基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计 毕业论文.doc
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1、基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计中文摘要随着社会的发展,通信技术也随之在生活中有了大的发展,其中语音信号的电力线载波传输就是其中之一,但大都以模拟方式传输信号,质量差,抗干扰力小。以新型的语音压缩编解码解调器AMBE2000和电力载波扩频调制解调芯片SC1128为基础的语音通信设计,就能克服恶劣电力环境并能把电力载波技术得到充分应用。结合单片机的电路控制,从而实现电力线载波的对讲。关键词:A/D转换、语音压缩、电力载波、单片机、对讲机Based on power line carrier of AMBE2000 and SC1128 radio designEnglis
2、h Abstractwith the development of society, the communication technology and then in the big in life development, the speech signal transmission of electricity lines carrier is one of them, but mostly to simulation signal transmission way, poor quality, anti-interference force is small. With the new
3、voice compression codec modem AMBE2000 and power carrier spread spectrum demodulation chip SC1128 based voice communication design, can overcome the bad environment and electric power can carrier technology application fully. Combined with the single chip microcomputer control circuits, so as to rea
4、lize the power line carrier-current intercom.Key words: A/D conversion、 Speech compression、 Power carrier、Single chip microcomputer、nterphone中文摘要2English Abstract3第 1 章 绪论51.1对讲机前景51.2 概述5第2章 总体设计及原理62.1 系统总体论证62.3 工作原理8第3章 AMBE2000 功能概述及压缩包读写原理93.1 AMBE-2000概述93. 2 语音压缩包数据组成及传输原理113.3 语音压缩包的发送和接收原理
5、12第4章 SC1128扩频通信芯片134.1 SC1128芯片的工作原理和封装说明144.1.1 SC1128的内部逻辑框图144.1.2 SC1128芯片引脚图:154.1.3 SC1128的电特性指标(VDD=5V,TA=工作环境温度)154.1.4 SC1128管脚说明164.2 SC1128芯片参数的设置174.2.1 MCU对电路的设置(读或写):174.2.2 MCU对SRAM的读写:184.2.3 MCU对工作状态寄存器读写:184.2.4 MCU对内置电子表的读写:204.3 SC1128工作时序204.3.1 MCU对电路设置的时序示意图204.3.2 发射和接收时序:21
6、4.4 SC1128的检测功能224.4.1 系统监测(看门狗):224.4.2 电源监测: 相关引脚 POWIN和POWALM23第5章 电力线接口电路的设计24第6章 通信协议256. 1 硬件协议256.2 软件协议25第 7章 系统控制及软件设计26结 论28致 谢29参考文献30第 1 章 绪论1.1对讲机前景在手机非常普及的今天,为什么人们还会选择对讲机呢?存在必合理!与手机相比,对讲机不受网络的限制,在网络不能覆盖的地方,对讲机可以让你轻松的沟通;另外对讲机提供了一对一,一对多的通话方式,一按就说,操作十分简单,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
7、要的。与手机相比,对讲机通话成本低。这样的特点,让对讲机广泛应用在很多领域。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。尤其在网络无法覆盖的地方,无线对讲机成为了人们喜爱的通讯工具。 在对讲机技术发展的30多年历史中,模拟技术应用已经非常成熟,关键器件已很可靠,早在20年前,国外就有人将数字技术引入对讲机行业,数字对讲机不仅能实现模拟对讲机基本业务:单呼、组呼等功能,还具有调度台核查呼叫、区域选择、接入优先、优先呼叫、迟后进入
8、、侦听、动态重组、监听等补充业务。也就是说,数字集群对讲机可提供更丰富的业务种类、更好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和更高的频谱效率。对讲机的主要包括家庭无线服务(FRS)对讲机,个人移动无线(PMR)对讲机以及陆基移动无线(LMR)对讲机。目前,各厂家已经很努力地想办法提高产品通讯质量,降低干扰,开发多功能产品,如:防水、防震功能,集成收音机和GPS功能等等。摩托罗拉公司的GP2000采用了符合人体工程学原理的设计,具有很高的性能价格比;有可编程键和容易使用的浏览键;具备降噪增音的功能;99个信道;平均电池寿命为8小时,从国内外研究局势看出,对讲机已从单一的通话功能,变成了能和手机
9、媲美的产品,而人们追求个性化的影子已在对讲机上演。1.2 概述在当今信息技术高度发展的时代,多媒体信息已经成为人们表达消息的主要手段,其中数字音频的产生、存储和传输更是一种普遍采用的方式,伴随而来的对讲系统更是应用广泛。为了能够将实时性强、数据容量大的数字语音可靠、有效地传递到千家万户,信道的选择又是一个非常重要的环节。在各种通信信道中,由电力线组成的电力网是一个近乎天然、入户准确率极高的物理网络。语音信号的低压电力线载波传输已经有了广泛的应用,但均是以模拟方式来传输信号的,其通信质量不高,抗干扰能力差。然而以数字方式来传输语音信号,则对语音编码的波特率有着较高的要求,因为当前电力载波芯片的波
10、特率均在几kbps 左右,因此常规的语音编码都不能满足其要求,故只能采用先进的语音压缩编码以降低数字语音的波特率,才能实现以数字的方式来对语音信号进行电力线载波传输。目前高压缩率的语音编码有各种形式,其波特率在2kbps32 kbps 之间,采用线性预测编码(LPC) 可以实现2. 0kbps,其语音质量的MOS值大约为2. 5 (标准PCM 为4. 3)。电力载波芯片的波特率一般都比较低,目前较高的电力载波芯片,采用了先进的数字信号处理技术和扩频通信技术,其可靠工作的数据波特率可以在2. 09. 6kbps 之间由用户设定。在整个系统的设计当中,最重要的环节就是数字语音信号的电力线载波传输部
11、分,其性能的好坏直接决定了对讲机通信的可实现与否。在实现的过程中,需要对两个重要的问题加以解决,其一:语音信号必须有较低的波特率,并且可以打包发送和接受。其目的是可以满足电力线带宽小,传输芯片低波特率的要求,还可以利用时分复用原理实现全双工对讲通信;其二:选择具有较高波特率、内置了信号处理电路、采用扩频通信技术以及可以进行半双工通信的电力线载波芯片。其目的是在电力线信道强噪声的影响下还可以保障数据传输的可靠性和有效性。本设计将介绍一种由语音压缩编解码芯片AMBE2000 和专用的低压电力线载波芯片SC1128 为主要部分所构成的点对点语音对讲系统。该系统具有模拟输入输出、数字扩频调制传输、电力
12、线半双工传输、直接电力线连接等特点,可以很方便地在各类数字语音通信系统中加以使用。第2章 总体设计及原理 2.1 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
13、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
14、压缩的过程以后,AMBE2000将数据送到单片机8051中。单片机控制2单片机控制1 电力线调制解调压缩包存储语音压缩解压缩A/D和D/A转换模拟语音发送与接受电力线接口 电力线2-1 系统组成但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
15、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。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
16、佳的。2.3 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AMBE2000。而AMBE2000将送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8051P2.2口同时由十六分频器分频后将CLK信号送向RXD端,当单片机1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单片机2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进行半双工通信,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AMBE2000每20ms产生一个数据包,用1ms发,9ms收。其对方也是一样
17、,所以在下一个数据包产生的过程中将会实现一次半双工通信。再经上述的相反过程经AMBE2000的解码,还原出二进制数字信号,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通信。第3章 AMBE2000 功能概述及压缩包读写原理3.1 AMBE-2000概述AMBE-2000是DVSI(Digital Voice System Inc.)公司推出的单片声码器芯片,该芯片采用改进的多带激励(MBE)算法,能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压缩编码。本设计基于AMBE-2000,设计并实现了一种基于AMBE-2000的语音系统,
18、本语音系统的主要作用是实现数字话音与模拟话音的相互转换并处理话音数据的编解码,降低话音数据的传输速率,提高系统的频率资源利用率,此外须满足信息系统的接口要求,整个语音系统的原理框图见下图。 利用该芯片能进行全双工的压缩和解压,且压缩率可在2kbps9. 6kbps 范围内调节,同时具有FEC (前向纠错) 、VAD(语音激活检测) 和DTMF 信号检测等功能,从而可实现以极高的压缩率提供高品质的语音质量其可广泛应用于卫星通信、短波、微波通信和保密通信等场合,具有很高的实用价值, AMBE-2000的功能与特点如下。(1)速率多,语音音质高:具有2.0k、2.4k、3.6k、4.0k、4.8k、
19、6.4k、8.0k和9.6kbps八种压缩速率。当速率在4.0kbps以上时,可得到接近长途电话的话音质量;当速率为2.0kbps时,仍然具有较高的可懂度和自然度。 (2)可变速的FEC功能:可根据信道情况,灵活地选择FEC的速率。语音和FEC的速率选择既可以通过硬件管脚设置,也可通过软件方式设置。 (3)芯片内集成卷积编码器和Viterbi译码器。 (4)低功耗、低复杂度。 (5)能产生和识别双音多频(DTMF)信号。 (6)具有语音激活检测(Voice Activity Detection)功能、回波抵消(Echo Cancelling)功能和舒适噪声(Comfortable Noise)
20、产生功能等。 (7)串行信道接口可设置为主动和被动方式,传输数据可设置成帧结构或非帧结构。 在简易模型中,AMBE-2000被看作两个分离原件,编码器和解码器。编码器接收语音量化信息并以所期望的速率将压缩数据流输出信道。相反地,解码器接收信道压缩数据流,合成语音量化信息。对AMBE-2000编/解码器接口的时间控制是完全异步的。通常语音接口所接的是A/D、D/A芯片。输入输出语音数据流必须是相同的。格式(16-bit线性、8-bit A律,或8-bit律)。本系统采用AMBE-2000并且A/D-D/A芯片采用16-bit线性采样的AD73311就是为了与原先设计的一套基于AMBE-1000的
21、话音系统保持兼容性。基于AMBE-1000旧式语音系统使用了体积过大,功耗较高的16-bit线性的A/D、D/A芯片TI32044,并且采用了一系列同样缺点的外围芯片,不适用于低功耗,小体积的发展趋势。管 脚功 能RATE_SEL40用于选择编码速率和FEC速率CHANN_SEL10选择信道接口方式(主动、被动、帧结构、非帧结构等)CHAN_RX_DATA,CHAN_TX_DATA,CHAN_RX_CLK,CHAN_TX_CLK,CHAN_RX_STRB,CHAN_TX_STRB串行信道接口引脚,分别为信道接收和发送数据、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步脉冲CODEC_SEL10A/D接口
22、方式选择(如16its线性量化、A率或率量化等)CODEC_RX_DATA,CODEC_TX_DATA,CODEC_RX_CLK,CODEC_TX_CLK,CODEC_RX_STRB,CODEC_TX_STRB与A/D芯片的接口引脚,分别是数据接收和数据发送、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步信号EPR在芯片复位后,该引脚有一个跳沿产生,表示第1个编码帧已准备好,一帧将在20ms后产生ECHOCAN_EN回波抵消使能,高电平有效VAD_ENVAD使能,高电平有效SLEEP_EN标准睡眠方式使能,高电平有效X2/CLKIN时钟输入(16.384MHz)RESETN复位,低电平有效图2-1 AM
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