可接收数字广播节目的CDMA移动终端的软件设计
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可接收数字广播节目的 CDMA移动终端的软件设计专业：通信工程 学号：1002560 姓名：胡春霞 指导教师： 胡兰馨中文摘要数字音频广播(DAB)具有音质好 发射功率小覆盖面积大频谱利用率高的特点它具有很强的抗干扰能力,在恶劣环境下依然能正常接收它还具有高速移动和可加密的特点,是广播事业发展过程中一个新的里程碑数字声音广播具有适合于固定便携和移动接收的优势CDMA(码分多址)是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术CDMA的频谱利用率高,话音品质好,可提供高速率的数据业务据预测,未来的几年CDMA 将以超过 100%的增长速度发展,远快于 GSM40%的发展速度 CDMA 是未来3G 移动通信系统的重要技术如果将数字音频广播与 CDMA 手机相结合,肯定会受到广大消费者的认可由于设计过程中所需的资料不全,收集困难,外加时间的限制,本论文基本上完成了课题的设计,调试部分还有待完成本论文前面三章主要阐述了 DABCDMA网络的发展及 DABCDMA 网络的相关技术,接下来对可接收数字音频广播节目移动终端的方案进行了论证可接收数字音频广播移动终端由硬件和软件两部分组成,硬件由 CL480 解码器D/A 转换器功率放大器 ML4851 等部分组成,音频解码器出来的信号经 D/A 转换变成模拟信号,模拟信号经功率放大器放大,经扬声器播出;软件方面采用汇编语言编写,51 单片机控制,键盘采用 44 键盘,一键一义,显示器采用一位 LED 显示,用可编程音量控制 ML4851 芯片来控制系统的音量 关键词：DAB,CDMA,CL480 SOFTWARE DESIGN OF CDMA TERMINATION FOR RECEIVING DAB PROGRAM AbstractThe Digital Audio Broadcasting (DAB) provideswith a good quality, low launch power, great coverage, high-frequency spectrum utilization characteristics. It is a very strong anti-interference capability in adverse circumstances is still able to receive normal. It also has a high-speed mobile and can encryption features which is broadcasting a new milestone in the development process. The Digital Audio Broadcasting is suitable for portable and the advantages of mobile receptting. CDMA (CDMA) is a communication-based carrier to kuopin preparation and multi-site connectivity technologies. CDMA makes use of spectrum utilization high, tis voice quality is good , provides high-speed data rate operation. According to the forecast, the coming years CDMA will be more than 100% growth rate development than GSM40%. CDMA is the important technology of the 3G mobile communications systems. The consumers will recognize it if combine the Digital Audio Broadcasting with CDMA mobile phones.The information required in the design process is incomplete and it is difficult to collection the information ,we restrict of the time in the design process, this paper has essentially completed the task of designing, and the debugging part remains to be done. The front three chapter of this thesis mainly elaborate the development of DAB and the CDMA network, and the related technique of the dab and the CDMA network The project of motion terminal that can receive The Digital Audio Broadcasting is carried on argument, motion terminal that can receive The Digital Audio Broadcasting are constituted by the hardware and the software ， the aspect of hardware are made of the CL480 decoding machine, the D/A conversion, the power enlarger ML4851 and so on .The signal that comes out of decoding machine become imitate signal that through the D/A conversion ,imitating signal is enlarge by the power enlarger, last si broadcast by loudspeaker；Software that controlled by 51 MCU uses compilation languages, adopted 4 4 keyboards, one key is one righteousness, a LED display machine displays, use the programmable volume control ML4851 chips control the system of the volume. Key words: Cdma, Dab, Cl480 目 录第一章 绪论 .11.1 课题的目的和意义 .11.2 我国 DAB 和 CDMA 的发展背景 .1第二章 数字音频广播技术 .32.1 数字音频广播系统 .32.2 数字音频压缩编码技术 .32.3 数字音频广播系统的优点 .5第三章 CDMA 系统 .63.1 CDMA 系统的原理 .63.2 CDMA 系统的扩频编码技术 .6第四章 系统的设计 .84.1 系统的实现方案 .84.1.1 网络传输速率可行性的分析 .84.1.2 节目传输可行性的分析 .84.2 系统的方案设计 .9第五章 系统的软件设计 .125.1 系统整体框图 .125.1.1 CDMA 通信模块 .125.1.2 音频/视频解码芯片 CL480.135.1.3 D/A 模块 .145.1.4 电源 .145.2 系统软件整体框图 .145.2.1 DAB 子程序的软件控制 .155.2.2 键盘及其接口 .175.2.2.1 行列式键盘 .175.2.2.2 键盘线反转法程序 .185.2.3 音量控制 .215.2.3.1 音频放大器 LM4851.215.2.3.2 音量控制程序 .215.2.4 LED 显示器及其接口 .235.2.4.1 LED 数码显示器的构造及特点 .235.2.4.2 LED 数码显示器的显示方法 .255.2.4.3 显示控制方案 .255.2.5 节目程序设置 .265.3 系统调试 .265.3.1 硬件调试 .265.3.2 软件调试 .26结论 .28谢辞 .29参考文献 .30附录 1 .31附录 2 .32可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计1第一章 绪论1.1 课题的目的和意义数字音频广播(DAB)是继调幅、调频广播之后的第三代广播，是广播领域中的一场革命，是当代多种高科技的结晶，是信息高速公路的一个重要组成部分，必将对全球的广播事业和电子产业产生巨大的影响。及时研究开发 DAB，不仅能大大提高我国广播及信息传播的能力和质量、促进 DAB 产业的形成，而且能带动我国集成电路、元器件、家电制造等一大批相关电子信息产业的发展，因此发展 DAB 势在必行。与现行广播相比，DAB 音质好(CD 质量)、可高速移动接收、可加密、发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高、有很强的抗干扰和在恶劣环境下接收的能力,是广播事业发展中一个新的里程碑。我们对数字声音广播具有 CD 质量的立体声音质，抗衰落能力强，信号几乎零失真，适合于固定便携和移动接收的优势考虑通过 CDMA 网络传输数字声音广播节目。据预测，未来的几年 CDMA 将以超过 100%的增长速度发展，远快于 GSM40%的发展速度。CDMA（码分多址）是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术。CDMA 的频谱利用率高，容量大，覆盖范围大，话音品质好，保密性强，掉话率低，可提供高速率的数据业务。是未来 3G 移动通信系统的重要技术。CDMA 手机将越来越受到人们的青睐。从上面的统计数字和人们对数字广播的追求分析，将数字音频广播与 CDMA 手机相结合将会受到广大消费者的认可 1。1.2 我国 DAB 和 CDMA 的发展背景我们先了解 DAB 发展的动因，促使 DAB 发展的因素很多，其中一个重要的原因是现存广播技术模式已慢慢不能适应现代条件下人们对广播服务的要求。另一个重要原因则是广播环境的改变，进入七十年代以来，由于数字技术的广泛应用，声音的拾取、记录、重放质量得到了极大的保证，尤其是八十年代后期 CD 唱片的应用和普及，CD 机进入了广大听众的家庭，更提高了听众对播出质量的要求。同时由于广播事业的迅速发展，相同频段内分配的广播发射频率越来越多，各播出频率间所需的保护间隔越来越难以保证，引起了越来越多的邻频甚至同频干扰；另外，由于交通工具的日趋普及，人们生活的节奏变快，途中的移动群体越来越大，这些对移动接收自然提出了更高的要求。以上这些因素，加上 DAB 技术本身省电，节约频谱及很强的数据传输能力和优越的移动接收性能等一系列显著优点，同时更由于各相关技术的成熟，使得 DAB 得以迅速发展，亦在近几年里得到世界上越来越多国家的关注和接受 4。而我国目前采用的 CDMA 标准主要是向美国标准靠拢，同时结合我国的实际情况。如空中接口在美国的标准中注重 CDMA 与 AMPS 双模兼容，而在我国则没有这种需求，因此其频率、基本频道的设置及 IMSI 等方面都需要进行修改；在 A 接口上，美国的标准兼容福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )2了多种制式，而在我国只需要其中的 CDMA 一种；同样网络接口 IS-41 系列标准也需要进行必要的修改。我国在 1999 年 4 月成立了中国无线通信标准研究组 CWTS，其主要目的是加强我国的标准制订工作。CWTS 下面分了五个工作组 WG，其中 WG1 为 IMT-2000 工作组，WG2 为 GSM工作组，WG3 为寻呼工作组，WG4 为 CDMA 工作组，此外还有一个知识产权组。CDMA 工作组的主要任务就是制订适合我国具体情况的 CDMA 标准、反映网络运营者的要求、鼓励生产厂商参与标准化工作，加强中国对国际标准制订的影响力。到目前为止，WG4 已拥有26 个成员单位，成功地组织了多次标准化会议。按照 WG4 的工作计划，我国 CDMA 标准的制订主要分为三个阶段。第一阶段主要是建立起我国标准体系的基本框架。这一阶段主要以引进国际标准为主，如 IS-95、IS634、IOS2.X、IS41 等系列标准，并根据我国网络的具体情况进行相应的修改。主要包括：接口标准，空中接口、A 接口、移动应用部分即网络接口；设备标准，基站、移动台和交换机；其他，ISUP 等。目前第一阶段的工作已基本完成。第二阶段的主要任务是在第一阶段工作成果的基础上，充分发挥已建立的基本框架功能，提供更多的功能和业务，可能包含的内容有：UIM、无线智能网、低速数据（14.4kb/s） 、短消息及其他一些必要的业务。目前所处阶段即为第二阶段。第三阶段是从 2000 年年底到 2001 年，面向第三代移动通信，积极开展预研，参考国际上已有的标准，如 IS-95B、IS-2000、IS-2000A 等，加强对分组数据网、无线智能网标准的研究，并积极介入国际标准的制订工作。在吸收和引进国外各项标准的同时，我国也正在积极开发满足我国电信网络的 CDMA 标准，并且已经向国际电信联盟递交了第三代移动通信技术规范 TD-CDMA 标准，该标准在 1999年 11 月结束的有关世界第三代移动通信标准制订会上被最终确定为第三代移动通信技术规范的系列标准之一。这是中国提出的电信技术标准第一次被国际电信联盟所采用，同时也证明了我国的通信技术水平已逐渐与世界同步，我们的民族产业也日益引起世界的瞩目 14。从 1996 年底，DAB 试播成功后，运营商就于 1997 后开始策划产业化的推广。主要在三个方面进行：一是按商业化的要求（99%的地区概率与 99%的时间概率）对单频网进行仔细收测摸底；二是组织开发适合我国消费者接受的接收机；三是对受众需求的服务内容进行调查。经过近两年的努力，推广工作却不尽人意。原因有：单频网工作频率不理想，85MHz 附近干扰特别严重，而且该频率同国际标准不接轨，带来设备必须特殊定购等居多不便；受市场狭小的原因，接收机开发进展缓慢等等。我们对数字声音广播具有 CD 质量的立体声音质，抗衰落能力强，信号几乎零失真，适合于固定便携和移动接收的优势考虑通过 CDMA 网络传输数字声音广播节目。CDMA（码分多址）是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术。CDMA 的频谱利用率高，容量大，覆盖范围大，话音品质好，保密性强，掉话率低，可提供高速率的数据业务。是未来 3G 的移动通信系统的重要技术。CDMA 手机将越来越受到人们喜爱，将数字音频广播与可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计3CDMA 手机相结合将会受到广大消费者的认可 6。第二章 数字音频广播技术2.1 数字音频广播系统DAB 数字声音广播，是以数字技术为基础，采用先进的音频数字编码、数据压缩、纠错编码以及数字调制技术，对广播信号进行系列数字化的广播。它创始于欧洲，当时欧洲人开发 DAB 的初衷是改变传统的广播技术，提高声音播出质量和提供高速移动接收性能。DAB 是对数字化了的广播音频及各种数据图像信号进行编码、调制、传递等处理，它与现在的模拟广播（AMFM）相比具有很多的优点, DAB 具备优越的高速行动接收效能与信号品质，采用的单频网技术能让收听者在不同信号区块间使用同样的频率收听。这些特性结合广播一对多大范围播送的能力，让 DAB 有望继无线网络及行动通讯后，开创出不同于以往的行动商务局面。听众利用 DAB 接收机收到更接近原始发送信息质量的节目内容。目前国际上有三种 DAB 系统：欧洲的尤里卡 147-DAB 制式：1988 年 9 月，欧共体在世界无线电行政大会上首次进行了尤里卡 147DAB 的试验，质量可以与 CD 音质相同。尤里卡 147DAB 制式已于 1995年标准化，它是一种典型的 DAB 系统，除了欧洲外，在世界上其它一些国家和地区都得到一定的发展。如：在加拿大、新加坡、澳大利亚 等地区 DAB 都得到应用。 美国的带内同频（IBOC）DAB 制式：其优点是，在现有 AM 和 FM 发射设备的基础上，增加少量设备和少量投资，就可实现数字音频信号与原有的模拟广播信号用同一频道发射。这样一方面保留了原有的模拟系统，另一方面，不需要为 DAB 业务准备新的频率规划，达到了频率复用的目的，节省了频率资源。美国的 DAB 系统接收机简单、价格便宜。日本的单套节目 DAB 方案：日本的 DAB 是在地面数字电视 DTV 的基础上发展起来的。该方案最大的意义在于，可根据广播信息的容量灵活确定系统带宽，占用频带较窄，节省频带资源 2。2.2 数字音频压缩编码技术地面数字音频广播系统(DAB Digital Audio Broadcasting)它是继 AM 广播、FM 广播之后的第三代广播方式，它的出现标志着广播系统正由模拟向数字过渡。模拟信号数字化后占用的带宽很宽，给传输和记录带来不便。例如，CD、DAT 等高保真数字音频信号，取样率为 44.1KHz、16bit 线性量化，两通道立体声时，数字信号的传输率为1.41Mb/s（数字信号传输率=取样频率量化比特通道数） ，在传输这个数字音频信号时，需要占用 1.41MHz 的带宽，这相当于模拟信号 20KHz 带宽（两通道占用 40KHz）的35 倍。为了避免带宽的限制，发展更高领域的数字音频技术,必须对模拟信号数字化后的福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )4数据进行压缩。早在 20 世纪 50 年代人们就开始从事音频压缩编码的研究工作。压缩的目的是在网络带宽或存储空间一定的条件下提供最优质的声音。目前人们在音频压缩方面已经取得了很大的成果，并有成熟的应用技术和相应的国际标准。我们做的课题是可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计，音频编码采用了 MPEG 层 II 音频压缩编码方法，我们做的是接收部分采用了 CL480 音频/视频解码器，因此下面将对音频编码中的 MPEG 层 II 音频压缩编码方法的相关知识进行描述 3。音频压缩技术指的是对原始数字音频信号流（PCM 编码）运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低（压缩）其码率，也称为压缩编码。它必须具有相应的逆变换，称为解压缩或解码。鉴于数字化音频技术的优点，各国、各大公司竞相开发数字音频信号的压缩编码技术。目前，音频压缩编码已成为标准的是 MPEG-1（ISO/IEC11172-3） 、MPEG-2（ISO/IEC13818-3）和美国大联盟的 AC-3。下面对 MPEG-1（ISO/IEC11172-3）声频标准简介MPEG-1 声频标准：MPEG 专家组在制定音频压缩标准时，征求了 14 种方案，先保留了 4 种，再进一步工作后确定了 2 种：MUSICAM（Masking Pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing）-掩蔽型通用子频带集成编码与频分复用、ASPEC（Adaptive Spectral Perceptual Entroy Coding）-自适应频谱感知熵编码。以上两种算法确定了三种层次。层次 1 为简化的 MUSICAM，层次 2 等同 MUSICAM ，层次3 是 ASPEC 算法结合 MUSICAM 算法，并对层次 1、层次 2 向下兼容的一类算法。层次 1 最适合于消费者应用。层次 2 通过在比例系数消除冗余度和不相干性而带来了进一步的压缩。等级 2（除了帧头外）与 MUSICAM 方案完全相同。在消费和专业音频中有着无数的应用。例如地面的数字音频广播（DAB） 、Video-CD 等。层次 3 采用了均匀量化、自适应分段、量化值的熵编码等技术，编码效率高，但编码器和解码器都比较复杂。MPEG-1 音频压缩的 3 个层基本模型相同，层号越高,性能越好,也越复杂。高层次的解码器能对所有低层比特流数据进行解码。在保持 CD 立体声音质的前提下，3 个层次的编码效率（压缩倍数）和输出码率:编码器层号 压缩方法 压缩倍数 输出码率层 1(Layer 1) MUSICAM 1: 4 384 kbps 层 2(Layer 2) MUSICAM 1: 6-8 256-192 kbps 层 3(Layer 3) ASPEC 1: 10-12 128-112 kbps MPEG-1 音频压缩(层 1 )多相滤波器组把输入信号变换到 32 个子带中去, 子带是线性划分的;每帧包含 384个样本，32 个子带分别输出 12 个样本；心理声学模型仅使用频域掩蔽特性,以 12 个样本为一组， “量化和编码器”根据 SMR 确定每个子带的比特分配，然后按比特分配进行量化可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计5和编码,被高度掩蔽的子带不需要进行编码。MPEG-1 音频压缩(层 2 )每帧有 1152 个样本, “量化和编码器”对一个子带中的三个样本组(3x12 个样本)一起进行编码；除了使用频域掩蔽特性之外还利用了时间掩蔽特性；在低、中和高频段对比特分配作了限制(低频段子带:4 位，中频段子带:3 位，高频段子带:2 位)，对比例因子和量化样本值的编码也更紧凑。使用比较好的临界频带滤波器，把声音频带分成非等带宽的子带，心理声学模型除了使用频域掩蔽特性和时间掩蔽特性之外，还考虑了立体声数据的冗余，使用了霍夫曼(Huffman)编码器.多相滤波器组把输入信号变换到 32 个频域子带中去。子带的划分是非线性的，因为人耳的听觉特性是以“临界频带”来划分的，在一个临界频带之内，很多心理声学特性都是一样的。 MPEG-1 声音(层 3)编码原理使用 ASPEC(Adaptive Spectral Perceptual Entropy Encoding)和 OCF(Optimal Coding In The Frequency domain)导出的算法，使用了改进离散余弦变换 MDCT(modified discrete cosine transform)，对层 1 和层 2 的滤波器组的不足作了一些补偿。MDCT 把子带的输出在频域里进一步细分, 以达到更高的频域分辨率。MPEG-1 音频的 Frame 结构帧的作用：帧是音频数据的组织单位，用于同步、纠错，也有利于存取、编辑。 格式： Header + 音频数据 +（纠错码）. Header 的内容:同步字 ；算法标志；layer 标志；纠错标志；速率标志 ；取样标志；缓冲标志 ；模式标志；加重标志 ；版权标志 8。2.3 数字音频广播系统的优点DAB 与现行的广播相比，具有音质好、接收质量高、抗干扰性强、发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高等特点。其优点归纳如下：不论固定、便携或移动接收，DAB 都能提供 CD 级的接收质量。接收机操作方便、简单。只需在接收机输入一个“节目号数”即可，抛弃了现今采用繁琐的频率寻找。DAB 接收机还可实现可变的动态控制，无论在汽车、住室还是在室外，接收机可自动调整到最佳聆听的信号动态。抗干扰能力强。使用便携式收音机和使用汽车收音机时，没有杂音、没有干扰。频谱利用率高。信道可容几十路立体声，在传送声音广播节目的同时，DAB 的数据信道还有能力传送其它附加信息，例如音乐、语言、发射的识别以及节目类型等信息的传送。数字广播具备加扰、加密功能，使有偿节目服务成为可能。 DAB 降低了发射功率，减少了电磁污染 7。福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )6第三章 CDMA 系统3.1 CDMA 系统的原理CDMA 是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。与 TDMA（时分多址）不同的是，所有通话均在同一信道上传递，它通过指定给各个对话的特殊代码来区分每个对话。使用 CDMA 移动终端时，它实际上接收了在您所使用的网络上传输的所有电话，但只有那些带有本人特殊代码的通话才会被从分组的数据状态重新转换为语音。单个的 CDMA 网络单元在这三种数字协议（TDMA，GSM，CDMA）中是最大的，CDMA 能管理网络单元覆盖的广阔空间，因为它的智能电话在靠近天线时会自动降低功率，而在远离天线时又会加大功率。象 GSM 一样，CDMA 以 13Kbps 的速率传输语音，以 9600bps 的速率传输数据，但它提供的通话质量在三种数字协议中是最清晰的，而且通话容量是模拟电话的 20 倍。CDMA 既可以在 800MHz 也可以在 1900MHz 的频段上工作。CDMA 给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码） ，并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户冯序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA 通常也用扩频多址（SSMA）来表征。对所传信号频谱的扩展给予CDMA 以多址能力。因此，对扩频信号的产生及其性能的了解就十分重要。扩频调制技术必须满足两条基本要求：个人通信的多址通信技术直接影响个人通信的频谱利用率、系统容量、小区结构、业务能力、设备复杂度和成本，特别是与系统容量大小密切相关。在常见的多址通信技术中，CDMA（码分多址）通信技术能实现更大的系统容量，并且有抗干扰、软切换、同频利用、接入方便等优点，CDMA 个人通信将成为今后个人通信的主流和发展方向 5。3.2 CDMA 系统的扩频编码技术 可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计7CDMA 个人通信系统的扩频编码采用 3 层结构。底层是正交扩频编码，码长 64，提供CDMA 信道，不同的正交码作为不同的信道。但是，整个通信系统都使用这一组正交扩频码。第 2 层是基站码，也是扩频编码，码长为 215-1,不同的基站使用具有不同相位状态的扩频码。第 3 层是移动用户码，一个用户一个，各不相同，它是由相当长的扩频码（240-1242-1）加上移动用户自身代码复合而成的。这 3 层编码中，对通信特性影响最大的是底层正交扩频编码的选取。 CDMA 信道的区分是靠 PN 码来进行的，因而要求地址码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的 CDMA 系统就是采用一种基本的 PN 序列m 序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。伪随机序列伪随机序列（PN 码）具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。CDMA 系统中采用 m 序列。m 序列定义：“最长线性反馈移位寄存器序列”的简称。如果 r 级线性移位寄存器序列的周期是 P2R1，则该移位序列为 m 序列。m 序列的基本性质:周期是 P2R1。一个周期内，1 的个数是 2r-1，0 的个数是2r-1-1，遍历的状态数为 2r1；在一个周期内，共有 2r1 个游程。长度为 r 的 1 游程和长度为 r-1 的 0 游程各有一个；m 序列和其移位后的序列逐位模 2 相加，所得的序列还是 m 序列，只是相位不同；具有双值自相关特性。PN 码的码捕获CDMA 中，PN 码的码捕获采用两段搜索算法，实现快速捕获。实现过程如下：在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调 PN 码的一小段，如果没有超过门限，则表明在该相位无有用信号，将相位后移一段，再作相关解调。如果超过门限了，在该相位再做更长一段 PN 码的相关解调，以判定该相位是否有有用信号。每次移 PN 码的半个比特的长度 10。福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )8第四章 系统的设计本次毕业设计我做的题目是可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计，硬件方面由同组同学汤明柱做，因此我就简单论述一下硬件方面的内容。接收数字广播节目可以在原有调频广播的基础上，也可以再建适合数字广播节目的基站，如此一来将造成资源的浪费，频率的紧张，而同时 CDMA 网络覆盖面积大，因此本次毕业设计打算从广电电台那里将节目数据流通过 CDMA 现有的网络传输到 CDMA 移动终端设备上的可行性研究，并设计出可接收数字广播节目的移动终端的方案。4.1 系统的实现方案4.1.1 网络传输速率可行性的分析数字声音广播的取样率为 48KHz、线性量化为数是 16bit、左右声道， （数字信号的传输率的计算：数字信号传输率=取样频率量化比特通道数）那么数字信号传输率为1.536Mb/s。数字音频广播普遍采用 MPEG-1 第二层的压缩方法，采用 MUSICAM 算法，压缩倍数是 1:（6- 8） ，为了减少带宽，采用最大的压缩比 1：8，压缩后的数据传输率为192 kbps。然而联通现有 CDMA2000 1X 网络系统的峰值速率只有 153.6kbit/s，就算我们采用最大的压缩比 1：8，数据的传输率也只能小到 192 kbps，因此不可能在现有CDMA2000 1X 网络中传输。为了能在 CDMA 网络中传输数字音频广播，只能减小 DAB 的传输速率，要减小 DAB 的传输速率，我们必须提高数字音频广播传输速率的压缩比。如果使用 MPEG-1 音频压缩的第三层即 MP3 格式，他的压缩比为 1：12，数据率可达128kbps，小于现有联通 CDMA2000 1X 网络系统的峰值速率 153.6kbit/s。信源编码采用MPEG-1 音频压缩(层 2 )的方法，本设计也可以采用 MPEG-1 音频压缩(层 3 )的方法，即MP3 格式（数据率可达 128kbps） ，我还是打算沿用国际标准，即 MPEG-1 音频压缩(层 2 )的方法。目前使用的 CDMA2000 1X 网络是 CDMA2000 发展的第一个阶段，CDMA1X 的数据和语音采用不同的信道传输，未来 CDMA2000 网络的数据传输率可达到 2M，完全可以传输数字音频广播节目，因此我们假设通过一个转换器将左右声道的立体声节目数据流转换成单声道的数据流，那么从上面的 1.536Mb/s（左右声道）数据传输率经过一个转换器，数字广播的数据传输率可降为 768kbps（单声道）, 仍采用 MPEG-1 第二层的压缩方法，采用可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计9MUSICAM 算法，数字广播的传输率可降为 96kbps。这样的速率就可以在 CDMA 网络的数据信道上传输，这样一来 CDMA2000 网络的数字信道不但可以传输数字信号而且还可以传输语音信号，使用这种方法不但可以减少对声音质量的影响而且还节省了成本的投入，节省了资源。4.1.2 节目传输可行性的分析本设计的主要目的是在 CDMA 移动终端中加入一些硬件，再结合软件，使之可以接收数字广播节目，我们现在已有可接收数字广播节目的手机,但不是通过 CDMA 网络传输，而是从广电的基站通过使用数字调频技术来传输数字广播，我们设计的可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端，数字广播节目的传输是通过 CDMA 网络的数字信道传输。要设计出通过 CDMA 网络传输数字广播节目的方案必须先了解 CDMA 网络传输数据的过程，CDMA 给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码） ，并用它对承载信息的信号进行编码。CDMA 个人通信系统的扩频编码采用 3 层结构，底层是正交扩频编码，码长 64，提供 CDMA 信道，不同的正交码代表不同的信道，但是，整个通信系统都使用这一组正交扩频码。第 2 层是基站码，也是扩频编码，码长为 215-1,不同的基站使用具有不同相位状态的扩频码。第 3 层是移动用户码，一个用户一个，各不相同，它是由相当长的扩频码（240-1242-1）加上移动用户自身代码复合而成的，利用它的不同相位来区分不同用户，知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。具体的工作流程，首先是拨号:当我们需要一个频道的广播节目,我们就按与节目相对应的按键，手机将一个节目识别码和本机的 ID 号码一起通过无线广播的形式发射出去，距离最近的 CDMA 无线基站捕捉到此人手机的无线电广播，并将它传递到中央交换计算机，中央交换计算机分析节目识别码后将要求收听广播节目的用户的 ID 号码发送到节目广播源的相应接口。接着是分组传递:把节目数据流划分为数据包,然后使用扩频技术广播这些数据包。CDMA 指定 440 亿个代码中一个代码代表某一次传输，并将数据包分散在多个无线电频谱段上，这个代码使这次的传输与在同一无线电频段上同时发射的其它数据传输区分开来。这些数据包含有手机的 ID 号码，通过中央计算机寻找 ID 号码所在的区域，然后传输数据给所在地的基站,基站再发出数据,拥有该 ID 号码的手机对基站发出的信号进行识别，当识别到与自己相对应的 ID 号码后，对该信号进行解码，并恢复出原始数据，这样手机就开始接收信号然后播放数字广播节目。4.2 系统的方案设计我国已于 1996 年 12 月 15 日在广东省开始试播欧洲共同体定制的尤里卡-147 方式的DAB 单频网，目前有六套 DAB 节目，所以设计的接收机可以接收六套广播节目。为了可以接收数字广播节目设计了两种方案。福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )10方案一：在 CDMA 手机的硬件基础上增加 DAB 解码芯片，通过 CDMA 手机的 DSP 来控制 DAB解码芯片。要实现这个方案必须掌握 CDMA 手机的原理，各个模块的功能及各个引脚的作用，但是现有的 CDMA 手机各种功能的集成度很高，基本都是美国高通公司生产的芯片，还有相配套的开发软件。我在网络上寻找各种芯片资料，也在图书管查阅了很多 CDMA 手机的相关资料，但介绍这方面的资料很笼统，只有个大概，这些相关的资料是手机开发公司的核心技术之一，以我现在的能力在三个月的时间内是无法找到这些资料，因此对我们研究设计出可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端来说是远远不可能的，所以方案一不能实现。方案二： 使用单片机芯片来控制 DAB 解码芯片，加上外围的键盘、显示、电源和音频解码器等电路构成一个可接收数字广播节目的移动终端。由于本课题的设计在前面花了很多时间，为了能实现该方案，我只对 CDMA 网络的相关理论进行解释，把难以实现的 CDMA 手机的相关硬件撇开。主要实现对广电电台发送出来的声音数据流经音频解码芯片解码，并通过 D/A 芯片和扬声器还原出原始声音。综合以上的比较，我决定采用方案二作为本系统的总体方案。DAB 芯片的选择最初选择使用西安西芯微电子有限公司 Isis-DAB-IC200 型号的 DAB 解码芯片，可用于移动和便携设备的 DAB 解码器芯片，它具有 DAB 基带解码器和 MPEG L2 音频解码器的功能。但当对芯片的资料了解以后，出现了一个问题，数据必须从 DAB 基带解码器进入，不能直接从 MPEG L2 音频解码器进，但是 DAB 基带解码我们并不需要用到。如果要选择此芯片，数据必须经过两次信道编码和信道调制，一次是经广电电台的信道编码和信道调制，传输到 CDMA 网络的第二次信道编码和信道调制，经过两次的压缩，对声音信号的损失比较大，这样不但降低了声音的质量，而且对资源也是一种浪费，因此我们打算再找一种新的符合我们设计需要的 DAB 芯片。后来我们在 VCD 机中找到了一种音频/视频解码芯片 CL480，这款芯片物美价廉，技术成熟，功能强大，对于系统以后的功能扩展留有很大的空间，而且在市场上比较容易获得。CL480 是美国斯高柏（C-Cube）公司开发和生产的第一代 MPEG1 解码芯片，它是一种高集成度 ASIC 芯片，它包含了 VCD 机的所有重要部件：MPEG-1 视频解码器，MPEG-1音频解码器，CD-ROM 解码器，存储器控制器和微控制器接口，它采用 128 个引脚的扁平封装。 这款芯片符合本设计解码的要求，因此就打算采用这种型号的芯片。单片机的选择考虑到我们所设计的 DAB 接收机的功能，音量控制，选台等，不是很复杂，用最普可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计11遍的 MCS-51 系列单片机 8051 作为中央处理器就可以达到我们的要求，而且 MCS-51 系列单片机我们有学过，控制起来比较方便，而且时间也不多，没有多余的时间去学一种新的语言，MCS-51 系列单片机价格便宜，容易买到，而且有很多程序，流程图可以参考，因此本次设计就打算采用 MCS-51 系列单片机。D/A 芯片的选择音频/视频解码芯片 CL480 的音频输出只有一条线，因此本系统中 D/A 就必须采用串行输入接口，我们找了一块 TLV5626 电压输出 DAC 芯片，它带有灵活的三线串行输入接口，采用双八位串行输入，功耗低，输出参考电压可编程，工作电压为 2.75.5V。采用8 个管脚的 SOIC 封装形式，减小了系统板的空间。音频放大器芯片的选择音频放大器芯片采用 LM4851，它是美国国家半导体公司(NS)推出的一种新型的带可编程数字音量控制和输出模式选择的集成音频放大器，可用于蜂窝电话、个人数字助理(PDA)和其它一些便携式应用系统。该芯片带有 SPI 可编程 32 级数字音量控制和输出模式选择。输出模式可通过三线 SPI 接口进行编程，LM4851 的 SPI 接口有三个引脚，其中包括串行数据输人脚 DATA、时钟信号输人脚 CLK 和 SPI 使能脚 ENB。 电源芯片的选择本系统所需的电压为 5V 和 3.3V，而手机只能提供 3V 的电压，我们想利用手机本身的电池，就必须对手机电池电压进行升压，因此我们采用 DC-DC 升压 MAX756 芯片，这款芯片是 MAXIM 公司生产的，具有以下功能：输入电压低至 0.7V 时仍可工作 ；可以选择3.3V 和 5V 的输出电压；效率高达 87%（输出电流为 200mA 时） ；耗电量极低，静态工作电流为 60A，休眠模式下电流仅为 20A ；内置低电压监测系统，符合我们的要求。6键盘和显示器的选择我们设计的数字广播接收机有选台，音量控制等功能，功能不是很多，因此我们打算采用 4*4 键盘（总共有 16 个键） ，一键一义，一个按键一个功能，多余的按键就空着，留着以后扩展功能用。由于时间有限，我们就打算采用一位的 LED 来显示，只要显示第几台，音量有多大就可以了。福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )12第五章 系统的软件设计由于设计过程中所需的资料不全，收集困难，外加时间的限制，本论文基本上完成了课题的设计，调试部分还有待完成。本系统我们采用 44 按键，有十六个按键，一键一义，各个按键的具体功能如下：由于 DAB 帧信号中一般可容纳至少 6 路的高保真压缩音频码流和更多路的数据流，因此一台数字广播接收机至少可以接收六台节目，我就假设有六个数字键从 0 到 5 分别对应六套（1-6）数字广播节目。再设两个键来控制声音音量的增加和减少，最后再设一个按键来控制 DAB 音频解码模块的硬件重启，剩下的按键暂时不用，留着以后扩展功能用。5.1 系统整体框图通过以上的分析，我们设计的数字广播接收机可由以下几部分组成；音频/视频解码芯片 CL480，键盘和显示器，电源芯片，带可编程数字音量控制和输出模式选择的集成音频放大器 LM4851 等，系统的框图如下所示：图 5-1 系统框图在这里我将简要介绍其中的几款芯片。CDMA通 信 模 块E45 音 频 解 码 芯 片CL480 D/A芯 片TLV562 功 率 放 大 器LM4851CPU 4键 盘1位 LED显 示可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计135.1.1 CDMA 通信模块 本系统采用的 CDMA 模块为 Wavcom 公司的 ME45。这是一个具有完整功能的 CDMA 移动通信模块，通过串口可以实现对此模块的控制和数据传输，包括短信和无线上网等。另外加上模拟部分电路，可实现话音通信功能。对 ME45 的控制用的是 AT 命令方式。由于资料有限，以下仅列出其主要性能指标。空中接口：GPRS 或 CDMA2000 1X； 最大输出限制：自动控制； 最大传输速度：153 Kbps； 双工模式: 全双工；最大发射功率: 0.23W； 波形质量 0.944；接收灵敏度 -104dBc (FER=0.5%)。5.1.2 音频/视频解码芯片 CL480CL480 是一块 MPEG-1 的视频/音频解码芯片，其管脚图如下所示：图 5-2 CL480 管脚图本设计中我做的是软件方面，在这里我就简要介绍一下在编程中涉及到的管脚：/RESET硬件复位，输入，低电平有效，使 CL480 进行硬件复位，输入电平必须保持福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )14至少 10 个机器周期才能被识别。/GCK时钟输入，CL480 通过 GCK（XTL IN 和 XTL OUT）对内部处理器进行时钟控制，一般时钟信号要求 40M 或 40.5M，本系统采用了 40M 的晶振作为 CL480 的时钟信号输入。/TEST测试信号，用于芯片的测试，一般情况下，该引脚须悬空或置高电平。/DS选通信号，通过该信号，外部处理器可以选中 CL480，并对其进行相关的操作 16。5.1.3 D/A 模块从音频/视频解码芯片 CL480 的输出引脚 DA-DATA 输出的是 PCM 编码格式的音频信号，由于只有一条线输出，我们可以确定最好选用串行输入的 DAC 芯片，放弃并行输入的 DAC芯片，避免进行麻烦的串并转换，以节省成本和减小空间，我们找了一块 TLV5626 电压输出 DAC 芯片，它带有灵活的三线串行输入接口，采用双八位串行输入，功耗低，输出参考电压可编程，工作电压为 2.75.5V，采用 8 个管脚的 SOIC 封装形式，减小了系统板的空间，其管脚的功能如下：DIN：串行数据流输入；SCLKI：串行输入数据时钟；CS：片选端，低电平有效；VDD：电源；OUTA,OUTB：模拟电压输出；REF：模拟参考电压输入；AGND：接地；在本系统中，TLV5626 的供电电压设计为 5V，输出参考电压为 5V。参照 TLV5626 SCLK、DIN、CS 时序图及 CL480 音频输出端口 DA-BCK、DA-DATA、DA-LRCK 时序图可以设计出它们之间的连线图。其中 CL480 的 DA_LRCK 对 TLV5626 进行片选，让右声道音频进行数模转换 9。5.1.4 电源本系统采用的 DC-DC 升压芯片为 MAXIM 公司的 MAX756。本系统所需电源为 3.3V 和5V，因此使用了两块 Max756 芯片。MAX756 芯片有如下特点：输入电压低至 0.7V 时仍可工作；可以选择 3.3V 和 5V 的输出电压；效率高达 87%（输出电流为 200mA 时） ；耗电量极低，静态工作电流为 60A，休眠模式下电流仅为 20A；内置低电压监测系统。MAX756 的芯片为 8 管脚双列直插式，各个管脚的作用如下表所示：SHDN：工作模式选择。当此管脚接到低电平，芯片进入休眠模式，但 1.25V 的基准源和低电压检测仍有效；3/5：输出电压选择，此管脚接低电平时，输出 5V；接高电平时输出3.3V；REF：1.25V 的基准源电压输出。通过 0.22F 的旁路电容接地（如果不接负载则通过 0.1F 电容接地） ；LBO：电池电压检测输出端。当 LBI 输入低于+1.25V 时，此管脚输出低电平；LBI：电池电压检测输入端。当 LBI 上的电压低于+1.25V 时，LBO 管脚电平被拉低。若不用，则接 VIN；OUT：升压后的电源输出端；GND：电源地；LX：1A，0.5 N 沟道功率 MOS 场效应管的漏极 11。5.2 系统软件整体框图可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计15在软件设计中打算用两个键来切换，在 DAB 功能模块与 CDMA 功能模块之间，如果按下控制 CDMA 模块功能的键，则程序就跳到手机原有的程序（CDMA 模块在初始化的时候就将其设为自动接收和自动发送） ；按下 DAB 功能模块的键就跳到 51 单片机编写的程序中。在 DAB 功能模块中，DAB 帧信号一般可容纳至少 6 路的高保真压缩音频码流和更多路的数据流，因此一台数字广播接收机至少可以接收六台节目，因此我就假设有六个数字键从0 到 5 分别对应六套 1-6 六台数字广播节目，再设两个键来控制声音音量的增加和减少，我们另外再设一个按键来控制 DAB 音频解码模块的硬件重启，剩下的按键暂时不用，留着以后扩展功能用。当要收听某一频道的数字声音广播节目时，就按相对应的键值 0-5（分别选择 1-6 台数字声音广播节目） ，并在 LED 显示器上显示广播频道数。调节音量时，按音量增加或减少键，音量会一级一级的增加或减少，并在 LED 上显示音量大小并延迟两秒后自动退回显示原来的频道数，音量分为八级，音量最高时 LED 显示 8 最低时显示 1，当达到最高或最低值时，继续按增加或减少键，音量保持最高 8 或保持最低 1。音频解码芯片要求硬件重启，本设计中就打算专门用一个按键通过软件编程来实现。软件程序采用 4x4 的键盘线反转法的方式和一位 LED 显示器显示。当硬件开机后，先判断有没有中断产生，有的话再判断要我们进入 CDMA 功能模式还是 DAB 功能模式，DAB 功能模式我们就进入 DAB 子程序入口，CDMA 功能模式就进入 CDMA 程序入口。主程序初值的设置是设置栈区首地址，DAB 子程序初值的设置是原始音量和音量显示的设置。其主程序流程图如下： 开 始设 初 值读 键 值有 键 中 断 ？NOYESCDMA程 序 入 口 DAB程 序 入 口返 回福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )16图 5-3 主程序流程图5.2.1 DAB 子程序的软件控制在 DAB 功能模块中，我们要实现的功能是；选台，音量控制，显示等，我打算用一个按键控制一个功能，剩下的按键暂时不用，留着扩展功能用。为了使程序简单化，我打算采用监控主程序中的直接分析法，在一键一义的情况下，一个按键代表一个命令。所谓“直接分析” ，就是只需根据当前按键的编码，把控制直接分支到相应的处理子程序入口，而无须知道在此前的按键情况。具体设计可以选用选择结构，也可以选择转移表。在本次设计中我打算采用转移表法来设计监控主程序，具体流程图如下：开 始初 始 化有 按 键 中 断 ？读 键 码是 命 令 键 ？主 功 能 命 令 ？ 置 主 功 能 标 志查 转 移 表 ， 判 断 是何 种 命 令处 理 子 程 序 XUAN 处 理 子 程 序 XUAN2 处 理 子 程 序 XUAN8根 据 主 功 能 标 志 去 执 行 相 应 子 程 序YesNoNoYesYesNo可接收数字广播节目的 CDMA 移动终端的软件设计17图 5-4 DAB 功能流程图软件编程如下：CLR CSUBB #08H，AJC DIGRLC AMOV DPTR， #TABLJMP A+DPTRTABL: AJMP XUAN8AJMP XUAN7AJMP XUAN6AJMP XUAN5AJMP XUAN4AJMP XUAN3AJMP XUAN2AJMP XUAN1AJMP XUAN0DIG : AJMP DAB5.2.2 键盘及其接口在设计键盘接口时，要解决以下几个问题：决定是否有键按下；如果有键按下，决定是哪一个键被按；确定被按键的读数；反弹跳；不管一次按键的时间多长，仅采样一个数据；处理同时按键。键盘状态的监测方法：中断方式还是查询方式。5.2.2.1 行列式键盘1行列式键盘工作原理矩阵式键盘由行线和列线组成，各按键位于行、列线交叉点上，行、列线分别接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到十 5v 电平上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低，列线电平如果为高，则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵式键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按福州大学本科生毕业设计 ( 论文 )18键均会影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。行扫描法和线反转法是最常用的确定闭合键位置的两种方法。线反转法识别按键：行反转法又称线反转法，利用一个可编程的并行接口来实现。其基本原理是：将行线接一个并行口，先让它工作在输出方式，将列线接到一个并行口，先让它工作在输入方式。编程使 CPU 通过输出端口往各行线全部送低电平，然后读入列线的值。如果有某一个键被按下，则必有一条列线为低电平。然后进行线反转，通过编程对两个并行端口进行方式设置，使连接行线的端口工作在输入方式，并将刚才读到的列线值通过所连接的并行口再输出到列线，然后读取行线的值，那么闭合键所对应的行线必为低电平，这样当一个键被按下时，就可以读到一对唯一的列值和行值。行扫描法识别按键：行扫描法识别按键的过程是：首先判断是否有键被按下，即先进行全扫描，将所有行线置成低电平；然后扫描全部列线，如果扫描的列值全是高电平，则说明没有任何一个键被按下；如果读入的列值不是全 1，则说明有键按下，再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。先扫描第一行，即置该行为低电平，其他行为高电平，然后检查列线，如果某条列线为低电平，则说明第一行与该列相交的位置上的按键被按下；如果所有列线全是高电平，则说明第
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