畢設：基于單片機的無線語音對講系統設計

1、蘭州理工大學本科畢業(yè)設計（2011屆）題 目基于單片機的無線語音對講系統設計學 院電信學院專 業(yè)電子信息科學與技術班 級電子二班學 號學生姓名指導教師緱新科完成日期推薦精選誠 信 承 諾我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文基于CC2500的語音對講系統設計均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 年 月 日推薦精選摘 要 本畢業(yè)設計主要設計自主研發(fā)的基于CC2500的語音對講系統，實現短距離的語音對講。在現代通信中，對講機是一種近距離的、簡單的無線傳輸通信工具，由于它不需要中轉站和地面交換機站支持，就可以進行有效的移動通信

2、，因此深受人們歡迎。目前，它廣泛應用于生產、保安、野外工程等領域的小范圍移動通信工程中?？紤]到研究的針對性，基于CC2500的無線對講系統的原理是通過STC89C52單片機控制，讀取存于FLASH里的PCM編碼信號，進行處理后通過CC2500模塊發(fā)送，接收機通過CC2500模塊接收到信號后通過STC89C52模擬PWM波輸出。其音頻放大電路是通過LM358跟4871放大送到3歐喇叭。本文將具體介紹對講系統的硬件設計及軟件編程設計過程。關鍵詞：CC2500模塊；單片機；語音對講推薦精選ABSTRACT The graduation design, the main design based on

3、 the independent research and development CC2500 speech talkback system, realize short speech the intercom.In the modern communication, intercom is a close, simple wireless transmission communication tools, because it does not require station and ground switch station, can effectively support the mo

4、bile communications,so it Welcome by people.At present, it is widely used in production, security, field engineering and other areas of small range of mobile communication engineering. Considering the pertinence, based on research CC2500 wireless talkback system principle is through STC89C52 MCU con

5、trol, read stored in FLASH pulse code modulation (PCM).the signal processing CC2500 module after sending by CC2500 module,receiver received by STC89C52 simulation PWM signal after through wavelet output.The audio amplification circuit is amplified by LM358 and 4871 to 3 speakers.Key words：CC2500 mod

6、ule；MCU；Voice Intercom推薦精選目 錄1 引言12 概述22.1無線對講系統概況22.2射頻芯片CC2500簡介32.3單片機概述52.4研究的意義62.5本設計方案思路63 語音對講系統硬件電路設計73.1語音對講系統總體設計框架73.2主控制器部分設計73.3 FLASH選擇113.4 顯示部分設計123.5信號發(fā)射/接收模塊設計123.6音頻輸出模塊設計143.7按鍵電路設計163.8 電源部分設計163.9本章小結174語音對講系統軟件設計184.1軟件開發(fā)調試環(huán)境184.2軟件總體設計框圖184.3 各模塊程序設計194.4本章小結265 制作與調試275.1原理

7、圖繪制及PCB制板275.2 硬件電路的布線與焊接275.3 調試286 總結30致謝31參考文獻32附錄33推薦精選推薦精選1 引言專業(yè)對講機通信作為專網移動通信的重要組成部分，其不受網絡限制，在網絡未覆蓋到的地方，可以讓使用者輕松溝通，簡單靈活的組網方式，更少的投入、更優(yōu)的性價比在許多特殊的行業(yè)與應用領域發(fā)揮著其它通信系統無法替代的作用。傳統的模擬對講機設備在追求生產效率以及經濟效益的今天，對講機提供一對一，一對多的通話方式，一按就說，操作簡單，令溝通更自由，尤其是緊急調度和集體協作工作的情況下，如在公共安全、應急調度、物資流通、貨運、交通、建筑施工、物業(yè)管理、餐飲服務等各個領域都扮演著重

8、要的角色。但是傳統的模擬對講機設備頻譜利用率低，易受干擾，保密性差，業(yè)務單一等一些不可避免的缺陷已經逐漸地體現出來。因此，推動傳統的模擬通信設備向數字化發(fā)展將是解決這些缺陷的非常有效的辦法。目前，對講機的數字化已受到全球高度重視。數字對講機設備的技術研究和標準化工作在歐美等發(fā)達國家已開始推進。最近幾年隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，政府部門、警察、公共安全、公用設施、醫(yī)療、消防及一些特殊部門等對專網移動通信有了新的要求，促使我國許多企業(yè)投入大量人力物力研發(fā)自己的移動通信標準。這其中最具代表性的就是華為的GT800系統和中興的GoTa系統，不過十分遺憾的是這兩個系統并未在國內得到很好的推廣。與之形成

9、鮮明對比的是國外的TETRA、iDEN系統卻在國內得到了廣泛的應用。另外國家雖然早在1995年就發(fā)布了無中心多信道選址移動通信系統的國家標準，卻并沒又得到很好的發(fā)展。我國信息產業(yè)部無線電管理局在2007年9月13同發(fā)布了數字對講機系統設備無線射頻技術指標要求(試行)和2009年12月12日發(fā)布的150MHz、400MHz頻段數字對講機設備無線技術指標的通知，為我國數字對講機的發(fā)展提供了頻率保證和射頻技術基本指標要求，也使得國內通信制造商的研發(fā)有章可循，從而促進了國內數字對講機設備的研發(fā)。隨著科技的發(fā)展人們對對講機不斷的提高要求，本文所研究的通過CC2500模塊構建語音對講系統低功耗低成本有一定

10、的實際意義。推薦精選2 概述2.1無線對講系統概況 公眾無線移動通信和專網移動無線通信同屬于移動通信的范疇，是移動通信的兩大應用領域。公眾移動通信發(fā)展迅速，已進入市場炒得火熱的3G，其特點是橫向、跨行業(yè)、面向全社會。專網移動通信則以某些特定領域的應用或垂直的行業(yè)應用為主，其所具有的強大的調度指揮功能、靈活多變的組網功能、獨有的用戶優(yōu)先級、一鍵呼叫業(yè)務、高保密性、高可靠性、為各行業(yè)量身定做的行業(yè)應用功能、以及只需一次投入不用定期交納服務費等都是公眾移動通信系統所無法替代的。專網無線通信系統主要包括三大類系統：集群通信系統、無中心通信系統和對講機。通過下面的介紹我們會發(fā)現對無線對講系統的研究和發(fā)展

11、是有一定的現實意義的。2.1.1集群移動通信系統集群移動通信系統又叫專用業(yè)務調度系統，是專用無線電調度系統的一種高級發(fā)展階段。目前，集群移動通信基本已經從模擬時過度到了數字時代。可以說是專網移動通信三大系統中最早實現數字化的系統。數字集群通信系統相對于模擬集群通信系統，主要有高頻譜利用率、高保密性、更好的話音質量、支持多種業(yè)務、網絡管理和控制更加有效和靈活等特點。我國數字集群移動通信系統體制包括來自國外的TETRA、iDEN系統及國內的GoTa、GT800系統，由于TETRA系統的開放性較好，技術也較為成熟，參與廠商也比較多，所以在國內發(fā)展較好，而其它3種系統并未得到較好的應用。集群系統雖然功

12、能強大，但總的來說建網費用還是較高，這也是對講機和無中心移動通信系統得以發(fā)展的原因之一。2.1.2對講機 專業(yè)對講機通信作為專網移動通信的重要組成部分，以其更簡單靈活的組網方式、更少的投入、更優(yōu)的性價比在許多特殊的行業(yè)與應用領域發(fā)揮著其它通信系統無法替代的作用。傳統的模擬對講機設備在追求生產效率以及經濟效益的今天，在公共安全、應急調度、物資流通、貨運、交通、建筑施工、物業(yè)管理、餐飲服務等各個領域都扮演著重要的角色。但是傳統的模擬對講機設備頻譜利用率低，易受干擾，保密性差，業(yè)務單一等一些不可避免的缺陷已經逐漸地體現出來。因此，推動傳統的模擬通信設備向數字化發(fā)展將是解決這些缺陷的非常有效的辦法。目

13、前，對講機的數字化已受到全球高度重視。數字對講機設備的技術研究和標準化工作在歐美等發(fā)達國家已開始推進。推薦精選我國信息產業(yè)部無線電管理局在2007年9月13同發(fā)布了數字對講機系統設備無線射頻技術指標要求(試行)和2009年12月12日發(fā)布的150MHz、400MHz頻段數字對講機設備無線技術指標的通知，為我國數字對講機的發(fā)展提供了頻率保證和射頻技術基本指標要求，也使得國內通信制造商的研發(fā)有章可循，從而促進了國內數字對講機設備的研發(fā)。2.1.3無中心移動通信系統 無中心移動通信系統是指沒有作轉發(fā)用基站的移動通信系統，900MHz無中心選址系統在我國經歷了10多年的使用，于1995年發(fā)布了兩個國家

14、標準：無中心多信道選址移動通信系統體制和無中心多信道移動通信設備總規(guī)范。無中心移動通信系統有其自身的優(yōu)點，比如費用低廉，多信道公用，無需申請指配頻點等。目前，無中心移動通信系統和對講機一樣是只能進行通話的模擬系統，也正在經歷模擬轉數字的過程，就目前而言，國內還沒有成熟的數字無中心通信系統投入市場。中國是移動通信最大的市場，這是由我國是世界第一人口大國和我國經濟的迅速發(fā)展決定的。但是相對于發(fā)展同趨成熟的公網移動通信，專網移動通信可以說是剛剛起步。由上面的介紹我們可以看出，專網移動通信的三大類系統在我國的發(fā)展都不是很理想。可是隨著我國經濟的發(fā)展，公共安全對專網移動通信的需求卻日漸增長。近些年南方雪

15、災、汶川地震、玉樹地震的發(fā)生讓我們深刻體會到了對講機在應對突發(fā)事件的巨大作用?？梢灶A見，在我國經濟迅猛發(fā)展的今天，數字對講機必將在囤計民生和公共安全領域發(fā)揮越來越重要的作用，有著巨大的發(fā)展前景?，F在中國的專網移動通信正在經歷模轉數的過程，對講機、無中心系統的數字化是移動通信領域罩最后一塊由模擬轉數字的市場。新型的專網數字移動通信系統也隨著對講機的數字化應運而生，未來將成為專網系統的主力軍。為避免再出現公網數字化和集群數字化過程中核心技術受制于國外的情形，迫切需要我國的研發(fā)人員能真正掌握該領域的核心技術，所以對數字對講機的研究意義重大。 2.2射頻芯片CC2500簡介 射頻模塊采用Chipcon

16、公司生產的CC2500芯片，它是一款超低功耗、低成本的無線收發(fā)模塊，其載頻范圍在2。400GHz2。483GHz的ISM頻段由一個完全集成的頻率調制器一個解調器的接收器一個功率放大器一個晶體振蕩器和一個調節(jié)其組成。工作特點是自動產生前導碼和CRC可以很容易通過SPI接口進行編程配置，電流消耗低。空閑信道評估CCA（Clear Channel Assessment）功能是指當CC2500處于RX狀態(tài)時，可以檢測自身所處信道的電磁場的強弱以判斷該信道是否空閑。本設計中利用該功能來避免多個標簽同時響應閱讀器查詢時發(fā)生的碰撞。當一個標簽收到閱讀器的查詢時，讓它先進行CCA檢測，若檢測到該信道忙，表明已

17、經有其他標簽響應了，自身不再響應，等待下一次查詢命令到來，否則正常響應。 推薦精選圖 2-1 CC2500簡化框圖 CC2500簡化框圖如圖2-1所示，RF收發(fā)器集成了一個數據傳輸率可達500kbps 的高度可配置的調制解調器。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。 CC2500 為數據包處理、數據緩沖、突發(fā)數據傳輸、清晰信道評估、連接質量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。 CC2500 的主要操作參數和 64 位傳輸/接收FIFO （先進先出堆棧） 可通過 SPI 接口控制。在一個典型系統里，CC2550 和一個微控制器及若干被動元件一起使用。 CC2500 基于

18、 0.18 微米 CMOS 晶體的Chipcon的 SmartRF 04 系列。 CC2500主要特性 ：體積?。≦LP 4×4mm封裝，20 腳）；真正的單片 2.4GHz RF（射頻）收發(fā)器高靈敏度（10kbps 下-98dBm，1數據包誤差率）；可編程控制的數據傳輸率，可達500kbps ；較低的電流消耗（RX中 15.6mA）；可編程控制的輸出功率，可達+1dBm ；優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能；極少的外部元件：芯片內頻率合成器，不需要外部濾波器或 RF轉換；可編程控制的基帶調制解調器；理想的多路操作特性；可控的數據包處理硬件；快速頻率變動合成器帶來的合適的頻率跳躍系統；可

19、選的帶交錯的前向誤差校正；單獨的 64 字節(jié) RX和 TX數據 FIFO；高效的 SPI 接口：所有的寄存器能用一個“突發(fā)”轉換器控制數字 RSSI 輸出；與遵照 EN 300328，EN 300440 class 2 (歐洲)，CFR47 Part 15 (美國), 和ARIB STD-T66(日本)標準的系統相配；自動低功率RX拉電路的電磁波激活功能；許多強大的數字特征，使得使用廉價的微控制器就能得到高性能的 RF系統；集成模擬溫度傳感器；自由引導的推薦精選“綠色”數據包；對數據包導向系統的靈活支持：對同步詞匯插入的芯片偵測，地址檢查，靈活的數據包長度及自動 CRC 處理；可編程信道濾波帶

20、寬；OOK和靈活的 ASK整型支持；2-FSK 和 MSK支持；自動頻率補償可用來調整頻率合成器到接收中間頻率；對數據的可選自動白化處理；對現存通信協議的向后兼容的異步透明接收/傳輸模式的支持；可編程的載波感應指示器 ；可編程前導質量指示器及在隨機噪聲下改進的針對同步詞匯偵測的保護；支持傳輸前自動清理信道訪問（CCA），即載波偵聽系統；支持每個數據包連接質量指示。 2.3單片機概述2 單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小

21、，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。STC單片機：STC公司的單片機主要是基于8051內核，是新一代增強型單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，速度快812倍，帶ADC，4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強。PIC單片機：是MICROCHIP公司的產品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片。EMC單片機：是臺灣義隆公司的產品，有很大一部分與PIC 8位單片機兼容，且相兼容產品的資源相對比PIC的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。 ATMEL單片

22、機(51單片機)：ATMEL公司的8位單片機有AT89、AT90兩個系列，AT89系列是8位Flash單片機，與8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式；AT90系列單片機是增強RISC結構、全靜態(tài)工作方式、內載在線可編程Flash的單片機，也叫AVR單片機。 PHLIPIS 51PLC系列單片機(51單片機)：PHILIPS公司的單片機是基于80C51內核的單片機，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應用設計中可以滿足多方面的性能要求。 HOLTEK單片機：臺灣盛揚半導體的單片機，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費類產品。 TI公司

23、單片機(51單片機)：德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機。TMS370系列單片機是8位CMOS單片機，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復雜的實時控制場合；MSP430系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機，特別適用于要求功耗低的場合推薦精選松翰單片機（SONIX）：是臺灣松翰公司的單片，大多為8位機，有一部分與PIC 8位單片機兼容，價格便宜，系統時鐘分頻可選項較多，有PMWAD內振內部雜訊濾波。缺點RAM空間過小，抗干擾較好。2.4研究的意義 由于語音對講系統越來越廣泛的就用于公安、民航、運輸、鐵路、水利、服務、建筑等行業(yè)。用于團體成員

24、間的聯絡和指揮調度，以提高溝通效率和提高處理實發(fā)事件的快速反應能力，隨著對講機進入民用市場，人們外出購物、旅游也開始越多的使用對講機。短距離語音對講系統的種類也越來越多種，本著物盡其用的原則，在一些場合對于短距離語音通信要求不是很高的情況下，沒有必要去買價格比較貴的對講機。所以本課題可以很好的解決短距離語音通信，基于CC2500的語音對講系統成本低，功耗低可以節(jié)省資源浪費。2.5本設計方案思路 基于CC2500的功能比較強大，其各方面的優(yōu)點可以用來傳輸比較大的PCM編碼，用單片機控制其發(fā)送音頻信號能達到8KHZ的電話音質，故而想到用其做一個簡易的語音對講系統，基于這里研究的主要為CC2500，

25、所以語音對講系統的語音輸入PCM編碼調制省略為用單片機讀取存于FLASH里的PCM編碼來替代。推薦精選3 語音對講系統硬件電路設計3.1語音對講系統總體設計框架考慮到研究的針對性，本設計主要針對CC2500模塊的研究。對講系統省略去語音輸入的PCM調制，基于CC2500的語音對講系統的體框圖如下圖（圖2-4）。圖2-4 系統框圖 單片機控制讀取存于4M-bit Flash中的PCM編碼，送CC2500模塊發(fā)送，從機通過CC2500模塊接收數據，接收到的數劇通過單片機模擬產生PWM波輸出到音頻輸出模塊。音頻輸出模塊用RC濾波電路濾波再通過LM385跟4871放大送喇叭發(fā)生。切換鍵用來切換接收還是

26、發(fā)送數據，由數碼管顯示系統工作在何種模式（接收、發(fā)送）。3.2主控制器部分設計2 利用單片機的具有的微型計算機及存儲功能進行設計發(fā)送和接收模塊的。本系統使用了stc89c51。 STC89C51系列單片機是從引腳到內核都完全兼容標準8051的單片機，有PDIP（塑料雙列直插式封裝，芯片封裝的形式之一）-40、PLCC（特殊引腳芯片封裝，它是貼片封裝的一種）-44、PQFP（塑料方塊平面封裝，一種芯片封裝形式）-44三種封裝形式。STC推出的系列51單片機芯片是全面兼容其它51單片機的。STC89C51/芯片分別含有4K字節(jié)FLASH ROM供用戶編程使用。STC89C系列單片機是高速/低功耗的

27、新一代8051單片機，最高工作頻率可分別達到25MHz50MHz，具體在芯片上的型號名稱后以推薦精選“-XX”標注。STC89C系列單片機有較寬的工作電壓，5V型號的可工作于3.4V6.0V，3.3V型號的可工作于2.0V4.0V(ISP/IAP操作時對電壓要求會稍嚴)。正常工作模式下的典型耗電為4mA7mA，空閑模式為2mA，掉電模式(可由外部中斷喚醒)下則小于0.1A。此外，STC89C系列單片機在完全兼容8052芯片(在標準8051基礎上增加了T2定時器和128字節(jié)內部RAM)的基礎上，新增了許多實用功能。本次選用本次選用了PDIP-40的51單片機，這款單片機一共有40pin引腳。RS

28、T（復位輸入端），當振蕩器運行時，在該引腳上出項兩個機器周期的高電平將是單片機復位。ALE/PROG當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器的頻率的1/6）周期性地出現正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出地時鐘，或用于定時目的。然而，要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。在對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/PROG）。如必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只一條M0VX 和M0VC 指令ALE

29、才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，沒 兩次有效的PSEN信號。EA VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電

30、壓Vpp。XTALl：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。P0 ：P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，也即地址數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在F1ash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 ：Pl 是一個帶內部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內部

31、的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。P2 ：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向IO 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。P3 ：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I0 口。P3 口輸出緩沖級可

32、驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入推薦精選“l(fā)”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。圖3-1 單片機DIP40封裝基于CC2500的性能強大，應用方便，可以選擇單位機來實現對其的主要控制操作。由于本人在校期間比較習慣應用89C51系列中的STC89C52RC，所以本設計的主控器選擇STC89C52RC。STC單片機的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無需改動。選用PLCC, PQFP小型封裝, 3.3V工作電壓單片機，可使產品更小，更輕，功耗更低。這里我們選擇用DIP-40的封裝（圖3-

33、1）。STC89C52RC的最小系統如圖3-2所示。最小系統由單片機、復位電路、晶振電路構成。STC89C52RD其RST引腳在接收到2個機器周期的高電平信號后復位，復位電路可在上電是復位單片機，通過SW1復位按鈕在單片機運行過程當中可以隨時復位。晶振電路MCS-51單片機內部有一個用于構成震蕩器的高增益反相放大器，管腳XTAL1和XTAL2分別是該反相放大器的輸入端和輸出端，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶振和微調電容，形成反饋電路，就構成了一個穩(wěn)定的自激震蕩器。這里晶振選擇12MHZ，兩個微調電容取30P。推薦精選圖3-2 單片機最小系統 單片機復位電路的作用：單片機是屬于數字電路，數字電

34、路就只有“0”低電平和“1”高電平兩個狀態(tài)。這兩狀態(tài)是已知狀態(tài)，比如有的0代表是0.0-0.01v ，1代表4.99-5.0v 。但在電路上電時候或電壓波動不穩(wěn)定的時候，當給單片機上電那一瞬間，電壓有在幾微秒內（有的是幾毫秒內）不是直接跳變到5V的而是一個直線上升的階段，這時候，單片機不能正常工作，需要復位電路給它延時以等到電壓穩(wěn)定。這叫上電復位。晶振的作用：片機系統里都有晶振，在單片機系統里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。在通常工作

35、條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉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。同時為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振，便于各部分保持同步推薦精選。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。3.3 FLASH選擇本設計用FLASH儲存PCM編碼來替代對講系統的語音輸入PCM調制部分。PCM編碼來自WAVE文件。標準的WAV格式的聲音文件含有聲音的采樣數據和文件頭。文件頭描述了后面聲音數據的一些信息，如通道

36、數、采樣頻率、采樣位數以及數據的長度等。通道數，是指聲音的采樣路數，如單聲道、立體聲等。采樣頻率，是指每秒鐘對聲音的采樣次數，采樣頻率越高，還原出來的聲音越接近原始聲音，如表1所列。根據采樣定理,要想精確還原出某種頻率的波形，其最小采樣率應至少為該波形頻率的2倍。表1 采樣頻率與音質關系1音質頻率范圍/Hz采樣頻/kHz電話音質200Hz3400Hz8短波段收音機音質50Hz7kHz11025FM收音機音質20Hz15kHz2205CD音質10Hz20kHz441提取聲音數據時，要注意采樣頻率、采樣位數、存儲容量與存儲時間的關系，如表2所列。表2 采樣頻率/位數、存儲容量與存儲時間的關系1采樣

37、頻率/kHz668811.02511.02522.05022.05044.10044.100采樣位數/位816816816816816存儲容量KB325.462.734.102.052.971.491.490.740.740.376410.925.468.194.105.942.972.971.491.490.7412821.8410.9216.388.1911.895.945.942.972.971.4925643.6921.8432.77163823.78118911.895.945.942.9751287.3843.6965.5432.7747.5523.7823.7811.8911.8

38、95.94推薦精選注：存儲時間單位：s通常，8kHz的采樣頻率和8位的采樣位數可獲得清晰的語音以及較好的音樂聲，并且占有較少的存儲空間。采樣位數，指的是每次采樣的采樣精度。采樣位數越高，還原出來的聲音的量化噪聲越小，波形也越接近原波形。 由于WAVE文件比較大，所以選擇用華邦的w25x40，其容量為4M-BIT可以儲存。對講系統對音質要求不是很高所以使用8KHZ采樣16位的電話音質，w25x40可以儲存32.77秒的聲音。3.4 顯示部分設計顯示部分只需顯示語音對講系統的工作模式，接收或發(fā)送。選擇用共陽數碼管來做顯示模塊，用數字0表示OUT語音對講系統處于發(fā)送工作模式下，用1表示IN表示語音對

39、講系統處于接收工作模式下。數碼管管腳圖如圖3-3。圖3-3 共陽數碼管腳圖因為考慮到PCB版的布線問題，所以數碼管與單片機IO口的連接并非標準的連。本系統數碼管與單片機IO口的連接圖如圖3-4。a-P0.2、b-P0.3、c-P0.6、d-P0.5、e-P0.4、f-P0.1、g-P0.0、DP-P0.7，這樣子給PCB單面布線的時候帶來了不小的方便使得PCB布線更加簡潔。圖3-4 單片機數碼管連接圖3.5信號發(fā)射/接收模塊設計10 RF2500無線模塊，其工作于2.4GHz的ISM/SRD頻段免許可證使用，采用TI公司的CC2500多通道RF收發(fā)器。CC2500是用于超低功耗無線應用的業(yè)界系

40、統成本最低的多通道無線產品，具有強大的數字處理特性，因此僅使用一顆低成本MCU便可構建出高性能的射頻系統，包括很多非常有用的數字功能，如整個數據包處理、FIFO緩沖器、空閑通道評估和無線喚醒等，可廣泛應用于消費類電子產品（如無線鍵盤、鼠標、游戲控制器）、無線音頻傳輸（如無線話筒、無線耳機、無線音箱）等。推薦精選圖 3-5 RF2500射頻模塊 CC2500射頻收發(fā)器是用于低功耗無線應用的業(yè)界系統成本最低的多通道無線電產品。工作波段頻帶是 2.4GHz，包括很多非常有用的數字功能。射頻模塊通過由6個引腳組成的數字交互界面與控制器進行通信。89C51系列單片機的端口功能強大，每一個位都可以獨立地配

41、置成為輸入、輸出等功能引腳。射頻模塊可將單片機的P1腳中的6位，分別與CC2500的SI、CLK、SO、GDO2、GDO0、CS相連接，其中由CS、CLK、SI、SO組成SPI口，負責控制器與CC2500之間收發(fā)數據的傳送。GDO0與GDO2是CC2500可配置的多功能引腳，當CC2500收到數據包時，令GDO0觸發(fā)控制器引起中斷，讀取CC2500緩存里的數據。通過配置GDO2則可提供CC2500的CCA檢測結果。 對講系統通過射頻模塊規(guī)定的數據包格式通信，CC2500規(guī)定的數據通信格式如圖3-5所示。 導言、同步字與CRC校驗在發(fā)送數據時是由CC2500硬件自動添加，在接收時由硬件自動去除，

42、在信道特性較好的場合，為提高識別速度，可設定16位的導言與16位的同步字。CC2500在固定長度通信模式下，可刪去長度域；在可變長度通信模式下，需要8位的長度域給出除去導言與同步字外所有數據負載的字節(jié)數。本設計中要用到多種不同長度的通信命令，因此采用了后一種模式。地址域用于CC2500多設備識別，本設計沒用到，刪去。最后兩個字節(jié)的CRC校驗是長度域、地址域與數據負載的校驗和。推薦精選RF2500性能及特點:(1)工作電壓：1.8V3.6V, 推薦靠近3.6V，但是不超過3.6V;(2)2400-2483.5 MHz的ISM和SRD頻段，免許可證使用;(3)最高工作速率 500kbps,支持2-

43、FSK、GFSK 和 MSK 調制方式;(4)高接收靈敏度(1.2kbps 下-110dBm，10kbps下-101dBm,250kbps下-90dBm，1數據包誤碼率);(5)內置硬件 CRC 檢錯和點對多點通信地址控制;(6)耗電量極低：TX：在 0dBm 為21.2mA RX：在 250kbps 為13.3mA;(7) 可編程控制的輸出功率，最大輸出功率為0dBm，最小功率為-10dBm，數據速率可在1.2kbps至500kbps之間變化;(8)支持低功率電磁波激活功能,外部中斷喚醒、外部中斷或RTC喚醒系統;(9)支持傳輸前自動清理信道訪問（CCA），即載波偵聽系統;(10)快速頻率變

44、動合成器帶來的合適的頻率跳躍系統;(11)模塊可軟件設地址，軟件編程非常方便;(12)標準 DIP 間距接口，便于嵌入式應用;(13)單獨的64字節(jié)RX和TX數據FIFO ;(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，RF2500BK采用PCB天線20米-70左右,RF2500SE采用外置天線可到50-100米;(16) 模塊尺寸，RF2500BK采用PCB天線尺寸:28mm*22mm； RF2500SE尺寸：30mm*22mm(不含SMA及天線) 。接口說明：(1) VCC腳接電壓范圍為 1.9V-3.6V之間，不能在這個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊。推薦電壓3

45、.3V左右;(2) 除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連，無需電平轉換。當然對3V左右的單片機更加適用了;(3) 硬件上面沒有SPI的單片機也可以控制本模塊，用普通單片機IO口模擬SPI不需要單片機真正的串口介入，只需要普通的單片機IO口就可以了，當然用串口也可以。RF2500構成了語音對講系統的主體模塊。是語音對講系統成功與否重要模塊。推薦精選3.6音頻輸出模塊設計圖3-6 音頻輸出電路語音對講系統通過RF2500模塊接收到從機讀取FLASH通過RF2500發(fā)送的數據后，經過單片機的處理后由P2.2口模擬PWM波形輸出。PWM波不有直接驅動喇叭發(fā)聲。系統需要

46、設計一個PWM音頻信號放大電路。由于語音對講系統的設計對聲音的質量要求并不是很高只要達到普通的電話音質即可，所以對音頻輸出模塊的設計只用了一個簡單的RC低通濾波電路以及LM358跟4871進行音頻放大，進而驅動3歐的喇叭發(fā)出聲音。其電路原理如圖3-6所示。 4871概述：4871 是一個 BTL 橋連接的音頻功率放大器。它能夠在 5V 電源電壓下給一個3 負載 提供 THD 小于10%、平均值為3W 輸出功率。在關閉模式下電流的典型值為0.6 µ A 。4871 是為提供大功率，高保真音頻輸出而專門設計的。它僅僅需要少量的外圍元件，并且能工作在 低電壓條件下(2.0V-5.5V)。4

47、871 不需要偶合電容，自舉電容或者緩沖網絡，所以它非常適用于小音量和低重量的低功耗系統。4871主要特性： 在 失真度為10%，輸入1KHZ的信號，不同負載的條件下輸出功率為：· 3 歐姆，3W（典型值）· 4 歐姆，2.5W（典型值）· 8 歐姆負載，1.5W（典型值）。 待機電流：0.6µ A 工作電壓：2.0-5.5V 。 在輸入信號頻率為1KHZ，負載8歐姆，輸出平均功率為1W的條件下，最大失真度為0.5%推薦精選 輸出不需要耦合電容，自舉電容或者緩沖電路。 體積小，采用 SOP8 封裝。 增益穩(wěn)定。 外部配置可以改變增益。LM358 內部包括

48、有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，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關。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算放大器的場合。特性：內部頻率補償 、直流電壓增益高(約100dB) 、單位增益頻帶寬(約1MHz) 、電源電壓范圍寬：單電源(330V)； 雙電源(±1.5 一±15V) 、低功耗電流，適合于電池供電、低輸入偏流、低輸入失調電壓和失調電流、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Vcc-1.5V)。

49、圖3-7 LM358封裝圖在音頻輸出模塊中R20與C6構成了一個簡單的低通濾波器，因為這里用的音頻為8KHZ的電話音質，其它高頻的雜音通過低通濾波過濾掉。低通濾波器13的截止頻率F=1/（2RC），本設計取R20為10K,C6為470PF，其截止頻率為29.5KHZ。圖3-8 低通濾波電路推薦精選3.7按鍵電路設計圖3-9 按鍵模塊 切換按鍵直接使用開關與地相連如圖3-9所示。當按鍵按下時讀P1.7口電平，讀取P1.7口電平為低電平時時說明按鍵按下，語音對講系統切換工作模式從發(fā)送變?yōu)榻邮栈驈慕邮兆優(yōu)榘l(fā)送，具體通過程序來實現，同時通過程序使數碼管顯語音對講系統的工作模式IN（1）或OUT（0），

50、按鍵的消抖通過程序實現。3.8 電源部分設計基于華邦w25x40FLASH的工作電壓以及RF2500模塊的工作電壓均為3.3V比較合適，STC89C52、LM358、4871都在5V電壓下可以工作。語音對講系統要的是攜帶方便，單片機、運放以及射頻收發(fā)模塊以及FLASH的功耗都不高，5V電源可由3節(jié)1.5V電池串聯得到。AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調把基準電壓調整到1.5%的誤差以內，而且電流限制也得到了調整，以

51、盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117器件引腳上兼容其他三端SCSI穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的SOT-223，8引腳SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封裝。 AMS1117 參數 AMS1117 基本參數 輸出電流 (A) 1 輸出電壓 (V) Adj,1.5, 1.8, 2.5, 2.85, 3.3, 5.0, AMS1117 其他特性 初始誤差 (%) ±1.5 壓差 (V) 1.3 AMS1117 封裝類型 SOT-223 TO-252 SO-8三端口可調節(jié)或固定輸出電壓 1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.85V, 3.3V 和5.0V 輸出電流

52、1A 工作壓差低至1V 線荷載調節(jié)：0.2% Max. 負載調節(jié)：0.4% Max. 可選SOT-223,TO-252和SO-8封裝 AMS1117應用高效線性穩(wěn)壓器 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V至3.3V線性穩(wěn)壓器、電池充電器、有源SCSI終端筆記本電源管理、電池供電設備。所以語音對講系統的3.3V電壓可以通過集成芯片ASM1117-3.3使用固定輸出電壓值模式輸出如圖3-10所示。C16、以及C17用來穩(wěn)波。推薦精選圖3-10 3.3V電源模塊3.9本章小結 本章節(jié)對基于CC2500的語音對講系統做了整體的硬件設計介紹，同時詳細的介紹了各個部分的設計方案，在器件的選擇上也做了一定的分析

53、。硬件電路的設計對整個基于CC2500的語音對講系統作用關鍵。4語音對講系統軟件設計4.1軟件開發(fā)調試環(huán)境 C51工具包的整體結構中，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用推薦精選IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tSco

54、pe51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。采用KEIL 開發(fā)的89c51單片機應用程序步驟：（1）在uVision 集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建新項目（Project），擴展文件名為.UV2并為該項目選定合適的單片機CPU器件（本設計采用STC 公司下的STC89C52）。（2）用uVision 的文本編輯器編寫源文件，可以是匯編文件（.ASM）,也可以使C語言文件（擴展名.C），并將該文件添加到項目中去。一個項目文件可以包含多個文件，除了源程序文件外，還可以是庫文件、頭文件或文本說明文件。（3）通過uVision 3 的相關選擇項，配置

55、編譯環(huán)境、連接定位器以及Debug調試器的功能。（4）對項目中的源文件進行編譯連接，生成絕對目標代碼和可選的HEX文件，如果出現編譯連接錯誤則返回到第2步，修改源文件中的錯誤后重構整個項目。（5）對沒有語法錯誤的程序進行仿真調試，調試成功后將HEX文件寫入到單片機應用系統的ROM中。4.2軟件總體設計框圖基于CC2500的語音對講系統其硬件電路并不是很復雜，RF2500用了現成的模塊。單片機的最小系統及一些不大的外圍電路所組成。只有硬件電路沒有軟件支持的系統只是擺設，就像一臺電腦沒安裝操作系統一樣，什么都做不了只是一個擺設而已。所以要使語音對講系統的功能得到較好的實現關鍵問題在于單片機程序的設計。程序的好壞決定了語音對講系統的成功與否，所以在編寫程序之前應該整體考慮，使程序在邏輯上不發(fā)生什么錯誤，尋找最完善的結構框架就行編程可以使程序更為簡潔而不失功能的強大。所以在硬件的基礎上，考慮到程序的可讀性跟可移植性，基于CC2500的語音對講系統進行分模塊編程，其中包括按鍵模塊