四川大學(xué)電子信息學(xué)院 任靈飛 劉志鑫 王洪彬

1.引言

隨著無(wú)線技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是IEEE提出8022.11系列的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，無(wú)線局域網(wǎng)通信技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，各種基于無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品層出不窮。但對(duì)市場(chǎng)深入分析之后，我們發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)小區(qū)或者是樓宇內(nèi)的局域網(wǎng)語(yǔ)音通信技術(shù)極少，而真正保證語(yǔ)音高清晰度，系統(tǒng)多功能的技術(shù)更是鳳毛菱角。本文介紹的這種系統(tǒng)，利用飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī)作為核心處理器，以CMX639P6芯片作為語(yǔ)音處理芯片，以STLC4560無(wú)線傳輸芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和具體接受方的選擇，以無(wú)線路由器為信息的傳輸總站，遵守802.11g無(wú)線傳輸協(xié)議。

2.結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖與原理

此系統(tǒng)包括四大組成部分：語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理單元、短信編寫單元、無(wú)線收發(fā)單元以及控制單元。如圖1所示。語(yǔ)音處理模塊有麥克風(fēng)，語(yǔ)音濾波放大電路，CMX639P6語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理芯片，語(yǔ)音功率放大電路以及耳麥組成；短信單元由矩陣鍵盤，液晶顯示模塊組成；無(wú)線收發(fā)模塊由802.11無(wú)線收發(fā)模塊和無(wú)線路由器組成以及外部時(shí)電路和核心控制芯片MC9S12XS128處理器。系統(tǒng)工作可以分為兩大獨(dú)立過(guò)程：語(yǔ)音通信和短信收。以MCU微控器和STLC4560無(wú)線模塊以及無(wú)線路由器為核心，輔助語(yǔ)音處理單元，液晶顯示，震鈴來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)圖

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1 CMX639P特點(diǎn)及工作原理

圖2 電壓放大電路

圖3 STLC4560與MC9SXS128接口

圖4 用戶端流程圖

圖5 路由終端流程圖

CMX639包括輸入濾波，編碼調(diào)制，輸出濾波，解碼調(diào)制，時(shí)鐘發(fā)生器，時(shí)鐘模式邏輯控制器等。根據(jù)需要CMX639既可單獨(dú)作為編碼電路使用，也可作為單獨(dú)的解碼電路使用，或作為全雙工增量調(diào)制解調(diào)器使用。這要由編、解碼使能端狀態(tài)來(lái)確定。注意：編碼時(shí)的工作模式和解碼時(shí)的工作模式必需一致。數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)是控制外部電路以實(shí)現(xiàn)同步工作的，若沒(méi)有外部電路需要同步工作，此信號(hào)端可以不用。調(diào)制器以增量調(diào)制為工作原理，采用三位或四位壓擴(kuò)算法進(jìn)行編碼。CMX639P6增量調(diào)制器是用一位編碼進(jìn)行調(diào)制的，但這一位碼不是用來(lái)表示信號(hào)抽樣值大小的，而是表示抽樣時(shí)刻波形的變化趨向。

3.1.2 語(yǔ)音放大與濾波設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是高輸入阻抗的反向放大器將從麥克風(fēng)獲得的微弱語(yǔ)音信號(hào)放大.兩級(jí)的增益分別是A1=-R1/R2=-22，A2=-50/10=-5，總的電壓增益為A=A1*A2=110，電路如圖2。

3.1.3 音頻濾波電路

采用2階高、低通濾波器構(gòu)成300Hz-3.4kHz帶通濾波器，其中高通濾波器采用2階壓控電壓源高通濾波，其傳遞函數(shù)為：

幅頻響應(yīng)表達(dá)式為：

低通濾波器采用2階壓控電壓源低通濾波，其傳遞函數(shù)為：

幅頻響應(yīng)表達(dá)式為：

3.1.4 STLC4560芯片

該芯片符合IEEE 802.11b和802.11g協(xié)議。工作在2.45GHz的ISM頻率頻帶支持OFDM數(shù)據(jù)傳輸速率54，48，36，24，18，12，9，和6Mbps以及對(duì)CCK和11的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳統(tǒng)5.5Mbps對(duì)2和1Mbps.的數(shù)據(jù)傳輸速率該STLC4550是一個(gè)完全集成的無(wú)線電臺(tái)包括ZIF收發(fā)器，RDocRev1F合成器/VCO，高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，OFDM/CCK數(shù)字基帶處理器，ARM9-based MAC和一個(gè)完整的電源管理組集成功率放大器偏置控制.此外，一些被動(dòng)元件進(jìn)一步降低了整體的綜合參考設(shè)計(jì)成本和尺寸.外部FEM完成高度集成的芯片組解決方案.主機(jī)控制提供了一個(gè)靈活的SPI或SDIO串行接口.該SPI接口支持最大時(shí)鐘速率48MHz而SDIO最大時(shí)鐘速率.對(duì)于最大的靈活性，STLC4560接受系統(tǒng)參考時(shí)鐘頻率的19.2，26，38.4和40MHz.的參考設(shè)計(jì)評(píng)估硬件和軟件平臺(tái)是提供給系統(tǒng)集成商能夠迅速啟用無(wú)線。與MC9SXS128處理器的接口電路如圖3。

3.2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 STLC4560芯片與無(wú)線路由器間通信

一般來(lái)說(shuō)，IEEE地址是固定的，而網(wǎng)絡(luò)地址則是在組網(wǎng)時(shí)隨機(jī)分配的。因此要對(duì)特定設(shè)備通信，必須用IEEE地址，但是在進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，為了簡(jiǎn)化傳輸數(shù)據(jù)，一般采用16位網(wǎng)絡(luò)地址尋址。這就需要在第一次通信時(shí)知道IEEE地址的前提下，獲取設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址；以后采用網(wǎng)絡(luò)地址通信。接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先STLC4560射頻發(fā)射芯片監(jiān)聽(tīng)信道中的數(shù)據(jù)，通過(guò)判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送給該設(shè)備。如果是，則讀取該數(shù)據(jù)到接收FIFO，然后觸發(fā)，通過(guò)SPI總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU；通過(guò)MCU處理，去掉各層的幀頭，最后將數(shù)據(jù)存放到指定語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)硬件電路的緩存區(qū)中。

3.2.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

本系統(tǒng)采用的是星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有終端設(shè)備都與唯一的無(wú)線路由器通信，數(shù)字終端設(shè)備之間的通信通過(guò)無(wú)線路由器的轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)完成。終端設(shè)備可以是通信的起點(diǎn)或者是通信的終點(diǎn)，矩陣鍵盤在撥號(hào)長(zhǎng)生的號(hào)碼對(duì)應(yīng)局域網(wǎng)中唯一的終端設(shè)備地址，通過(guò)STCL560無(wú)線芯片發(fā)送給無(wú)線路由器，無(wú)線路由器通過(guò)查找地址欄找到相應(yīng)的終端，然后建立連接。

3.2.3 程序流程圖（如圖4-5所示）

4.結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是基于802.11g無(wú)線通信協(xié)議構(gòu)建的，充分發(fā)揮了通信協(xié)議的各種優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)出便攜式數(shù)字通信終端，能很好的運(yùn)用于小區(qū)，樓宇等場(chǎng)所的語(yǔ)音和短信傳輸，有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好，功能全面，保密性好、功耗低、成本較低等優(yōu)點(diǎn).因此本設(shè)計(jì)有著良好的市場(chǎng)前景和發(fā)展前景。

本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于：運(yùn)用無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)了500米范圍內(nèi)的無(wú)線通信；通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電話會(huì)議；利用跳頻技術(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性能，提高語(yǔ)音通信質(zhì)量。

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