宽带无线通信项目报告

'《宽带无线通信技术》课程项目实施报告题目：具有定位功能的无线对讲机组号：8任课教师：吴雅婷组长：11123156陈抒沁20%成员：11123141张雨仁20%成员：11123123胡蓓雯20%成员：11123222唐琳珍20%成员：11123619吴怡青20%联系方式：13501668570二零一四年十月13 目录一、项目实施过程1.设计要求2.设计目标3.设计方案4.关键模块二、项目制作过程三、项目结果分析四、项目心得总结五、组员分工13 一、项目实施过程1.设计要求（1）基本要求1、无线传输；2、声音无明显失真；3、能够获取位置数据；（2）扩展要求1、视距对讲距离>10米；2、具有抗突发噪声和单频噪声的能力；2.设计目标用单片机和无线模块等元件完成一款具有定位功能的对讲机，能基本保证通信质量，保证手持对讲机的双方能完成半双工通信，并且能互相传送自己的位置数据。3.设计方案13我们准备利用单片机和无线模块等器件完成一款数字对讲机。音频通过麦克风输入以后变成电信号然后通过模数转换后交给单片机处理，处理好的数据再通过UART串口发送给无线模块，然后通过无线信道使配对的无线接收模块接收传来的信号，再通过串口发送给单片机，然后通过D/A模块变成模拟信号，模拟信号通过滤波和功率放大后传给喇叭，让受话者听到声音，右图是单方向的流程图。13图1.3.1项目流程图13 下图是项目框图，图中是项目的几个主要模块连接。图1.3.2项目总框图4.关键模块（1）单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。我们本项目采用的单片机是TI公司的MSP430F5529。（2）无线模块图1.4.1SI4463RF模块管脚图及模块尺寸13 WM4463射频模块,本模块采用了SiliconLabs的Si4463作为无线收发芯片，是一块完整的、体积小巧的、低功耗无线收发模块。其向下可以兼容SI4461,SI4460.模块集成了芯片所需的外围器件，用户通过提供的数字I/O口，控制芯片内部寄存器，实现对无线数据发送、接收、RF参数设置等功能。HC12-SI4463模块用于代替半双工通信时的物理连线左边的设备向模块发送串口数据，左边模块的RXD端口收到串口数据后，自动将数据以无线电波的方式发送到空中。右边的模块能自动接收到，并从TXD还原最初左边设备所发的串口数据。从右到左也是一样的，如下图。图1.4.2串口透传特性（3）D/A模块我们选用的是TLC5615模块。TCL5615是一个串行10位的DAC芯片，性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或着微控制器（单片机）接口，适用于电池供电的测试仪表、移动电话，也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。其主要特点如下：①单5V电源工作；②3线串行接口；③高阻抗基准输入端；④DAC输出电压为2倍基础输入电压；⑤上电内部自动复位；13 ⑥微功耗，最大功耗为1.75mW；⑦转换速率快，更新率为1.21MHZ；下图为TLC5615的引脚图。图1.4.3TLC5615引脚图下图为TLC5615的工作时序。图1.4.4TLC5615时序图可以看出,只有当片选CS为低电平时,串行输入数据才能被移入移位寄存器。当CS为低电平时,在每一个SCLK时钟的上升沿将DIN的一位数据移入16位移寄存器。注意,二进制最高有效位被导前移入。接着,CS的上升沿将16位移位寄存器的10位有效数据锁存于10位DAC寄存器,供DAC电路进行转换;当片选CS为高电平时,串行输入数据不能被移入16位移位寄存器。注意,CS的上升和下降都必须发生在SCLK为低电平期间。13 二、项目制作过程1.单片机选型因为是数字对讲机，在硬件电路上无须花多大的心思，选对器材，其中选对一款正确的核心芯片是重中之重，首先我们一致认为使用单片机更适合这个项目。我们首先考虑的自然是最简单而且接触最多的51系列单片机，但是由于51单片机功能简单，既没有A/D功能，又没有D/A功能，所以编程起来比较困难。由于AVR单片机在工程教育高级课程里面用过，对这块单片机较为熟悉，我们的第二选择是这块，这块单片机内置D/A,A/D，而且因为有经验入手简单，但是由于资金问题，不能购置器材，所以最终我们决定用TI公司的MSP430，到大二学校发下这块单片机几乎没用过，这个项目终于是这块单片机闪光的时候了。MSP430F5529是德州仪器新一代F5xxx系列MCU的典型代表，不但拥有更低的功耗，而且在模拟外设、数字外设和系统软件开发方面有了很大的改进。，出自最新一代的具有集成USB的MSP430器件。该板与CC2520EMK等众多TI低功耗射频无线评估模块兼容。具备无线传感以及自动抄表基础设施(AMI)等应用提供了业界最低工作功耗的集成USB、更大的内存和领先的集成技术。其特性包括：•集成MSP430F5529：•128KB闪存/8KBSRAM（如禁用USB，则为10kB）•全速USB2.0•16位RISC架构，高达25MHz•3个Timer_A块、1个Timer_B块•2个USCI(UART/SPI/I2C)块、16通道12位ADC12_A、12通道Comp_B、63I/O•USB开发平台•5块电容触摸条（按钮或滑块功能）•microSDCard插槽，附1GB内存卡。•102x64灰阶点-矩阵LCD，带背光。•4个按钮（2个用户配置按钮、1个复位按钮、1个USB自举按钮）•3个通用LED、5个用于电容触摸按钮的LED和1个LED电源指示灯。•滚轮/分压器•集成的EM接头可支持TI低功耗射频无线评估模块和eZ430-RF2500T。当前支持的模块：•CC1100/CC1101EMK-低于1GHz无线电•CC2500EMK-2.4GHz无线电•CC2420/CC2430EMK-2.4GHz802.15.4无线电•CC2520/CC2530EMK-2.4GHz802.15.4无线电•集成eZ-FET，可用于Spy-Bi-Wire（2线JTAG）编程和调试。•JTAG接头，可用于完整的4线JTAG编程和调试•多个电源选项，包括USB、JTAG、电池或外部电源。•可轻松访问F5529I/O引脚，用于原型设计提供端口映射，可实现更多的灵活性。13 编程环境我们选择的也是TI公司出品的CodeComposerStudiov5。CS（CodeComposerStudio）是用于德州仪器(TI)F24x/C24x嵌入式处理器系列的集成开发环境(IDE)。CCS包含一整套用于开发和调试嵌入式应用的工具。它包含了编译器源码编辑器、项目构建环境、调试器、描述器以及多种其他功能。CodeComposerStudioIDE采用统一用户界面，可帮助开发人员顺利完成应用开发流程的每个步骤。该版本包含一系列可为嵌入式处理应用简化软件设计的工具，能够通过通用开发环境加速软件代码开发、分析与调试。本项目中我们使用的编译软件为CCSv5。CodeComposerStudioIDEv5兼容于TI丰富嵌入式处理产品系列中的众多器件，包括单核与多核数字信号处理器(DSP)、微控制器、视频处理器以及微处理器等。CodeComposerStudioIDEv5的以下增强特性可加速产品进程：（1）简化的用户界面可为开发人员显示何时需要何种调用，从而可简化并加速开发。（2）更简洁的下载安装，只下载安装设计所需的组件，无需为无用的组件花费不必要的时间，可帮助开发人员快速为新器件添加支持。（3）Eclipse开源框架可帮助开发人员通过第三方插件定制环境，加速嵌入式设计方案的故障排除、分析以及配置文件进程。（4）集成型浏览器ResourceExplorer，有助于使用TIcontrolSUITE™、StellarisWare®、MSP430™微处理器Grace1.1以及其它软件平台上的丰富范例代码。2.A/D转换模块MSP430F5529内置12位精度的模数转换器,下图为ADC12的内部结构图。图2.2.1ADC内部结构图13 因为项目的要求，考虑到传输的是语音信号，我们采用的是8K的采样率，在精度方面，因为串口每次只能发送一个字符，如若选择12位精度，必然会导致后面的发送不方便，因为必须要添加冗余的标志字符，所以我们准备采用8位精度，通过设置MSP430单片机的某些寄存器，我们便能达到想要的8K采样率，8位精度的效果。另外，我们采用的的是ADC中断方式采集方式，既0.125ms便会进入ADC中断进行一次AD采样，精度为8位，使用的是通道6，对应一个外设口。主要代码的ADC初始化代码如下：ADC12CTL0|=ADC12SHT0_8+ADC12ON+ADC12MSC;ADC12CTL1|=ADC12SHP+ADC12SSEL_1+ADC12DIV_1+ADC12CONSEQ_2+ADC12CSTARTADD_1;ADC12MCTL1|=ADC12INCH_6;//+ADC12SREF_1;ADC12CTL2&=~(ADC12RES0|ADC12RES1);ADC12IE|=ADC12IE1;ADC12CTL0|=ADC12ENC;ADC12CTL0|=ADC12SC;3.UART通信模块MSP430共有两个串口，但是板子上能供我们使用的串口其实只有一个，我们对量化好的语音信号信息通过串口发送给无线发射模块，用的是UART。UART是通用异步收发传输器的英文缩写，是一种异步收发传输器。UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。MSP430有两个通用串口UART0和UART1.串口接收一般采取中断方式，而发送数据则多采用主动方式。接收控制部分与发送控制部分分别有两个移位寄存器构成。由于MSP430单片机具有两个片内的UART：串口0和串口1，实现两个串口通信相当容易，只需要设置适当的寄存器就可以使串口工作起来，两个串口都采用中断方式，当接收有数据时，设置一个标志通知主程序有数据到来，当主程序有数局要发送时，设置一个中断标志进入中断发送数据。本设计选用串口1与上位机进行通信。在异步模式下，接收部分自身实现帧的同步，通信双方只要使用相同的波特率即可。异步模式的帧格式有1位起始位、7位或8位数据位，校验位，1位地址位，1或2位停止位构成。在异步模式下，MSP430支持两种多机模式：线路空闲多机模式和地址位多机模式。线路空闲模式下，数据块被一段空闲的时间分割。在字符的第一个停止位之后收到10个以上的1，表示检测到线路空闲；如果采用两个停止位，则第二个停止位被认为是空闲周期的第一个信号。在使用地址位多机模式时，字符包含一个附加的位作为地址标识，数据快的第一个字符带有一个置位的地址位，用以表明该字符是一个地址。下面是UART通信的一些特点：（1）、异步通讯模式，包括线路空闲/地址位通信协议。（2）、有两个单独的移位寄存器，输入/输出移位寄存器。（3）、传输7位或8位数据，可采用奇偶或无校验。（4）、可编程实现波特率调整。（5）、分别发，收单独中断。13 （6）、有效地检测到起始位实现从低功耗唤醒。（7）、状态标志检测错误或者地址位。因为是双方通信，所以我们接收和发送都需要用到，我们使用的是波特率115200。主要代码初始化如下：UCA1BR0=34;UCA1BR1=0;UCA1MCTL=UCBRS_6+UCBRF_0;UCA1CTL1&=~UCSWRST;UCA1IE|=UCRXIE;其中，串口发送用的是查询法，而串口接收因为不知道数据是何时来的，所以用的是串口接收中断，收到的数据放在寄存器UCA1RXBUF里。4.D/A模块5.滤波器电路我们用模拟元件搭建了一个简单的二阶低通滤波器，能去除一些高频噪声。电路图如下：图3.5.1二阶无源低通滤波器与一阶RC滤波器相比，二阶RC由R,C串并联而成，结构上稍显复杂，同时二阶RC电路对同频带外信号的抑制能力更强，滤波效果更好。根据公式，所以此滤波器截止频率大概在4K左右，设计符合要求。6.GPS模块13 13 三、项目结果分析1.单模块测试我们首先是对一个个模块分开的测试，我们测试的模块有音频输入模块、AD采样模块、无线模块、DA转换模块、音频功放模块和扬声器模块。我们从前级检查到后级。第一步做的就是利用示波器查看音频输入模块的波形，改变变阻器的大小使输出的模拟信号在3V左右。然后测试的就是AD采样模块，通过调试来确定是否真的有数据被采到。接着测试的是无线模块，看看是否无线模块能充当好“隐形的串口线”。接着，测试D/A模块是否正常工作，能成功把数字信号还原成模拟信号。最后，我们测试了滤波器、功放和喇叭这三级是不是一起正常工作。2.无线对讲测试我们测试的环境是通信双方距离大约7米左右，准备工作完成后，开始检验。通过菜单选择对讲，再按一下开始说话，按S2停止说话，再按一下S2退出对讲模式。一开始，我们用的串口波特率用的是9600Baud，但是在测试的过程中发现9600的baud太低，所以我们改成了115200。我们发现，当系统上电脑，没说话喇叭就有噪音发出，于是我们加了一个低通滤波器改善效果。13 四、项目心得总结《宽带无线通信技术》课程项目无线对讲机给了我们一个把理论变为实践的机会。这个项目我们大部分时间花在了熟悉MSP430单片机上。因为这款单片机是16位的，较之前学习的51和AVR单片机有大不同。通过学校发的实验指导书和一些学习历程，通过了两个多星期的学习，对这款单片机有了一个初步的了解。然后通过了后来一个多星期的编程和组员讨论，对这款单片机有了更深一步的了解。终于，通过组员的合力，我们顺利完成了任务。美中不足的是能力不够的原因，未能成功把GPS加入此项目，这是一大遗憾，希望通过以后一段时间通过毕业设计的学习，能把自己的编程水平更加深一步。五、组员分工姓名工作内容陈抒沁设计实施方案，分配工作张雨仁编写代码，撰写报告胡蓓雯撰写报告唐琳珍收集信息吴怡青收集信息，撰写报告13'