基于CC1101RTKR的无中心数字对讲机设计

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       CODEC实现语音信号的采样、模／数转换、编码后传输给DSP进行信号调理包括滤波压缩等。在接收节点，则接收DSP传来送的信号，数模转换后还原成模拟语音信号，由于此时的信号比较微弱，加入音频功率放大器MAX4368放大，再输出至扬声器。CODEC选用TI公司的TLV320AIC23BIPWR(以下简称AIC23B)，与DSP的McBSP模块实现无缝连接，串行传输数据；而DSP通过I2C总线初始化AIC23B。该系统采用主从模式，AIC23B 工作在主模式下，向DSP传送收发数据所需的时钟和帧同步信号。

       该系统采用1 M×16 bit的Flash以解决上电复位后DSP程序加载问题，需要20根地址线，但DSP的PGE封装仅引14根地址线，因而使用CPLD映射到DSP的一个CE空间以扩展地址。

       从DSP出来的语音信号经由MCU控制到达射频模块，加入前导冗余同步码等构成帧后经交织发射。CC1101RTKR是一款高性价比的单片UHF收发器，为低功耗无线电应用而设计。它是CC1100器件的加强升级版，灵敏度更高，功耗更小，带宽更大。MSP430F149IPMR与CC1101RTKR采用SPI方式通信，MSP430F149IPMR工作在主模式，使用USART1模块，3线模式，CC1101RTKR从模式，工作在403～425 MHz频段内。射频模块电路如图3所示。

 

       射频模块布线是整个系统PCB板设计的中核心。外围器件最好选用体积小的贴片元件，滤波电容尽可能接近器件引脚布置，这样滤波效果会更好。尽可能将数字电路远离射频电路，因为数字电路存在陡峭的上升下降沿，所以DSP和MCU都是射频电路的巨大噪声源。也可以考虑使用金属屏蔽罩，虽然该办法存在很多缺点，但仍然非常有效，而且在很多时候是隔离关键电路的唯一办法。虽然CC1101RTKR的使用手册给出了外围器件的详细参数，但实际应用中，很多时候阻抗匹配仍然需要重新测量计算，也要调整相应器件的参数。比如接地电容，由于PCB板存在分布电容，实际使用的电容要比推荐的略小一些。整个PCB板最好采用统一接地方式。虽然数字地会干扰射频地和模拟地，但是若分开成3部分，最终总是有些高速信号线要穿过这些分开的接地点。

       为了提高系统稳定高质量的能源和准确的脉冲信号。CC1101RTKR单独使用了27 MHz的无源晶体振荡器，MCU则采用8 MHz，DSP与AIC23B共同使用一个12 MHz晶体振荡器，DSP再用软件设置为144 MHz。此时，DSP需要的内核电压为1.35 V，外围电压为2．7～3．6 V，AIC23B需要1．5 V，其他器件工作在3.3 V。所以系统电源将采用5 V供电，然后用LDO稳压器，分别降成各个器件所需的电压。

 

系统软件设计

 

       系统软件设计包括MCU和DSP两部分。MCU部分包括各硬件驱动程序和各硬件间的协调调度，以及通信协议程序；DSP的主体是语音处理算法的设计。这里主要讨论MCU程序设计。

       CC1101RTKR拥有卓越的数据包处理能力。发送时，只需简单设置寄存器，当用户往CC1101RTKR内的TXFIFO写入数据后，器件自动在数据包内增加前导字节(长度可控)，同步信息，CRC16校验，并根据寄存器设置将FIFO内写入的头两个字节数据标志为长度信息(此功能可选)和地址信息(可选)。接收状态下，器件自动侦测前导码，同步码，地址信息和计算并比较CRC16。此外，CC1101RTKR还支持变长数据包格式和交织功能。这些原本需要复杂算法和巨大运算量和存储空间的功能由硬件支持，MCU的编程难度大大降低，其负荷也大为减轻。

       程序采用中断程序+循环主程序的方式。将最紧急需要立即处理的事件，设置为高优先级中断，以便在多个中断同时申请中断时能够优先得到响应。中断2～6分别是MCU与DSP和CC1101RTKR的数据收发及键盘信号监测。由于MSP430的速度很快，其他事件的处理都放在主程序中，循环执行。为了节省能量，若无外部信号要处理，主程序循环一段时间后，系统转入低功耗模式中。MCU程序的开发环境为IAR Systems，采用汇编语言编写。图4为系统软件设计流程。

CC1101RTKR编程要点

 

       CC1101RTKR的寄存器众多，包括状态寄存器将近80个，若手动配置容易出错，因此Chipcon公司提供了SmartRF Studio射频仿真软件。该软件可根据程序员的需求(包括频率，速率，调制方式，等)自动给出一组最佳的寄存器配置参数，若与TI公司的相关评估板联用，还可以对射频器件的PLL回路的晶体振荡器选择，频道间隔，分频，调制，数据格式，数据比率，RF射频功率输出进行仿真。用以评价RF PCB的层设计是否符合射频设计规范。使无线电系统设计人员在没计早期阶段就能准确轻松评估RFIC，加快电子系统开发。但需要注意的是：CC1101RTKR器件处于idle状态时才能对寄存器进行配置。CC1101RTKR的数据接口与控制接口复用。传输数据或命令主要依靠访问不同寄存器进行区别，地址与命令／数据则是依靠时序区别。

       CC1101RTKR有2个64字节FIFO，一个接收数据(RX FI-FO)，另一个发送数据(TX FIFO)。FIFO控制器能侦测RXFIFO是否上溢和TX FIFO是否下溢。但是写FIFO时，MCU必须控制TX FIFO是否产生溢出；读RX FIFO时，MCU也必须避免读空值，这些错误CC1101RTKR都无法侦测到。

 

结束语

 

        针对传统模拟对讲机仅单工通信和频谱利用率不高的缺限，提出一种基于CC1101RTKR的无中心数字对讲机设计方案，该设计方案可应用于抢险、救灾、野外作业等缺乏基础通信设施的环境。射频模块电路设计是方案中的重点，无论是仪器测得的参数还是反复实地测试都表明射频部分的电源、接地和阻抗匹配不仅极大影响通信距离也密切关系通信质量。由于未使用功率放大器和所用天线增益较低(2 dB)，该系统的实际通信距离与当今主流模拟对讲机相比尚有差距，但该设计方案仍对对讲机的数字化研究工作有一定参考价值。

本文来源：http://www.ameya360.cn/resource/ ... ;tid=793&extra=

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