數(shù)字多路語(yǔ)言通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(基于單片機(jī))

1、<p>　　信控學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p>　　數(shù)字式多路語(yǔ)音通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p>

2、<p>　　職 稱： </p><p>　　起止日期：2015.09.07～2015.09.25</p><p><b>　　專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　數(shù)字式多路語(yǔ)音通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)</

3、p><p><b>　　二、適用專業(yè)</b></p><p><b>　　電子信息工程專業(yè)</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1. 熟悉Keil uVision開發(fā)軟件 及Protel DXP電路設(shè)計(jì)軟件的使用；</p>&

4、lt;p>　　2. 掌握C8051F410單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)及C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　3. 掌握語(yǔ)音采集和語(yǔ)音放大電路的設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　4. 掌握語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字編碼原理；</p><p>　　5. 掌握多路串行通信原理。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></

5、p><p>　　要求設(shè)計(jì)數(shù)字式多路語(yǔ)音通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多路語(yǔ)音通信。具體指標(biāo)如下：</p><p>　　1. 語(yǔ)音采集輸入信號(hào)：0～2.5V信號(hào)；</p><p>　　2. 語(yǔ)音輸出信號(hào)：驅(qū)動(dòng)8Ω揚(yáng)聲器；</p><p>　　3. 供電電源：電源提供+5V、1A； </p><p>　　4. 通信接口：RS485；</

6、p><p>　　5. 通信協(xié)議：自定義。</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)語(yǔ)音采集輸入電路； </p><p>　　2. 語(yǔ)音放大電路； </p><p>　　3. 設(shè)計(jì)RS485通信接口電路；</p><p>　　4. 編寫顯示

7、、鍵盤、ADC、DAC、通信模塊工作程序；</p><p>　　5. 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。</p><p>　　六、設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間共三周,具體安排如下表：</p><p>　　七、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及學(xué)生成績(jī)</p><p><b>　　目 錄</b></p&

8、gt;<p>　　專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書I</p><p><b>　　緒 論1</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)概述2</p><p>　　1.1 系統(tǒng)功能2</p><p>　　1.2 主控模塊設(shè)計(jì)2</p><p>　　1.2.1 主控芯片在本系統(tǒng)中的功能3&l

9、t;/p><p>　　1.3 數(shù)字式信號(hào)通信3</p><p>　　1.3.1通信信號(hào)的分類：3</p><p>　　1.3.2 數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：3</p><p>　　1.4 通訊方式簡(jiǎn)介4</p><p>　　1.4.1 串口通信的選擇4</p><p>　　1.4.2 串口通信實(shí)現(xiàn)設(shè)

10、計(jì)4</p><p>　　第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2 輸出放大電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2.1 放大電路的方案論證6</p><p>　　2.2.2 LM386實(shí)際設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 A

11、DC/DAC接口設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3.1 ADC設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3.2 DAC設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.4.1設(shè)計(jì)方案論證與選擇10</p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)實(shí)物圖11</p><p>

12、;　　第3章 程序設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　3.1 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及流程12</p><p>　　3.1.1 主程序流程及程序段13</p><p>　　3.2 通信程序及通信協(xié)議14</p><p>　　3.2.1 通訊協(xié)議14</p><p>　　3.2.2 通訊程序段14</p>

13、<p>　　3.3 模數(shù)數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3.1 AD程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3.2 DA程序設(shè)計(jì)15</p><p><b>　　結(jié) 論16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p>&l

14、t;p>　　附錄1：電路原理圖18</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)為將傳統(tǒng)語(yǔ)音通信系統(tǒng)的信道傳輸方式由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)一對(duì)一，一對(duì)多的語(yǔ)音信號(hào)傳輸。系統(tǒng)通過(guò)ADC采集語(yǔ)音模擬信號(hào)，主控芯片接收采集到的AD碼，加入發(fā)送目的地址后，通過(guò)串口通信將采集到的AD碼數(shù)字信號(hào)發(fā)送到指定地址的其他從芯片中，其他

15、芯片接收到數(shù)字信號(hào)后，去掉發(fā)送地址再由DAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。最后經(jīng)放大器將還原后的模擬信號(hào)放大輸出到揚(yáng)聲器中實(shí)現(xiàn)數(shù)字試多路語(yǔ)言通信系統(tǒng)。經(jīng)多次調(diào)試后可將所傳輸?shù)哪M信號(hào)大致還原，與原信號(hào)相差微小。</p><p><b>　　第1章 系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　1.1 系統(tǒng)功能</b></p><p

16、>　　本系統(tǒng)主要功能為將傳統(tǒng)語(yǔ)音通信系統(tǒng)的信道傳輸方式由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)一對(duì)一，一對(duì)多的語(yǔ)音信號(hào)傳輸。設(shè)計(jì)采用C8051F40單片機(jī)主控，MAX485芯片串口通信，數(shù)碼管顯示，獨(dú)立按鍵控制發(fā)送數(shù)字信號(hào)，LM386芯片進(jìn)行功率放大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，實(shí)際投入成本低，效果好，可將其應(yīng)用在水下，礦場(chǎng)，車間等對(duì)模擬信號(hào)干擾強(qiáng)的工作場(chǎng)所。</p><p>　　圖1-1 C8051F410芯片原理圖</

17、p><p>　　1.2 主控模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)理論所需外圍器件較多，且對(duì)CPU速度要求不高，操控簡(jiǎn)單，經(jīng)考慮本次主控系統(tǒng)采用C8051F410單片機(jī)作為主控芯片。</p><p>　　C8051F41x器件是完全集成的低功耗混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。其特點(diǎn)有：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器核（可達(dá)50MIPS）；全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)

18、試接口（片內(nèi)）； 真12位200 ksps的24通道ADC，帶模擬多路器； 兩個(gè)12位電流輸出DAC；高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部振蕩器；達(dá)32KB的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器；2304字節(jié)片內(nèi)RAM；硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口；4個(gè)通用的16位定時(shí)器；具有6個(gè)捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）；硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘（smaRTClock），工作電壓可低至1V，帶64字節(jié)

19、電池后備RAM和后備穩(wěn)壓器；硬件CRC引擎；片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器；片內(nèi)電壓比較器；多達(dá)24個(gè)端口I/O。綜上所述C8051F410器件是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。</p><p>　　主控芯片實(shí)物圖及原理圖見圖1-1,、圖1-2。</p><p>　　1.2.1 主控芯片在本系統(tǒng)中的功能</p><p>　　本系統(tǒng)采用C8051F410單片機(jī)作為系

20、統(tǒng)主控芯片，用該單片機(jī)進(jìn)行以下功能</p><p>　　模擬信號(hào)的采集，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　按鍵控制發(fā)送地址的選擇，串口發(fā)送/停止及自身地址的寫入。</p><p>　　發(fā)送地址及待機(jī)狀態(tài)的顯示。</p><p>　　串口通信發(fā)送及接收，以及通信協(xié)議。</p><p>　　接收數(shù)字信號(hào)，并

21、將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。</p><p>　　圖1-2 芯片實(shí)物圖</p><p>　　1.3 數(shù)字式信號(hào)通信</p><p>　　1.3.1通信信號(hào)的分類：</p><p>　　信號(hào)數(shù)據(jù)可用于表示任何信息，如符號(hào)、文字、語(yǔ)音、圖像等，從表現(xiàn)形式上可歸結(jié)為兩類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別可根據(jù)幅度取什是否離散來(lái)確定?！　?/p>

22、模擬信號(hào)指幅度的取值是連續(xù)的（幅值可由無(wú)限個(gè)數(shù)值表示）。時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)連續(xù)變化的圖像（電視、傳真）信號(hào)等，如圖1-1（a）所示。時(shí)間上離散的模擬信號(hào)是一種抽樣信號(hào)，如圖1-1（b）所示，它是對(duì)圖1-1（a）的模擬信號(hào)每隔時(shí)間T抽樣一次所得到的信號(hào)，雖然其波形在時(shí)間上是不連續(xù)的，但其幅度取值是連續(xù)的，所以仍是模擬信號(hào)，稱之為脈沖幅度調(diào)制（PAM，簡(jiǎn)稱脈幅調(diào)制）信號(hào)?！　?shù)字信號(hào)指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。

23、二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號(hào)。二進(jìn)制碼受噪聲的影響小，易于有數(shù)字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.3.2 數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1.抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)噪聲積累。在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號(hào)傳輸過(guò)程中及時(shí)對(duì)衰減的傳輸信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時(shí)放大。隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來(lái)越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴(yán)重惡化。

24、對(duì)于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號(hào)的幅值為有限個(gè)離散值(通常取兩個(gè)幅值)，在傳輸過(guò)程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時(shí)，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號(hào)，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高質(zhì)量的傳輸。</p><p>　　2.便于加密處理。信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹?lái)越重要，數(shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號(hào)為例，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后的信號(hào)可用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行

25、加密、解密處理。</p><p>　　3.便于存儲(chǔ)、處理和交換。數(shù)字通信的信號(hào)形式和計(jì)算機(jī)所用信號(hào)一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也便于用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。</p><p>　　4.設(shè)備便于集成化、微型化。數(shù)字通信采用時(shí)分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)備中大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，

26、因此體積小、功耗低。</p><p>　　以上介紹可知，數(shù)字通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以各國(guó)都在積極發(fā)展數(shù)字通信。近年來(lái)，我國(guó)數(shù)字通信得到迅速發(fā)展，正朝著高速化、智能化、寬帶化和綜合化方向邁進(jìn)。</p><p>　　1.4 通訊方式簡(jiǎn)介</p><p>　　隨著當(dāng)今數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越顯著，數(shù)字通信已在社會(huì)得到廣泛的使用，同時(shí)通信方式也變得多種多樣。經(jīng)小組研討比較，最終本

27、次設(shè)計(jì)決定采用串口通信方式在本系統(tǒng)上進(jìn)行數(shù)字通信。</p><p>　　1.4.1 串口通信的選擇</p><p>　　串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議（不要與通用串行總線Universal SerialBus或者USB混淆）。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信接口；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲

28、取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。</p><p>　　串口通信的概念：串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長(zhǎng)不得超過(guò)20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不得超過(guò)2米；而對(duì)于串口而言，長(zhǎng)度可達(dá)1200米。</p><p>　　1.4

29、.2 串口通信實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)串口通信使用3根線完成：（1）地線GND，（2）發(fā)送TX0，（3）接收RX0.。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)將接收端與發(fā)送端短接在一起，故可實(shí)現(xiàn)總線式自發(fā)自收。</p><p>　　串口通信參數(shù)：串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。</p><p&g

30、t;　　a，波特率：衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，就是指波特率，例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。

31、</p><p>　　b，數(shù)據(jù)位：衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，

32、術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。</p><p>　　c，停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。</p><p>　　設(shè)計(jì)系

33、統(tǒng)時(shí)出于簡(jiǎn)潔方便的設(shè)計(jì)理念，并未采用奇偶校驗(yàn)位。不過(guò)后期需要可以補(bǔ)充加入奇偶校驗(yàn)位。</p><p>　　第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)清晰，所有部分均可獨(dú)立模塊化制作，所用硬件簡(jiǎn)單常用，可靠性高，可實(shí)際投入生產(chǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2-1。</p><p>　　圖2-1

34、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 輸出放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 放大電路的方案論證</p><p>　　由于放大電路種類繁多，性能各不相同，故在本次設(shè)計(jì)中放大電路提出了兩種方案：</p><p>　　方案1：運(yùn)用NE5532運(yùn)放芯片搭建運(yùn)放電路。</p><p>　　NE5532是高性能低噪聲

35、雙運(yùn)算放大器（雙運(yùn)放）集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時(shí)音色溫暖，保真度高，在上世紀(jì)九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽(yù)為“運(yùn)放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運(yùn)放之一。</p><p>　　NE5532主要特性如表2-1：</p>

36、<p>　　表2-1 NE5532特性</p><p>　　NE5532常用放大電路：</p><p>　　圖2-2 NE5532放大電路圖</p><p>　　方案2：運(yùn)用LM386芯片搭建放大電路。</p><p>　　LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)

37、點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。</p><p>　　LM386主要特性如下：</p><p>　　靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；工作電壓范圍寬，4-12V or 5-18V；外圍元件少；電壓增益可調(diào)，20-200；失真度低。</p><p>　　結(jié)合本次設(shè)計(jì)需要，經(jīng)多次實(shí)踐比較，LM386更適合DA還原后的低電流小功率放大，且放大效果更好。

38、故本次設(shè)計(jì)采用LM386運(yùn)放芯片搭建運(yùn)放電路。</p><p>　　2.2.2 LM386實(shí)際設(shè)計(jì)</p><p>　　由于DA輸出最大電流為2mA，若用其他運(yùn)放來(lái)搭建大多對(duì)電壓放大效果名顯，卻對(duì)本設(shè)計(jì)的微小電流放大不明顯，利用LM386搭建輸出放大電路可對(duì)小電流明顯放大，并且達(dá)到外圍器件簡(jiǎn)單，小信號(hào)放大效果好等顯著優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　盡管LM386的應(yīng)用非

39、常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來(lái)的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)注意以下3點(diǎn)：</p><p>　　1、通過(guò)接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來(lái)改變?cè)鲆?，斷開時(shí)增益為20。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會(huì)帶來(lái)好處--噪音減少，何樂而不為？</p><p>　

40、　2、盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“+”、“－”輸出端可以很好地抵消共模信號(hào)，故能有效抑制共模噪聲。</p><p>　　3、減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直+耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過(guò)大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率（fc=1/(2π*RL*Cout)）提高。分別測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1

41、0uF/4.7uF最為合適。</p><p>　　實(shí)際電路搭建原理圖見圖2-4。</p><p>　　圖2-4 設(shè)計(jì)運(yùn)放電路圖</p><p>　　2.3 ADC/DAC接口設(shè)計(jì)</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于音頻信號(hào)屬于模擬信號(hào)，而設(shè)計(jì)要求數(shù)字通信，所以在傳輸過(guò)程中要先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸后還要將數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)

42、，在這個(gè)過(guò)程中就要用到ADC與DAC。市面上AD/DA種類繁多，功能各不相同，現(xiàn)在的AD/DA芯片也越做越好，功能越來(lái)越強(qiáng)大。鑒于本次設(shè)計(jì)采用C8051F410單片機(jī)作為主控芯片，而處理信號(hào)又為音頻小信號(hào)，故最終決定采用片內(nèi)集成的12位 ADC/DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)實(shí)際測(cè)試轉(zhuǎn)換效果好，成本低，速度快.。</p><p>　　2.3.1 ADC設(shè)計(jì)</p><p>　　模

43、數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。&l

44、t;/p><p>　　C8051F410的ADC0子系統(tǒng)集成了一個(gè)27通道的模擬多路選擇器（AMUX0）和一個(gè)200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測(cè)器和硬件累加器。。AMUX0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測(cè)器都可用軟件通過(guò)特殊功能寄存器來(lái)配置（見框圖5.1）。ADC0輸入為單端方式，可以被配置為用于測(cè)量P0.0 ~ P2.7、溫度傳感器輸出、VDD或GND（相對(duì)于GND）。

45、只有當(dāng)ADC控制寄存器（ADC0CN）中的AD0EN位被置1或在突發(fā)方式執(zhí)行轉(zhuǎn)換時(shí)，ADC0子系統(tǒng)才被使能。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用C8051F410單片機(jī)內(nèi)部12位ADC0，經(jīng)配置后由P0.2雙向I/O口采集模擬信號(hào)，實(shí)際用到高6位的AD采集，采集基準(zhǔn)電壓為2.5V。ADC0功能框圖見圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 ADC0功能框圖</p><

46、p>　　2.3.2 DAC設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。D/A轉(zhuǎn)換的作用是將二進(jìn)制數(shù)字量形式的離散信號(hào)轉(zhuǎn)換成以標(biāo)準(zhǔn)量（或參考量）為基準(zhǔn)的模擬量的轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　C8051F410內(nèi)部有兩個(gè)12位的電流模式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（IDA

47、C）。IDAC的最大輸出電流可以有四種不同的設(shè)置：0.25mA、0.5mA、1mA和2mA。用IDAC控制寄存器（IDA0CN或IDA1CN）中的對(duì)應(yīng)位來(lái)分別使能或禁止IDAC。當(dāng)兩個(gè)IDAC都被使能時(shí)，它們的輸出可以分別連到不同的引腳或合并到一個(gè)引腳。當(dāng)IDAC被使能時(shí)，內(nèi)部的帶隙偏置發(fā)生器為其提供基準(zhǔn)電流?？梢杂密浖睢⒍〞r(shí)器溢出或外部引腳邊沿觸發(fā)IDAC更新。 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用C8051

48、F410單片機(jī)內(nèi)部12位DAC0，經(jīng)配置后由P0.1雙向I/O口輸出模擬信號(hào)，實(shí)際將6位AD碼轉(zhuǎn)換為模擬量，最大輸出電流為2mA。IDAC功能框圖見圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 IDAC功能框圖</p><p>　　2.4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，調(diào)幅電路、主控芯片、放大電路、顯示按鍵等供電部分均需直流穩(wěn)壓電源供電。在此對(duì)直

49、流穩(wěn)壓電源進(jìn)線設(shè)計(jì)討論。</p><p>　　2.4.1設(shè)計(jì)方案論證與選擇</p><p>　　直流電源是當(dāng)今小電子器件的常用電源，本次設(shè)計(jì)許多芯片部分均要用到5V直流穩(wěn)壓電源供電，現(xiàn)提出下兩種電源設(shè)計(jì)方案：</p><p>　　方案一：線性電源（Linear power supply）是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾

50、波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。線性電源主回路的工作過(guò)程是輸入電源先經(jīng)預(yù)穩(wěn)壓電路進(jìn)行初步交流穩(wěn)壓后,通過(guò)主工作變壓器隔離整流變換成直流電源,再經(jīng)過(guò)控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對(duì)線性調(diào)整元件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié),使之輸出高精度的直流電壓源,線性電源的優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定，沒有高頻紋波等干擾。</p><p>　　方案二：開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和

51、關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)開關(guān)電源其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開關(guān)電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換

52、器分類的。也就是說(shuō)，直流開關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關(guān)電源的分類。</p><p>　　線性電源的電壓反饋電路是工作在線性(放大)狀態(tài)，開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截止區(qū)，即開關(guān)狀態(tài)的。從其主要特點(diǎn)上看：線性電源技術(shù)很成熟，制作成本較低，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋較小，自身的干擾和噪聲都比較小，故經(jīng)比較后本次設(shè)計(jì)使用線性電源。</

53、p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)實(shí)物圖</p><p>　　設(shè)計(jì)中本組采用一組9v變壓器，220V整流橋和7805三端穩(wěn)壓器，并聯(lián)一2200vf電容和1000vf電容后將民用220v交流電轉(zhuǎn)換成路5v直流電源，分別為不同芯片供電。最后加上開關(guān)及電源指示燈，電源部分便制作完成，電源制作及原理圖如圖2-7，圖2-8：</p><p>　　圖2-7 設(shè)計(jì)電源原理圖</p

54、><p>　　圖2-8 電源實(shí)物圖</p><p>　　第3章 程序設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及流程</p><p>　　本設(shè)計(jì)程序部分為重中之重，從ad采集、串口通信、地址的設(shè)置和判斷及DA轉(zhuǎn)換輸出全部</p><p>　　圖3-1 程序流程圖</p><p>　　由程序設(shè)

55、置完成，最后實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字化傳輸。經(jīng)多次編寫、改動(dòng)及調(diào)試后，與硬件部分匹配可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的所有功能。</p><p>　　3.1.1 主程序流程及程序段</p><p>　　程序初始化后進(jìn)入while（1）循環(huán)，先掃描本身地址狀態(tài)，在進(jìn)行按鍵掃描，讀取目的地址設(shè)置狀態(tài)，再進(jìn)行AD值讀取將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入寄存器，判斷按鍵是否發(fā)送，若是則進(jìn)行串口程序發(fā)送后繼續(xù)運(yùn)行程序，若否直

56、接繼續(xù)運(yùn)行程序。繼續(xù)運(yùn)行判斷本機(jī)是否接收到數(shù)據(jù)？若是進(jìn)行地址判斷，若否清零標(biāo)志位重新執(zhí)行while循環(huán)。地址判斷若接收地址=自身地址，則將接收數(shù)據(jù)去掉地址后送至DA轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再清讀標(biāo)志位重新循環(huán)，若否直接清讀標(biāo)志位循環(huán)。以上為本次設(shè)計(jì)所有程序執(zhí)行過(guò)程，程序流程圖見圖3-1所示：</p><p><b>　　主函數(shù)程序段：</b></p><p>　　/*****

57、******main程序*************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Init_Device();</p><p>　　IDA1L=0x00;</p><p><b>　　P2=0x30;</b

58、></p><p><b>　　ad=0;</b></p><p><b>　　da=0; </b></p><p>　　read=1; //P為待機(jī)狀態(tài)</p><p><b>　　while(1)</b><

59、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　selfadr=(P1&0x30)>>4;</p><p><b>　　key2();</b></p><p>　　ad_send();</p><p>　　if(send==1)</p>

60、<p><b>　　{</b></p><p>　　SBUF0=adr+(0xfc&tvalue);</p><p>　　while(!TI0);</p><p><b>　　TI0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p>

61、<p>　　UART_read()；</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.2 通信程序及通信協(xié)議</p><p>　　通信程序?yàn)楸境绦虻闹攸c(diǎn)所在，語(yǔ)音信號(hào)傳輸?shù)恼_與否與通信速度及通信協(xié)議有著密不可分的聯(lián)系。</

62、p><p>　　3.2.1 通訊協(xié)議</p><p>　　本次通信采用標(biāo)準(zhǔn)8位串口通信，一幀為8個(gè)bit，其中發(fā)送幀的高6位為數(shù)據(jù)位，低二位為目的地址位，分別有四個(gè)地址：00、01、10、11，理論上可實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)器之間的通信，實(shí)際本次設(shè)計(jì)用了前三個(gè)地址實(shí)現(xiàn)3臺(tái)機(jī)器之間的通信，經(jīng)調(diào)試后完全可以互相實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信。</p><p>　　3.2.2 通訊程序段</p>

63、;<p>　　發(fā)送時(shí)將地址位賦值到發(fā)送幀的后兩位： SBUF0=adr+(0xfc&tvalue);</p><p>　　讀取時(shí)將地址位通過(guò)接收數(shù)據(jù)從后兩位解析出來(lái)：readadr=SBUF0&0x03;</p><p>　　判斷接收地址是否為本身地址：if(readadr!=selfadr) </p><p><b>　　串

64、口發(fā)送程序段：</b></p><p>　　If(send==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SBUF0=adr+(0xfc&tvalue);</p><p>　　while(!TI0);</p><p><b>　　TI0=0;&l

65、t;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　串口接收程序段：</b></p><p><b>　　if (RI0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><

66、b>　　RI0=0;</b></p><p>　　readadr=SBUF0&0x03; //判斷地址（后兩位） </p><p>　　if(readadr!=selfadr) </p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　els

67、e </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　video=SBUF0&0xfc;</p><p>　　IDA1L=video;</p><p><b>　　IDA1H=0;</b></p><p><b>

68、;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.3 模數(shù)數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用410內(nèi)部ADC/DAC,所有模數(shù)互換過(guò)程都由向410單片機(jī)寫入控制住通過(guò)編程完成操作，現(xiàn)在在此簡(jiǎn)單說(shuō)明AD/DA程序。</p><p>　　3.3.1 AD程序設(shè)計(jì)

69、</p><p>　　AD程序的正確是通信正確的大前提，AD所讀到的數(shù)據(jù)若不正確便無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的通信，在此運(yùn)用410內(nèi)部12位ADC，采用其高6位量化值，通過(guò)給AD0BUSY寫1的方式發(fā)送。經(jīng)實(shí)際測(cè)試轉(zhuǎn)換速度足夠，采集精度準(zhǔn)確。</p><p><b>　　ADC程序：</b></p><p>　　void ad_send()</p>

70、;<p><b>　　{</b></p><p>　　AD0BUSY=1; //啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　while(AD0BUSY);//等待</p><p>　　tvalue=(ADC0H*256+ADC0L)/16;//提取AD的值</p><p><b>　　}</b&g

71、t;</p><p>　　3.3.2 DA程序設(shè)計(jì)</p><p>　　DA程序的正確性是通信關(guān)鍵的最后一步，必須要正確還原出正確的數(shù)據(jù)，才能建立起完整的通信流程。在此運(yùn)用410內(nèi)部12位DAC，將接收到的6位AD值賦值給410的IDA1L中，再通過(guò)為IDA1H賦值的方式啟動(dòng)DA轉(zhuǎn)換。其中注意對(duì)齊方式的問題，經(jīng)本組實(shí)際測(cè)試運(yùn)用右對(duì)齊的方式給DA低位賦值時(shí)才能得到正確數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)際測(cè)試轉(zhuǎn)換成功

72、，成功建立通信。</p><p><b>　　DAC程序：</b></p><p>　　video=SBUF0&0xfc; </p><p>　　IDA1L=video; //DA賦值</p><p>　　IDA1H=0;//啟動(dòng)DA轉(zhuǎn)換</p><p><b>

73、;　　結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)為期三周的專業(yè)綜合設(shè)計(jì)，我和我們第一組的所有成員都學(xué)到了許多有關(guān)于音頻信號(hào)和數(shù)字通信的相關(guān)知識(shí)，深入了解了串口通信的整個(gè)過(guò)程及其注意事項(xiàng)。經(jīng)過(guò)團(tuán)體的合作努力終于完成了數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作。經(jīng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果理想，不過(guò)仍有許多可以改進(jìn)的地方，相信經(jīng)過(guò)以后的學(xué)習(xí)積累，我們未來(lái)能做的更好。</p><p>　　專業(yè)綜合設(shè)計(jì)是對(duì)我們

74、在大四以前對(duì)所學(xué)課堂知識(shí)的綜合應(yīng)用，在做綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程也是我們對(duì)理論進(jìn)行深化和重新認(rèn)識(shí)的過(guò)程，它也是一次可以讓我們學(xué)到更多東西的實(shí)踐活動(dòng)。在專業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們的學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力都得到了提升，而這些實(shí)實(shí)在在的能力是我們?cè)跁竞驼n堂中學(xué)不到的。在大伙制作專業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們的團(tuán)結(jié)合作能力是成功做出設(shè)計(jì)所必不可少的，與大伙一起探討的過(guò)程中深深讓我理解了團(tuán)體力量的強(qiáng)大，相信這些體會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中會(huì)讓我受益無(wú)窮。</p>

75、<p>　　在做本次專業(yè)綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的一點(diǎn)是理論知識(shí)與實(shí)際操作的碰撞，有些在頭腦里想的東西很容易被想當(dāng)然，但在實(shí)際操作中卻完全可能是另一種結(jié)果。在這次實(shí)際制作數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的過(guò)程中，一開始我認(rèn)為題目并不是很困難，幾天的時(shí)間就應(yīng)該可以做出來(lái)，但接下來(lái)遇到的問題卻讓我犯了難。語(yǔ)音信號(hào)是交流信號(hào)，而單片機(jī)的AD采集無(wú)法采集負(fù)值；DA的輸出為電流，而放大器無(wú)法直接放大電流；AD采集的數(shù)據(jù)正確但是DA還原后卻偏偏與

76、原信號(hào)對(duì)不上號(hào)...這些問題一股腦全上來(lái)徹底打亂了我的思路，是鄭老師在關(guān)鍵時(shí)刻為我指點(diǎn)迷津。他不厭其煩的通過(guò)我當(dāng)下出現(xiàn)的狀況來(lái)解答我可能出現(xiàn)的的問題，并且指導(dǎo)我一步一步來(lái)進(jìn)行排查，將問題逐個(gè)擊破，這使我的思緒豁然開朗。接下來(lái)我從通信的源頭入手，逐個(gè)排查問題所在，最后終于完成了所有指定功能。</p><p>　　做專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)軟硬件的理解和掌握的要求比較高。在設(shè)計(jì)程序之前就需要我們對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)

77、的了解，首先要知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；其次要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；并且在編寫程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序?qū)懞?，反?fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣。</p><p>　　編寫程序是這次專業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。在這次程序的編寫中讓我深刻體會(huì)到一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在調(diào)試程序過(guò)程中遇到問題

78、是正常的，我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來(lái)并仔細(xì)分析，以免下次再碰到相同的問題。</p><p>　　最后再次感謝老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和其他同學(xué)的熱心幫助，在遇到困難時(shí)，是老師的敬業(yè)精神和專業(yè)素養(yǎng)給了我前進(jìn)的動(dòng)力和解決問題的方向，今后我會(huì)繼續(xù)努力，多與同學(xué)合作，在今后的路上繼續(xù)前行！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

79、　　[1] 于軍，王慶偉，李曉紅. 電工學(xué)實(shí)驗(yàn). 北京：中國(guó)電力出版社，2010.12 </p><p>　　[2] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社， 2006.5 </p><p>　　[3] 徐愛鈞，彭秀華.KeilCx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程與uVision2應(yīng)用實(shí)踐. 北京：電子工業(yè)出版 社，2004.6 </p><p>

80、　　[4] 陳杰．水下數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[M]．哈爾濱工程大學(xué)，2003.1</p><p>　　[5] 李蘭友，韓其睿．?dāng)?shù)字信號(hào)處理單片機(jī)及其應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[6] 付娟．強(qiáng)干擾環(huán)境下數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[M]．中國(guó)計(jì)量學(xué)院，2013.1</p><p>　　[7] 翟玉文．Altera可編程邏輯