为输入作 sck，说明是从模式 trisc

54、5=0;/rc5 为输出作 sdo trisc4=1;/rc4 为输入作 sdi sspcon=0x35;/选择从动模式，使能/ss sspstat=0 x40;/每比特数据输出的中间时刻采样，sck 下降沿输出下一比特数据 intcon=0 xe0;/使能外围中断 sspie=1;sspif=0; loop: goto loop; 5.2.2 d/a转换电路的仿真和调试转换电路的仿真和调试 （1）程序目的 测试 dac0832 在直通方式下的接线方式是否正确及转换速率 （2）程序代码 /仿真目的：测试 dac0832 直通方式连接是否正确，是否可以进行 da 转化 /定时输出 0 xff 和

55、 0 x00，如此循环，观察 dac0832 是否输出占空比 50%的 5v 方波信号 #include unsigned int table=0 xff; void interrupt da_serve() t0if=0; tmr0=0 xc8;/定时周期（ff-c8）*（1/（fosc/8） ）=55*2us=110us table=table;/按位取反，得到反相信号 void main() trisc=0; intcon=0 xa0; option=0 x00;/初始化 rc 作输出，使能 timer0 tmr0=0;/写入 timer0 初值 tmr0 启动定时器 while(1)

56、portc=table;/并行输出 8 位数字量供 dac0832 进行 da 转换 （3）仿真电路 图 5-13 dac0832 在直通方式下的仿真电路 （4）仿真结果 图 5-14 dac0832 在直通方式下的仿真结果 rc7-rc0 并行输出 0xff,0x00,每个口输出 1bit 时间均为 120us 略大于高定的 110us，dac0832 反相还原出周期为 110us*2=220us，占空比为 50%，幅值 5v 方波信号。 与 3.1.2 抗混叠滤波器的仿真和调试相同 5.3 基带系统整体仿真和调试基带系统整体仿真和调试 （1）程序方案 u1 采用 an0 作模拟通道，而 a

57、n3、an2 接5v 基准电压作 ad 转换参考电压。然后在 spi 主模式下，输出 sck 时钟信号，按该时钟由 sdo 口将 ad 信号串行输出。u2 处在 spi 从模式，接收 u1 的时钟信号，按其时钟由 sdi 串行输入 ad 信号，而后由 rb7-rb0 并行输出给 dac0832。dac0832 采用直通方式，即时将数字信号转为模拟信号。 （2）仿真电路 图 5-16 基带系统整体仿真电路 （2）仿真结果 图 5-17 基带系统整体仿真结果 输入 3khz 峰峰值为 5v 的正弦波，输出结果与输入基本一致，但不够平滑，加入平滑滤 波器改善波形，改进后仿真电路如图 5-18 所示，

58、仿真结果如图 5-19 所示。 图 5-18 基带系统整体仿真电路（改进后） 图 5-19 基带系统整体仿真结果（改进后） 结论 本系统采用无线传感器网络技术,充分利用其成本低和耗能低的特点,完成了环境监测 系统的数据采集终端的实现。解决了原有技术方案成本高、难以布线和维护、对环境破 坏大等缺点。同时,该系统有很好的扩展性。只要加上相应的传感器就可以广泛应用于远 程控制和自动控制,嵌入各种设备可望实现更多的功能。如温室大棚的环境参数监测、空 调系统的温度控制、照明的自动控制、家用电器的远程控制、火灾监测和烟雾探测等。 目前市场上的近距离无线通信技术有很多种，如无线局域网wifi、蓝牙 irda

59、、uwb、rf等。经过市场调研，发现zigbee无线通信技术在在无线传感网络中占 有广泛的市场，具有低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性强、安全性高、成本 低等特点。本设计采用了zigbee技术实现无线网络的搭建。经过反复的测试，本设计中 的无线网络节点通信平台已经可以稳定的运行，并且有较好的可靠性和扩展性。 本设计分析了zigbee的特点和技术规范，对组网方式进行了深入的研究。提出了一 种可以在环境监控中应用的无线传感器网络系统设计方案，分析了传感器网络节点的硬 件和软件，可以用于监测声音信号，光照强度，温湿度等多种环境参数，完成环境参数 的连续检测和把数据实时发送到中心节点中。完成了z

60、igbee无线网络通信平台的搭建， 实现了小型的zigbee 星型网和网状网，串口观测，表明传感器节点的数据通过此网络 可以顺利到达中心节点。 考虑到系统的扩展问题，把微控制器的所有都引出，一方面方便调试，另一 方面便于以后的功能扩展。由于使用的传感器种类较多，不可能对每个传感器节点都开 发一套全新的硬件系统，固合理的分配的微处理器资源，硬件部分分为模块化布置，选 用及插及拔的器件和传感器，通过标准接口自由组合。对于需复用的微处理器资源，软 件上采用设计合理的时间管理机制，分配使用微处理器资源，实现功能。目前搭建的平 台主要适用于仓库环境监控，因为它采用的是外部电源供电。 由于时间原因，很多预