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射频无线会议系统的设计与实现 摘要 长期以来会议系统一直为我们学习、交流和政治、经济、文化活动提供了一种 重要的手段。随着大规模集成电路和无线通信技术的飞速发展，人们不再满足过去 那种一只话筒、两个音箱的会议模式。如今会议系统正朝着无线、数字和智能化的 方向发展。 目前国内使用的大型会议系统主要是由国外厂商开发生产的，其e es o n y 、 p h i l i p s 最具代表性。我国在这一领域的研究开发还处在起步阶段，国产会议系统 无论在品质、功能，还是可靠性通用性等方面都与国外存在明显差异。 本文对流行的无线传输方式( 红外、蓝牙、射频) 、编码方式、调制方式等会议 系统所运用的各项基础理论进行了研究利比较，根据会议系统的特点选择了射频无 线传输方式、p c m 编码方式以及g f s k 的数字调制方式来完成。在此基础上，总结了 现有会议系统的特点和面临的问题，提出了一套专门应用于中型、小型、临时会场 的会议系统的整体解决方案，设计并实现了该会议系统。本系统的丰音频、控制指 令的收发采用了n o r d i c 公司生产的射频收发芯片n r f 2 4 e 1 。丰席机选用了a t 8 9 c 5 2 作为主控制芯片；代表机运用n r f 2 4 e 1 自带的8 0 5 1 内核作为丰控制器，配以自行设 计的外围电路完成了会议系统的各项功能。- 丰要进行了丰席机、代表机对音频数据 发送、接收、处理的程序设计以及各个模块的显示、键盘处理等子程序的设计，并 解决了会议系统中的多路存取、同声传译等技术问题。同时，设计和实现了音频数 据的预处理、后处理、天线、键盘等硬件电路，并对发送、接收模块以及系统的所 有软、硬件电路进行了测试。通过实验，取得了比较满意的结果。 实践证明，本论文设计的专门针对中、小型和临时会议的会议系统，可控性强。 具有较好的音频传输效果，灵活性高，适用范围广。系统采用了当今流行的射频技 术，使得与会人员可以自由活动。突破了地域的限制；通过选择合适的音频编码方 4 、。 式有效提高了音质；整体电路结构合理，有较高的可操作性和升级自旨为。 关键词：会议系统p w mn f r 2 4 e 1 音频编码 t h e d e s i g n a n dr e a ii z a t i o no f r fw ir eie s sc o n f e r e n c es y s t e m a b s t r a c t f o rm a n yy e a r st h ec o n f e r e n c es y s t e mh a sc o n t i n u o u s l yp r o v i d e du s a n 柚 i m p o r t a n tm e t h o di no u rs t u d y i n g ，c o m m u n i c a t i o na n dp o l i t i c a l ，e c o n o m j ca n d c u l t u r a la c t i v i t i e s w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to ft h el a r g es c a l ei n t e g r a t e d ； c i r c u i ta n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，p e o p l en ol o n g e rs a t i s f i e d w it ht h ec o n f e r e n c es y s t e mm a d eb yo n em ic r o p h o n ea n dt w os o u n db o x e s c o n f e r e n c es y s t e mi sd e v e l o p i n gt o w a r d sg e t t i n gw i r e l e s s ，d i g i t i z a t i o na n d i n t e l l i g e n td i r e c t i o nn o w n o w a d a y s ，t h el a r g e s c a l ec o n f e r e n c es y s t e mu s e di no u rc o u n t r yi s d e v e l o p e db yt h em a n u f a c t u r e r so ff o r e i g nc o u n t r i e s ，a m o n gt h e ms o n y ，p h i l i p s a r et h em o s tr e p r e s e n t a t i r e t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ti nt h i sf i e l do f o u rc o u n t r yi ss t i l la ti n i t i a ls t a g e t h ed o m e s t i cc o n f e r e n c es y s t e m se x i s t o b v i o u sd i s p a r i t yi ns u c ha s p e c t sa sq u a l i t y ，f u n c t i o n ，r e l i a b i l i t ya n d m a n e u v e r a b iiit y t h r o u g hc o m p a r i s o ni nt h ep o p u l a rt h e o r i e so fc o n f e r e n c es y s t e m ，s u c h a sw i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d e ( i n f r a r e d ，b 1 u e t o o t h ，r f ) ，c o d em e a n sa n d m o d u l a t i o nw a y ，e t c a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ec o n f e r e n c es y s t e m ， c h o s er fw i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d e ，p c mc o d ea n dg f s kd i g i t a lm o d u l a t i o n w a yf o rt h ed e s i g n t h i sp a p e rp r o p o s e dak i n do fc o n f e r e n c es y s t e me s p e c i a l l y s u i t a b l ef o rs m a l l ，m i d d l eo rt e m p o r a r yc o n f e r e n c e o nt h eb a s e o f s u m m a r i z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i ca n df a c i n gp r o b l e mo fc o n f e r e n c es y s t e m ， c h o s et h ep o p u l a rw i r e l e s st r a n s m i t r e c e i v ec h i p - n r f 2 4 e 1o fn o r d i cf o ra u d i o t d a t aa n dc o n t r o li n s t r u c t i o nt r a n s m i s s i o n ，a n dd e s i g n e dp e r i p h e r ye l e c t r i c c i r c u i t sa n dm o d u l e st oc o m p l e t ea 1 1f u n c t i o n s m a i m yw r o t et h ep r o g r a m s o fs e n d i n g ，r e c e i v i n g ，p r e s s i n go fa u d i od a t aa n ds u b p r o g r a m so fk e y b o a r d 儿 m o d u l ea n dd i s p l a ym o d u l e a l s os o l v e dt h et e c h n i c a lp r o b l e m ss u c h a s s i m u l t a n e o u si n t e r p r e t a t i o na n dm u l t i e h a n n e lm u l t i p l e xb ys o f t w a r e a s f o rh a r d w a r e ，f i n i s h e dt h ec i r e u i t so fa u d i op r ea n dp o s ts t a g e s ，a n t e n n a ， a n dk e y b o a r d t h e ng o tas a t i s f a c t o r yr e s u l tf o r mt h et e s to fa 1 1m o d u l e s p r a c t i c ep r o v e dt h a tt h i sc o n f e r e n c es y s t e md e s i g n e di nt h i st h e s i sh a s 却 c h a r a c t e r i s t i co fs i m p l es t r u c t u r e ，c h e a pa n dh i g hf l e x i b i l i t y p e q p t ec a n m o v ef r e e l yw i t hn oc o n f i n eo fa r e ab yu s i n gp o p u l a rr ft e c h n o l o g y ，i m p r o v e d a c o u s t i cq u a li t yb yc h o o s i n gs u i t a b l ec o d i n g t h ew h o l ed e s i g ni sv e r y r e a s o n a b l e s oi t i se a s yt ob eu p g r a d e da n dh a v eg o o dm a n e u v e r a b i l i t y k e yw o r d s ：c o n f e r e n o es y s t e m ；p w m ：n f r 2 4 e 1 ：o o d i n g i i i 射领无线会泼系统的设汁与实现 0 前言 0 1 引言 在科技与社会飞速发展的今天，人们在日常牛活和工作中占有和接触的信息量 越来越大，因此人们之间的信息交流利沟通也就变得越来越频繁，越来越重要。商 务谈判、产品演示、来宾会见、政令下达等等都是人与人之间的交流、都需要我们 用会议来实现。 同时。随着计算机技术的飞速发展，数字化信息已经成为我们生产、生活当中 信息的一个重要的组成部分，数字化视频、数字化音频越来越显示出其明显的优势。 一只麦克风两只喇叭就能开一场大会，这是几十年以来一直沿用的会议模式。 而在入类的交流过程中。有效性的信息5 5 6 0 依赖于视觉效果，3 3 3 8 依赖于 ， 声音，只有7 依赖于内容。所以单单是一个声音的表现，远远不能满足现代会议的 要求。 现在的人们对媒体的要求越来越趋于简便化和智能化，因此，要更好地达到目 的就需要用我们一种新的手段来实现会议。针对不同的应用空间提出和解决相对应 的系统方案是当前应用领域的一个发展方向。 o 2 国内外相关领域发展现状 随着现代科技的发展及数字化技术的广泛应用，传统的会议模式已不能适应现 代会议系统的需求。先进的数字化、模块化的音频会议系统顺应了会议发展的潮流， 它克服了传统会议系统的不足，以优异的性能使其在众多的国际会议和高层会谈上 得到广泛应用。 目前，生产会议系统的厂家很多，但绝大多数都是国外的家，如意大利r c f 会议及同声传译设备、荷兰p h i l i p s 数字会议系统、德国b r a h l e r 会议系统、日本 s o n y 会议系统。各个，家在技术上都有着自己的优势：如s o n y 会议系统无论从质 量、工程范例都有其优越性，但是其发言单元太过昂贵：p h i l i p s 在系统管理控制 方面全部采用数字信息化，在信号的传输上采用韵比特流技术，易实现犬数量的串 接，但其音质一般。 在国内，生产会议系统比较成熟的品牌有深圳的t a i d e n ( 台电) 以及雷蒙电了 射频无线会议系统的设计与实现 有限公司出品的雷蒙会议系统，它们在稳定性、可靠性、可操作性和可扩展性方面 与国外品牌还存在差异。并且其会议系统的各个功能自成一个完整的设备，各个设 备功能比较单一，如需多种功能就需要购买多个设备，这不仅对于经济上比较浪费， 应用起来也比较繁杂。 综上所述，现行的会议系统大多功能全，但价格高，体积也较大，适用于大型 会议模式，而对于现在多数中，小型会议，临时会议，首先没有必要花费届资购买 大型成套设各，再加上场地的限制，安装、调试也很不方便。因此会议系统更是让 人可望而不可及。 本系统是专门针对中、小型会议，临时会议提出的一种会议系统。它利用简单 的芯片构成，裁减了一些只有大型会议系统才需要的功能，在价格、体积上有很大 的优势，还有很好的灵活性。对于一个会议系统所需要的基本的功能，又能够很好 的完成。另外，它有很好的可扩展性，可以方便、快捷地加入新功能。 o 3 本论文研究的主要内容 本文研究了会议系统的国内外的发展状况，及其实现的体系结构和系统方案， 分析了现在面临的一些问题。通过对实现会议系统各项参数的分析与比较，提出了 一个自己的系统方案，完成了整个系统的软件、硬件电路的设计与制作。本系统采 用n o r d i c 公司生产的射频收发芯片n r f 2 4 e 1 实现主音频、控制指令的收发。在主席 机中，选用了a t 8 9 c 5 2 作为主控制芯片；代表机中，运用n r f 2 4 e 1 自带的8 0 5 1 内核 作为主控制器，配以自行设计的外围电路完成了会议系统的各项功能。主要编写了 主席机、代表机对音频数据发送、接收、处理的程序以及各个模块的显示、键盘处 理等子程序。同时，通过程序解决了在会议系统中碰到的如多路存取、同声传译等 技术问题。在硬件方面，设计了音频数据的预处理( 音频数据的放大) 、后处理( p w m 加外围电路实现d a c ) 、发射接收天线、键盘等电路。并对发送、接收模块以及系统 的所有软、硬件电路进行了测试，达到了比较满意的效果。 该解决方案成本低、芯片体积小，实现在易。男外，该系统有很高的可移植性， 发送、接收模块很容易应用到其它无线传输如无线耳机、无线键盘、无线鼠标、远 程抄表、计算机无线外设等系统中去。它的应用十分广泛，因此，所设计的系统具 射领无线会驳系统的设计与实现 有良好的应用前景。 0 4 本论文的结构安排 本文第一章详细研究了会议系统所需的理论基础，首先，对现在流行的无线传 输系统：红外、蓝牙、无线射频传输方式做了一个比较，另外讨论了模拟、数字信 号的特点和调制方式，以及各种调制方式的优缺点，最后对音频编码技术做了详细 的讨论。 本文第二章根据系统的功能与特性及其参数，介绍了所选择的丰要芯片，并讨 论了各主要芯片选取的依据，以及各个芯片的工作原理和特性。 在理论的基础上，本文第三章讨论了整个系统的详细设计方案，各个模块的工 作原理，主要包括软件设计的流程和部分程序的主要步骤，硬件设计的部分主要电 路图。并对所有的软、硬件进行了调试，对它们的结果进行了分析和总结。 最后一章对所设计的会议系统进行了总结，对现在的系统提出了尚待完善的地 方，并提出了会议系统的一些扩展功能，尝试提出对解决这些问题的一些方法和构 想。 剃顿无线垒、史系统的设计与实现 1 会议系统的相关理论基础 11 音频传输方式 1i1 按传输介质分类 1 有线方式 有线会议系统是用电缆传输音频信号并送至会场的每个座位，需要铺设大量的 ，l 电缆。一般耍预埋很多管线，施工量较大。另外，每个代表必须坐在固定的位置上， 不能随意移动。此系统实现比较容易，供电比较方便，般向传输时实现比较容易， 可靠性较高，音质易保证，无电波辐射出去，不易被盗听。 2 无线方式 传输过程中没有连线相连，接收方只需一个接收器，可以随意移动，但相对于 有线连接方式，可靠性较差，安全性较低，易被盗听。另外，供电方面，一般接收 机利用电池供电，需经常更换，比较麻烦。如果想实现双向传输，根据介质的不同， 其难易程度有所不同，但均比有线方式复杂 无线方式按其介质的不同，又可分为以下几种： 红外传输方式 红外无线通信是一种采用红外线作为通信载体的通信方式，一般通过波长为 8 5 0 h m 的红外线传输数据。有a s k 、q p s k 、p p m 等多种调制方式其最高传输速率可 达到1 6 m b p s ，适合于传输容量较大的数据。红外通信方式是电波法规之外的传输方 式，在通信速率和调制方式方面有充分的自由空间。 红外通信在短距离、室内应用中有较大的优势。红外通信如果采用点对点的方 式进行数据传输，其发射角度一股不超过3 0 度，通信距离仅为1 3 m 。红外链路采 用i m d d ( i n t e n 8 i t ym o d n l a t i o n d i r e c td e t e c t i o n ，即亮度调n 直接探测) 信 道，因为载波的波长短，而且探测器面积相对较大，就能有效地避免多径衰落，所 以红外链路组网简单。 红外线的波长和可见光的波长很接近，因此它不能穿透不透明自嘴碍物，这使 得红外通信的范围被局限在同一个房间内，但也正是由于这种局限性，使红外通信 避免了不同房间的交叉干扰，从而提高了的通信的安全性。如果在多个房问之间进 避免了不同房间的交叉干扰，从而提高了的通信的安全性。如果在多个房间之间进 射频无线会议系统的设计与实现 1 会议系统的相关理论基础 1 1 音频传输方式 1 ，1 1 按传输介质分类 1 有线方式 有线会议系统是用电缆传输音频信号并送至会场的每个座位，需要铺设大量的 电缆。一般要预埋很多管线，施工量较大。另外，每个代表必须坐在固定的位置上， 不能随意移动。此系统实现比较容易，供电比较方便，双向传输时实现比较容易， 可靠性较高，音质易保证，无电波辐射出去，不易被盗听。 2 无线方式 传输过程中没有连线相连，接收方只需一个接收器，可以随意移动，但相对于 1 有线连接方式，可靠性较差。安全性较低，易被盗听。另外，供电方面，般接收 机利用电池供电，需经常更换，比较麻烦。如果想实现双向传输，根据介质的不同， 其难易程度有所不同，但均比有线方式复杂。 无线方式按其介质的不同，又可分为以下几种： 红外传输方式 红外无线通信是一种采用红外线作为通信载体的通信方式，一般通过波长为 8 5 0 n m 的红外线传输数据。有a s k 、q p s k 、p p m 等多种调制方式，其最高传输速率可 达到1 6 m b p s ，适合于传输容量较大的数据。红外通信方式是电波法规之外的传输方 式，在通信速率和调制方式方面有充分的自由空间。 红外通信在短距离、室内应用中有较大的优势。红外通信如果采用点对点的方 式进行数据传输。其发射角度一般不超过3 0 度，通信距离仅为l 3 m 。红外链路采 用i m d d ( i n t e n s i t ym o d u l a t i o n d i r e c td e t e c t i o n ，即亮度调制直接探测) 信 道，因为载波的波长短，而且探测器面积相对较大，就能有效地避免多径衰落，所 以红外链路组网简单。 红外线的波长和可见光的波长很接近，因此它不能穿透不透明的障碍物，这使 得红外通信的范围被局限在同一个房间内，但也正是由于这种局限性，使红外通信 避免了不同房间的交叉干扰：从而提高了的通信的安全性。如果在多个房间之间进 射额无线会议系缝的设计与实现 行通信，就得通过有线的方式增加红外接入点。 同时，红外通信具有成本低，速度快，带宽几乎不受限制的优势。 但是红外通信是一种视距传输，2 个相可通信的设备之闻必须对准，中间不能 被其他物体阻隔，因而一对发射接收装置只能用于2 台( 非多台) 设备之间的连接。 如果用红外方式传输会议系统当中的音频数据，为了让分布于会场各个角度的接收 神 机都能够正确接收数据，必须在会场内铺设红外发射板，使信号覆盖整个会场，利 用这种方式最大的弊端是只能实现信号的单向传输。 另外，红外线易受到环境噪声的影响，如太阳光，电灯等，因此，为了保证红 外通信的可靠性，需用厚的窗帘挡光。 红外探测器的信噪比正比于接收光功率的平方，这说明i m d d 链路能承受的路 径损耗很小，为了提高信噪比，降低误码率，就必须增大发射功率。 蓝牙传输方式 蓝牙是现在比较流行的短距离无线传输，它是一种无线数据与语音通信开放性 全球规范，它是以近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特 别连接的短程无线电技术。其实质内容是建立通用的无线电空中接口( r a d i oa i r i n t e r f a c e ) 及其控制软件的公开标准，使不同厂家生产的便携式设备，在没有电线 或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有相互操作的性能 ( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 。 蓝牙工作在全球通用的2 4 g h zi s m ( 即工业、科学、医学) 频段。蓝牙的时分 双工传输方案被用来实现全双工传输。i s m 频带是对所有无线电系统都开放的频 带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电 话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认 和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道( h o p c h a n n e l ) ，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列( 即一定的规律，技术上 叫做“伪随机码”) 不断地从一个信道“跳”到另2 个信道，只有收发双方是按这 、 个规模进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰。跳频的瞬时带宽 是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带成百倍地扩展成宽带频，使干扰的影响 变得很小。与其他工作在相同频段的系统相比蓝牙跳频更快，数据包更短，这使 射频无线会议系统的设计与实现 蓝牙比其他系统都要稳定。 蓝牙技术的无线电收发器的链接距离一般可达l o m ，在增大发射功率的情况下， 可以将传输距离加长到1 0 0 m ，并且不限制在直线范围内，甚至设备不在同一房间内 也能相互链接，并且可以链接多个设备，这就可以把用户身边的设备都链接起来， 形成一个“个人领域的网络”( p e r s o n a la r o an e t w o r k ) 。 通过蓝牙技术连接在一起的所有设备被认为是一个p i c o n e t ，一个6 i c o n e t 最 多可以是8 台连在起的设备，在一个p l c o n e t 中，所有设备都是级别相同的单元， 具有相同的权限。但是在p i c o n e t 网络初建时，其中一个单元被定义为m a s t e ru n i t ， 其时钟和跳频顺序被用来同步其他单元的设备，而p i c o n e t 中不是m a s t e r 的所有设 备被定义为s l a v eu n i t s 。若多于8 台设备进行通信时，可以使用多个p i c o n e t 进 行连接，连接后的多个p i c o n e t 靠跳频顺序识别每个p i c o n e t 。同_ p i c o n e t 所有 用户都与这个跳频顺序同步。 另外，在蓝牙技术应用中，有专门针对音频处理的协议栈，可以对音频数据进 行处理。 对于现在流行的蓝牙技术来讲，它的优点是：体积小，功耗低，扰干扰性强， 并且不受位置固定的限制。 若在会议系统中悉用蓝牙技术，可以实现音频数据的传输，并且接收设备不需 固定，可以随意行动。另外。在音频数据或控制信号回传的时候，由于每个蓝牙设 备都有唯一的i d ，所以在主控制台识别每个代表机的时候，可以直接利用蓝牙的唯 一的i d 进行识别，不用进行信息的分离，使用非常方便。但一般会议系统的设备远 大于8 个，需要实现多个p i c o n e t 的连接，并且它容易受到距离的限制。 无线电波普通射频传输方式 无线电波指在自由空间( 包括空气和真空) 传播的射频频段的电磁波。 射频( r a d i of r e q u e n c y ) 是一种高频交流变化电磁波的简称。通常，每秒变化 小于1 0 0 0 次的交流电称为低频电流，大于l o q o o 次韵称为高频电流，面射频就是这 样一种高频电流。无线射频数据传送模块是利用射频的方式，以电磁场为传输介质来 实现非接触的数据传输。它适用于信息交换量小、数据传输率较低、功耗要求小的 场合。射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。 射频无线会议系统的设计与实现 与现在新兴的红外和蓝牙方式相比，无线电波射频通信有着悠久的历史和成熟 的技术。 与红外通信相比，虽然它的部分波段需要申请，安全性较低，链路比较复杂， 但它也有很多红外通信所没有的特点：如覆盖范围大，有效通信距离长，传输功率 低，不受遮挡物的限制等等。 下表是无线电波通信与红外通信的比较： 表1 一l 无线电波通信和红外通信的比较 无线电波红外线 无线电波结论 带宽限制 有无部分4 j 需通过认证 穿墙能力能 无 覆盖范围人，安全性低 多路衰减 有无 链路设计复杂 多路失真有有 路径损耗高高 连接方式点对点或多点点对点支持多点传输 主要干扰源其它用户背景光有效通信距离大 输入x ( t ) 电流功率 可以方便地在室内、室外使用 信噪比 j l x ( ，) f 2 础肛( f ) 1 2 d t 传输功率低 平均功率 肛州d t肛( f ) i d r 蓝牙是一种短距离的无线传输方式，与蓝牙传输方式相比，普通的射频无线传 输方式没有复杂的协议栈，多个频段可供选择，在传输速率上，也可高于蓝牙。另 外，国内外成熟的普通射频无线收发模块比比皆是，大大节约了开发时间和开发成 本。 下表是蓝牙与普通射频无线传输方式的比较： 射频无线会议系统的设计与实现 表卜2 蓝牙方式与普通射频无线传输的比较 蓝牙方案 普通射频无线传输普通射频无线传输结论 移动性 支持 支持 网内数目每个匹克| ：6 9 最多只有8 台设无设备数目的限制多个设备连接容易 备，多于8 个，需要级联甜 连接方式点对点点对点 点对多点 点对多点 协议通信协议及软件堆栈比较无复杂的协议栈开发方便 复杂 通信速率 3 0 0 4 0 0 k 最高可达4 m通信速率较高 通信距离 室内约1 0 米最近口j 达2 0 0 3 0 0 米 通信距离长 开发成本非常高，需要专门仪器。低，可以不用专门仪器开开发成本低 发 1 1 2 按系统性质分类 按系统的性质，音频信号系统可以分为模拟音频系统和数字音频系统。 模拟音频信号：时间和幅度上都连续的信号叫做模拟信号。在时间上“连续” 是指在一个指定的时间范围里声音信号的幅值有无穷多个，在幅度上“连续”是指 幅度的数值有无穷多个。 数字音频信号：时间和幅度都用离散的数字表示的信号称为数字信号。即在时 间和幅度上所能够的取值都是有限的。 模拟音频技术尽管为社会、为人类做出了巨大的贡献，但随着社会的进步，以 及相关科学技术，尤其是数字技术的发展，使得模拟技术中一些不适应、不完美的 缺陷逐渐显现出来。下面就模拟音频与数字音频两种系统主要性能进行一下比较。 1 动态范围 模拟系统主要受记录媒体的限制，其动态范围最高仅6 0 d b 多一些，但大型音乐、 戏曲、乐队中某些乐器的演奏大多有1 2 0 d b 的动态要求，因而这些大信号在模拟系 射频无线会议系统的设计与实现 统中必须经过幅度压缩处理，这势必造成信号失真；而数字系统的动态范围可高达 1 3 0 d b ，完全可以满足音乐和戏曲所需的动态要求，从而使这些大信号得到充分的施 展。 2 频率特性 人耳对声信号频率的可听域为2 0 h z 2 0 k h z 。在模拟系统中，即便经过各种电 路补偿也仅可做到4 0 h z 1 8 k h z ，但信号与特性曲线起伏比较大，且相频特注也做 不到完全线性：而数字音频系统可做到2 0 h z 2 0 k h z 之间平坦，同时更有严格的线 性相位。 3 失真 在传统的模拟系统中，由于设备等原因，不可避免的要产生非线性失真；而在 数字系统中各种处理均按现行运算进行，所以基本上不会失真。 4 噪音 “模拟”技术中有各级电路本身的噪音，还有调制噪声等等，一般信噪比s n 只有5 0 多d b ：而在数字系统中，只有微量的量化噪声，可以做至t j 且且 1 m b p s 射频无线会议系统的设计与实现 d u o c e i v e r “方式 d u o c e i v e r “收发方式使n r f 2 4 e 1 能够方便地同时接收两个不同频率的频道发送 的数据，并且能够使接收速度达到最大值。这意味着： n r f 2 4 e 1 通过一个天线，能够接收两个频率相差8 m h z ( 8 个频率通道) 的1 m b p s 发射器发送的数据。 这两个不同数据频道的数据被分别送到两套不同的接口： 数据频道1 为c l k l 、d a t a 和d r l ； 数据频道2 为c l k 2 、d o u t 2 和d r 2 。 d u o c e i v e r “工作方式示意图如下所示： 图2 7d u o c e i v e r “工作方式示意图 d u o c e i v e r “技术提供了两个独立、专用于接收的数据频道，而不是采用两个相 互独立的接收器。使用第二个数据频道必须满足要求：第二数据频道的工作频率至 少比第一个频道的工作频率高8 m h z 。使用s h o c k b u r s t “技术，c p u 先取出其中一个 数据频道中的数据，另一数据频道中的数据等待c p u 处理完。这样不至于丢失数据； 同时，也降低了对c p u 性能的要求。 r a d i o 口 n r f 2 4 e 1 收发器的收发任务由r a d i o 口控制。r a d i o 口使用标准8 0 5 1 中的p 2 口地址。为了满足射频收发了系统的需要，r a d i o - 日的默认值与标准8 0 5 1 的p 2 口 l 默认值也不一样。收发器由特殊功能寄存器中的r a d i o ( o a o h ) 和s p i c t r l ( 0 8 3 h ) 控 制。s p i c t r l 的设置如下： s p ic t r l = 0 0 时，s p 未用 射频无线会议系统的设计与实现 s p i c t r l = 0 1 时，s p i 连接到p 1 口： s p i c t r l = i o 时，s p i 连到第一个n r f 2 4 0 1 频道； s p i c t r l = 1 1 时，s p i 连接到第二个n r f 2 4 0 1 频道。 r a d i o 寄存器的各个位为数据、时钟、就绪等与发射接收相关的信息。 用s p i 口控制收发器 用芯片内嵌的s p i 口控制收发器的操作非常方便，如r f 配置和s h o c k b f i r s t “ r x ( 接收) 或t x ( 发送) 。复位时r a d i o 口的状态复位引脚为高电平时( 无论时钟是否 有效) ，控制n r f 2 4 0 1 收发子系统的r a d i o 输出位默认为r a d i o 3 ( c s ) = 0 ， r a d i o 6 ( c e ) = o ，r a d i o 7 ( p w l u p ) = 1 。程序运行后，保持默认值，直到程序通过 r a d i o 寄存器改变各位的值。 2 3 2 液晶显示模块 在本系统中，需显示的汉字和数字信息不多，不需要内带字库，有限的汉字和 数字可通过编程来实现。因此选用深圳市汉异实业有限公司牛产的图形点阵液晶显 示模块h s l 2 8 6 4 1 6 a 。 h s l 2 8 6 4 1 6 a 是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器列驱动器及格 1 2 8 x6 4 全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8 x 4 个( 1 6 x1 6 点 阵) 汉字或1 6 x 4 个数字k 主要技术参数和性能： 电源：v d d 为+ 5 v ，模块内自带一l o v 负压，用于l c d 的驱动电压 显示内容：2 2 8 ( 列) x 6 4 ( 行) 点 全屏幕点阵 七种指令 与c p u 接口采用8 位数据总线并行输入输出和8 条控制线 占空比1 6 4 工作温度：一2 0 。c + 7 0 c ，存储温度：7 3 0 c 乇+ 8 0 c 2 2 3 数码管驱动芯片 选用具有串行接口的8 位l e d 数码管及6 4 健键盘智能控制芯片h d 7 2 7 9 a 。 h d 7 2 7 9 a 是一片具有串行接b 的，可同时驱动8 位共阴式数码管( 或6 4 只独立l e d ) 射频无线会议系统的设计与实现 的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达6 4 键的键盘矩阵，单片即可完成 l e d 显示、键盘接口的全部功能。 h i ) 7 2 7 9 a 内部含有译码器，可直接接受b c d 码或1 6 进制码，并同时具有2 种译 码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。 h d 7 2 7 9 a 具有片选信号，可方便地实现多于8 位的显示或多于6 4 键的键盘接口。 特点： 串行接口，无需外围元件可直接驱动l e d 各位独立控制译码不译码及消隐和闪烁属性 ( 循环) 左移( 循环) 右移指令 具有段寻址指令，方便控制独立l e d 6 4 健键盘控制器，内含去抖动电路 有d i p 和s o i c 两种封装形式供选择 2 2 4 优先编码器 选用8 线一3 线优先编码器7 4 l s l 4 8 ，用此编码器确定按键，并产生中断，进入各 中断处理予程序。 7 4 l s l 4 8 是将8 数据线编至二进制的3 数据线的8 线一3 线优先编码器。其特点 是输入端优先译码，从而保证了只对最高位的数据线编码。级联电路( 赋能输入端 e 和赋能输出端e ) 使其不需外接电路就可进行八进制扩展。输入和输出均是低电 平有效。所有输入端均有缓冲器，是一个5 4 l s 7 4 l s 的标准负载。此芯片可用于n 位编码、代码转换和产生。 射频无线会议系统的设计与实现 3 会议系统的设计与实现 3 1 主席机设计 主席机担任着整个系统的统率作用，它控制着整个系统的运行。 3 1 1 主音频信号及控制指令信道载波的选取 因采用d u o c e i v e r “技术可以实现利用一个接收器同时接收两个不同频率的信 号( 必须满足两个载波频率相差8 m h z 以上) ，因此选取两个频道分别作为圭音频传 输信道和控制指令传输信道。 根据芯片在2 4 g h z 频段可以选择的频道公式： c h a n n e l 口= 2 4 0 0 m h z + r f _ c h u 1 0m h z 主音频信道选取载波频率为2 4 1 6 m h z ，根据芯片要求同一接收器两个载波频率 相差8 m h z 以上，则指令通道的载波频率可以选取为2 4 2 4m h z 以上，在此选取2 4 9 6 m h z ( 在同声传译系统中需为每种语言设置一个主音频通道，为了使控带0 指令信道载 波满足大于所有主音频通道8 m h z 以上) 。 音频载波由c p u 指令在片内进行设置。 3 1 2 控制指令的设计 在控制信道发送的控制指令，控制着整个系统的进行。对于系统的指令，选取 2 个字节作为指令长度，前一个字节代表指令的含义，后一个字节为地址，其地址 在有些指令当中需要加载，有些指令不需要，在不需要地址的指令当中，后一字节 的数据并不影响指令的操作。 具体指令含义如下表所示： 表3 - 1 指令码与指令含义 指令码指令含义 0 0 0 0 0 0 0 0 接收状态 0 0 0 0 0 0 0 1 进入代表发言状态( 同步信号) 0 0 0 0 0 0 1 0 代表申请发言( 后加一个字节的代表机序鼬 0 0 0 0 0 0 1 1 主席确认信号( 后加一个字节的代表机序号) 0 0 0 0 0 1 0 0 代表发言结束信号 0 0 0 0 0 1 0 1 、 关闭同声传译功能 射频无线会议系统的设计与实现 在整个系统中，主席机发送指令，代表机根据收到的指令，进入相应的操作。 3 1 3 音频数据的编码选择和模拟一数字转换 在音频数据的编码上，本系统选择了最为简单、易于实现的p c m 码，这种编码就 是直接对音频信号进行采样和量化，使用8 k h z 进行采样，量化精度为8 b i t ，产生 的数据率为6 4 k b p s 。其编码最大的优点就是音质好，重构的话音信号几乎和原始的 话音信号没有什么差别。 在n r f 2 4 e 1 的芯片中，内置有a d c ，a d c 有8 个模拟输入，因只需要对一路音频 信号进行采样、量化，则选a i n o ( 通过设置芯片a d c c o n 寄存器中的a d c s e l i 0 0 0 实 - 现) 作为模拟音频输入通道。在进行采样时，可以选择采样频率( c p u 时钟的8 分 频或3 2 分频) 和量化位数( 6 b i t 、8 b i t 、l o b i t 和1 2 b i t ) ，因将音频数据编写为音 。 频传输中最为常用的p c m 码，所以选择8 k h z 的采样率和8 b i t 量化。转换后每一个 字节的数据存在a d c d a t a h 中。在不够一个r f 数据包( 定义的数据包为2 8 字节，约 3 5 m s 的音频采样信号) 之前，将每次采样后的一个字节( a d c d a t a h 中) 存储在微 控制器8 0 5 1 的存储器( 定义的一个发送缓冲区) 当中。满包后，8 0 5 1 一边存储下 一个新的数据包，一边把已满的数据包转移到r f 前端发送出去。 3 1 4 音频信号数据包的发送和接收 1 音频数据包的描述 数据包格式是通信协议的重要部分。在n r f 2 4 e 1 内，一个完整的射频数据包由 四部分组成：前缀、地址、有效数据和c r c 。n r f 2 4 e 1 的数据包格式如下： 图3 - 1n r f 2 4 e 1 的数据包格式 前缀一般是8 位，也可以设置为4 位，前缀的具体数值由地址的首位决定。以 选择8 位前缀为例，如果地址的首位是0 ，前缀走一0 1 0 1 0 1 0 1 ：如果地址的首位是l ， 前缀为1 0 1 0 1 0 1 0 。 地址是需要发送的8 4 0 位的地址码，其长度可以自己定义。在s h o c k b u r s t ” 模式下，接收方需将收到数据包的地址码和自己的地址码比对，如果相同，认为是 、 有效数据，接收数据；如果不同，则不做处理。 射频无线会嫂系统的设计与实现 有效数据为所要发送的音频数据或控制指令。 c r c 是c r c 校验和，它由内置c r c 纠检错硬件电路自动加上。其长度为8 或1 6 位，可通过设置修改。 但是，地址、有效数据和c r c 的总长度最大为2 5 6 位。因此，设置较短的地址 和校验和可以提高传输效率，但会使可靠性降低。 在本系统中，选择了1 6 位地址码，1 6 位c r c 校验和，则有效数据位数是2 2 4 。 下图为相关数据包配置字，由以上的参数，可将此字节配置为0 1 0 0 0 0 1 1 ； a d d rwc r clc r ce n 【2 3 2 22 12 01 91 8 1 7 1 6 图3 - 2 数据宽度与c r c 校验设置 在s h o c k b u r s t ”方式下，前缀、地址和c r c 校验和都是在发送之前自动加上， 在接收到数据包后自动移去，只留有效数据。 2 音频数据包的发送 利用n r f 2 4 e 1 片内a d c 进行音频的模拟一数字转换，并将转换后的数据通过 a d c d a t a h 放到事先定义的发送缓冲区中去，当满包后，8 0 5 1 将数据包( 本系统为 2 8 个字节或3 5 m s 的音频采样信号) 转移到r f 前端去，r f 前端将有效数据加前缀、 地址及c r c 校验和后进行发送。 发送数据包的具体步骤如下所示： s h o c k b u r s t ”发送： c p u 接口引脚为c e 、c l k i 、d a t a ，工作流程如下： c p u 有数据要发送时，把c e 置高，n r f 2 4 0 1 开始工作： 接收节点地址和有效数据按时序被送到n r f 2 4 0 1 子系统，可通过应用协议或c p u