主頁（http://www.by236.com）：數(shù)字對講機(jī)工作原理及數(shù)字對講機(jī)關(guān)鍵器件的構(gòu)成

方案一 以單片機(jī)為核心處理器的DMR對講機(jī)方案(MSP430F149+AMBE1000)

1.工作原理發(fā)射時,由麥克送來的模擬語音經(jīng)CSP1027進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,由聲碼器AMBE1000進(jìn)行語音壓縮,交單片機(jī)MSP430F149進(jìn)行協(xié)議填充組幀, 送到CC1101進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射。接收時,由CC1101解調(diào)出來的碼流經(jīng)MSP430F149進(jìn)行幀恢復(fù),交由聲碼器進(jìn)行解壓,數(shù)據(jù)經(jīng)CSP1027進(jìn) 行D/A轉(zhuǎn)換為模擬語音信號。

2.關(guān)鍵器件微控制器采用TI公司的MSP430F149,它是16位超低功耗、混合信號微控制器,采用“馮?諾依曼”結(jié)構(gòu),可用JTAG(一種標(biāo)準(zhǔn)測試接口)進(jìn)行仿真調(diào)試。 芯片的電源電壓為(1.8～3.6)V,在RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1uA,活動模式耗電250 uA/MIPS(每秒百萬條指令數(shù))。運(yùn)算時由于本單片機(jī)采用16位RISC(精簡指令集計算機(jī)),一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令,而傳統(tǒng)的單片機(jī)要12 個時鐘周期才執(zhí)行一條指令。工作在8MHz的晶振頻率時,指令速度可達(dá)8MIPS,而同樣這個指令速度,16位處理器比8位處理器高遠(yuǎn)不止兩倍。

概述聲碼器AMBE1000在國內(nèi)已有產(chǎn)品,價格比較合理。CC1101的靈敏度為-116dBm(1.2kbps,1%數(shù)據(jù)包誤碼率,工作在433MHz 時),與國內(nèi)的對講機(jī)可用靈敏度-120dBm相比偏低,但符合歐盟的CE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于-107dBm.另外,射頻模塊的功率輸出僅 12dBm(16mW),所以本方案僅適用短距離范圍的通信。提高靈敏度可考慮用器件ADF7021作為射頻模塊。

方案二 以DSP+MCU為核心處理器的對講機(jī)方案

1.工作原理方案以MSP430為中心系統(tǒng)來完成數(shù)據(jù)的收、發(fā)控制等工作,系統(tǒng)采用MSP430中 USART模塊的SPI同步通信模式。在接收過程中,首先接收來自射頻芯片的FSK數(shù)據(jù),解調(diào)后由MSP430將數(shù)據(jù)幀的同步域、尾域、ID域以及命令字 節(jié)去除后,數(shù)據(jù)發(fā)至C5402進(jìn)行去壓縮處理,數(shù)據(jù)交AIC23進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換為語音信號。在發(fā)送過程中,首先由AIC23進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)交 C5402將語音壓縮,再由微控制器MSP430進(jìn)行協(xié)議填充,加上頭域、尾域、ID域以及命令字節(jié)形成數(shù)據(jù)幀,然后控制射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送。

2.關(guān)鍵器件TMS320C5402是TI公司于1996年推出的一種定點DSP芯片,采用先進(jìn)的修正哈佛結(jié)構(gòu)和8總線結(jié)構(gòu),使處理器的性能大大提高。其獨(dú)立的程序和 數(shù)據(jù)總線允許同時訪問程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,實現(xiàn)高速并行操作。如,可以在一條指令中同時執(zhí)行3次讀操作和1次寫操作。TMS320C5402的運(yùn)行速 度為40MIPS,指令周期為25ns.此外,還可以在數(shù)據(jù)總線與程序總線之間相互傳送數(shù)據(jù)。從而使處理器具有單個周期內(nèi)同時執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位 移操作、乘法累加運(yùn)算以及訪問程序、數(shù)據(jù)存儲等強(qiáng)大功能。

概述采用DSP方案時,免去選用語音芯片聲碼器的煩惱,提高了數(shù)字對講機(jī)對語音處理的能力,可讓語音編碼的算法盡量優(yōu)化,從而使對講機(jī)語音信號的處理更具通用 性和擴(kuò)展性。本方案是以DSP為開發(fā)平臺,經(jīng)過連續(xù)可變斜率增量(CVSD)調(diào)制編解碼得到語音信號的清晰度和自然度好,但軟件開發(fā)工作量大。 CC1000不支持4FSK調(diào)制與解調(diào),本方案不適用于DMR與dPMR協(xié)議。另外CC1000的接收可用靈敏度為-110dBm,國內(nèi)對講機(jī)廠家可能嫌低。

以單片機(jī)為核心處理器的dPMR對講機(jī)方案(CMX618+CMX7141）

1.工作原理發(fā)射時,麥克送來的模擬語音經(jīng)CMX618內(nèi)部進(jìn)行增益調(diào)節(jié),A/D轉(zhuǎn)換和壓縮處理,然后通過SPI(串行外圍設(shè)備接口)進(jìn)入CMX7141基帶處理器, 在微控制器LPC2138的控制和管理下經(jīng)CMX7141芯片內(nèi)部進(jìn)行信道編碼,dPMR協(xié)議棧打包,數(shù)字濾波以及4FSK調(diào)制,調(diào)制編碼后的語音數(shù)據(jù)經(jīng) CMX7141芯片的MOD1/2管腳分別輸出給外部的發(fā)射VCO和壓控溫補(bǔ)參考時鐘,經(jīng)兩點調(diào)制輸出射頻載波給發(fā)射功放,并到天線輸出。 接收時,CMX7141對基于超外差射頻接收模塊送來的4FSK解調(diào)信號在微控制器LPC2138的控制和管理下進(jìn)行4FSK解調(diào),dPMR拆包,信道解碼,最終得到語音編碼數(shù)據(jù),經(jīng)SPI串口送給CMX618進(jìn)行語音解壓縮并恢復(fù)語音信號。

2.關(guān)鍵器件語音編解碼片CMX618是CML微電子(新加坡)私人有限公司的產(chǎn)品,芯片由音頻壓縮/解壓器、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。 RALCWI是一種魯棒的先進(jìn)的復(fù)雜性波形插入技術(shù),與其他語音編解碼技術(shù)不同,它使用獨(dú)有的信號分解和參數(shù)編碼方法,可確保在較高的壓縮率下有較好的語音質(zhì)量。 在聲碼器中,采用RALCWI技術(shù)實現(xiàn)的語音質(zhì)量與編碼速率在4kbps以上的標(biāo)準(zhǔn)聲碼器話音質(zhì)量相當(dāng)。

概述本方案優(yōu)點是開發(fā)時的靈活性高,模擬與數(shù)字可雙模設(shè)計,且同一個硬件開發(fā)平臺能滿足不同的數(shù)字對講機(jī)標(biāo)準(zhǔn),支持多種語音聲碼器,射頻的接收靈敏度可做得較高達(dá)到-118dBm(誤碼率為1%時)。發(fā)射功率0.5W,功率容易提升。 缺點是前期的軟件開發(fā)成本高并有一定難度,射頻模塊ATB010只支持dPMR的EN301,166標(biāo)準(zhǔn),不支持DMR.

方案四 以MCU+DSP的DMR對講機(jī)方案(MSP430FG4619+VC5510)

1.工作原理發(fā)射時，由麥克送來的模擬語音經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD73311采樣成數(shù)字信號，AMBE2000對語音數(shù)字信號進(jìn)行壓縮編碼，數(shù)字信號由VC5510進(jìn)行 DMR通信協(xié)議填充組成幀信號和4FSK的調(diào)頻波成形，最后由微控制器MCU進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，送往射頻模塊進(jìn)行發(fā)射調(diào)制，實現(xiàn)發(fā)射。 接收時，MCU將射頻模塊送來已解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)VC5510進(jìn)行拆幀，交AMBE2000進(jìn)行解壓，數(shù)據(jù)由AD73311數(shù)模轉(zhuǎn)換為語音信號。 微控制器MSP430FG4619是整個系統(tǒng)的控制中心，人機(jī)接口如鍵盤、顯示器與MCU直接連接。微控制器實現(xiàn)對射頻模塊的控制，包括基帶信號的發(fā)送與接收、射頻頻率點的控制、信道檢測等，MCU還負(fù)責(zé)DMR協(xié)議的高層信令控制、人機(jī)接口的互通等。 另外，請注意微控制器還要完成基帶信號的AD/DA轉(zhuǎn)換功能。

2.關(guān)鍵器件AMBE2000TM聲碼器是美國語音公司DVSI推出的一款適應(yīng)性強(qiáng)、高性能、單芯片的語音壓縮編解碼器。它能在低速率下提供優(yōu)良的語音質(zhì)量，并實現(xiàn)了實時的、全雙工的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的AMBE語音壓縮軟件算法。 大量的評估顯示，這款聲碼器具有在一般數(shù)據(jù)速率下提供同數(shù)字蜂窩系統(tǒng)一樣性能的能力。AMBE在2.4kbps速率下保持自然語音質(zhì)量和清晰度，由于AMBE算法復(fù)雜性低，所以它能夠完全集成在成本低、功耗低的芯片上。 概述 方案簡單，實用。 軟件開發(fā)中，微控制器和數(shù)字處理器的程序?qū)�DMR協(xié)議的分層必須有清晰的概念，正確的程序設(shè)計是硬件實現(xiàn)的保證。聲碼器的選用有較大的余地。

1.工作原理發(fā)射時,由麥克送來的話音信號由數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD73311進(jìn)行采樣,數(shù)據(jù)由聲碼器進(jìn)行壓縮,OMAP5910內(nèi)的DSP與ARM對壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議添加與控制,形成4FSK波形,數(shù)模轉(zhuǎn)換器AIC23將4FSK數(shù)字波形模擬化后進(jìn)行射頻調(diào)制,調(diào)頻載波由天線發(fā)射。 接收時,射頻模塊對接收的模擬信號進(jìn)行解調(diào),模擬信號交AIC23進(jìn)行數(shù)字化處理,OMAP5910對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信道解碼和拆幀,幀信號交聲碼器進(jìn)行解壓,數(shù)據(jù)由AD73311還原為模擬語音信號。

2.關(guān)鍵器件OMAP5910是一款嵌入式雙核處理器,它集成了高性能的ARM925、TMS320C55x DSP核和已經(jīng)得到的廣泛應(yīng)用的各種接口與外設(shè),具有較強(qiáng)的處理能力、較低的功耗和較高的信價比。ARM處理器內(nèi)核用于DMR協(xié)議的處理與系統(tǒng)控 制,DSP內(nèi)核用于完成數(shù)字信號的實時處理。 OMAP5910及其設(shè)計套件具有多個目標(biāo)應(yīng)用市場,提供多媒體功能、改善人機(jī)界面并延長電池壽命。

概述從技術(shù)上講,雙核處理器方案與前面介紹的DSP+MCU相比,可以降低系統(tǒng)體積,減少電路的復(fù)雜性,對通信協(xié)議能作較好的兼容,升級空間大。聲碼器的應(yīng)用有可選國產(chǎn)芯片的余地。 缺點是前期的軟件開發(fā)工作量大,ARM與DSP間的協(xié)調(diào)工作要深入研究,以免浪費(fèi)處理器的資源。此外,由于OMAP的功能十分強(qiáng)大,該平臺還可以有更多的應(yīng)用,如加入視頻、娛樂等功能。

1.工作原理發(fā)射時,麥克送來的模擬語音經(jīng)WM8758B進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,送到SCT3252進(jìn)行壓縮處理,經(jīng)SCT3252進(jìn)行dPMR協(xié)議處理后送到WM8758B的D/A轉(zhuǎn)換單元調(diào)制成4FSK信號,經(jīng)兩點調(diào)制輸出射頻載波給發(fā)射功放,送天線輸出。 接收時,WM8758B對射頻模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,送到SCT3252進(jìn)行4FSK解調(diào),dPMR拆包,信道解碼,最終得到語音編碼數(shù)據(jù),經(jīng)解碼處理后把語音數(shù)據(jù)送到WM8758B進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,經(jīng)由外部放大電路送入喇叭還原成話音。

2.關(guān)鍵器件SCT3252是上海士康公司生產(chǎn)的語音編解碼及dPMR協(xié)議棧處理芯片。具有較好的語音質(zhì)量及較高的接收靈敏度(可達(dá)-126dBm)。

概述本方案的特點是語音編解碼及dPMR協(xié)議棧都集成在SCT3252中,大大減少了控制單元MCU的工作量,另外SCT3252為LQFP100封裝,焊接方便。整個方案簡單,軟件升級的空間大。本方案可以實現(xiàn)數(shù)模兼容,通過開關(guān)可方便進(jìn)行數(shù)字與模擬通信之間的切換。 WM8758B只起模數(shù)轉(zhuǎn)換作用,廠家認(rèn)為,把它集成進(jìn)SCT3252是指日可待的事。