數(shù)字多路語言通信系統(tǒng)課程設(shè)計(基于單片機)

1、<p>　　信控學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書</p><p>　　數(shù)字式多路語音通信系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　學(xué)生學(xué)號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級： </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)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p>　　數(shù)字式多路語音通信系統(tǒng)設(shè)計</

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)計目的</b></p><p>　　1. 熟悉Keil uVision開發(fā)軟件 及Protel DXP電路設(shè)計軟件的使用；</p>&

4、lt;p>　　2. 掌握C8051F410單片機體系結(jié)構(gòu)及C語言程序設(shè)計方法；</p><p>　　3. 掌握語音采集和語音放大電路的設(shè)計方法；</p><p>　　4. 掌握語音信號的數(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)計任務(wù)及要求</b></

5、p><p>　　要求設(shè)計數(shù)字式多路語音通信系統(tǒng)，實現(xiàn)多路語音通信。具體指標(biāo)如下：</p><p>　　1. 語音采集輸入信號：0～2.5V信號；</p><p>　　2. 語音輸出信號：驅(qū)動8Ω揚聲器；</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)計內(nèi)容</b></p><p>　　1. 設(shè)計語音采集輸入電路； </p><p>　　2. 語音放大電路； </p><p>　　3. 設(shè)計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)計說明書。</p><p>　　六、設(shè)計時間及進(jìn)度安排</p><p>　　設(shè)計時間共三周,具體安排如下表：</p><p>　　七、指導(dǎo)教師評語及學(xué)生成績</p><p><b>　　目 錄</b></p&

8、gt;<p>　　專業(yè)綜合設(shè)計任務(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)字式信號通信3</p><p>　　1.3.1通信信號的分類：3</p><p>　　1.3.2 數(shù)字信號的優(yōu)點：3</p><p>　　1.4 通訊方式簡介4</p><p>　　1.4.1 串口通信的選擇4</p><p>　　1.4.2 串口通信實現(xiàn)設(shè)

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

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

12、;　　第3章 程序設(shè)計方案12</p><p>　　3.1 程序設(shè)計簡介及流程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)模信號轉(zhuǎn)換程序設(shè)計15</p><p>　　3.3.1 AD程序設(shè)計15</p><p>　　3.3.2 DA程序設(shè)計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)計任務(wù)為將傳統(tǒng)語音通信系統(tǒng)的信道傳輸方式由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并實現(xiàn)一對一，一對多的語音信號傳輸。系統(tǒng)通過ADC采集語音模擬信號，主控芯片接收采集到的AD碼，加入發(fā)送目的地址后，通過串口通信將采集到的AD碼數(shù)字信號發(fā)送到指定地址的其他從芯片中，其他

15、芯片接收到數(shù)字信號后，去掉發(fā)送地址再由DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。最后經(jīng)放大器將還原后的模擬信號放大輸出到揚聲器中實現(xiàn)數(shù)字試多路語言通信系統(tǒng)。經(jīng)多次調(diào)試后可將所傳輸?shù)哪M信號大致還原，與原信號相差微小。</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)語音通信系統(tǒng)的信道傳輸方式由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并實現(xiàn)一對一，一對多的語音信號傳輸。設(shè)計采用C8051F40單片機主控，MAX485芯片串口通信，數(shù)碼管顯示，獨立按鍵控制發(fā)送數(shù)字信號，LM386芯片進(jìn)行功率放大。系統(tǒng)設(shè)計簡潔，實際投入成本低，效果好，可將其應(yīng)用在水下，礦場，車間等對模擬信號干擾強的工作場所。</p><p>　　圖1-1 C8051F410芯片原理圖</

17、p><p>　　1.2 主控模塊設(shè)計</p><p>　　由于本次設(shè)計理論所需外圍器件較多，且對CPU速度要求不高，操控簡單，經(jīng)考慮本次主控系統(tǒng)采用C8051F410單片機作為主控芯片。</p><p>　　C8051F41x器件是完全集成的低功耗混合信號片上系統(tǒng)型MCU。其特點有：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存儲器；2304字節(jié)片內(nèi)RAM；硬件實現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口；4個通用的16位定時器；具有6個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA）；硬件實時時鐘（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個端口I/O。綜上所述C8051F410器件是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。</p><p>　　主控芯片實物圖及原理圖見圖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單片機作為系

20、統(tǒng)主控芯片，用該單片機進(jìn)行以下功能</p><p>　　模擬信號的采集，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。</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，并

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

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

23、二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號。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)字信號的優(yōu)點：</p><p>　　1.抗干擾能力強、無噪聲積累。在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進(jìn)行放大，信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大。隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴(yán)重惡化。

24、對于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過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，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，所以可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。</p><p>　　2.便于加密處理。信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾?，?shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運算進(jìn)行

25、加密、解密處理。</p><p>　　3.便于存儲、處理和交換。數(shù)字通信的信號形式和計算機所用信號一致，都是二進(jìn)制代碼，因此便于與計算機聯(lián)網(wǎng)，也便于用計算機對數(shù)字信號進(jìn)行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護(hù)實現(xiàn)自動化、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，所以各國都在積極發(fā)展數(shù)字通信。近年來，我國數(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 通訊方式簡介</p><p>　　隨著當(dāng)今數(shù)字通信的優(yōu)點越來越顯著，數(shù)字通信已在社會得到廣泛的使用，同時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>　　串口是計算機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)計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設(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，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)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米。</p><p>　　1.4

29、.2 串口通信實現(xiàn)設(shè)計</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。</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的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，就是指波特率，例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是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：衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是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）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，

32、術(shù)語“包”指任何通信的情況。</p><p>　　c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(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，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。</p><p>　　設(shè)計系

33、統(tǒng)時出于簡潔方便的設(shè)計理念，并未采用奇偶校驗位。不過后期需要可以補充加入奇偶校驗位。</p><p>　　第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)清晰，所有部分均可獨立模塊化制作，所用硬件簡單常用，可靠性高，可實際投入生產(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</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)計中放大電路提出了兩種方案：</p><p>　　方案1：運用NE5532運放芯片搭建運放電路。</p><p>　　NE5532是高性能低噪聲

35、雙運算放大器（雙運放）集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點。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)燒友們譽為“運放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運放之一。</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、點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。</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)計需要，經(jīng)多次實踐比較，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)計采用LM386運放芯片搭建運放電路。</p><p>　　2.2.2 LM386實際設(shè)計</p><p>　　由于DA輸出最大電流為2mA，若用其他運放來搭建大多對電壓放大效果名顯，卻對本設(shè)計的微小電流放大不明顯，利用LM386搭建輸出放大電路可對小電流明顯放大，并且達(dá)到外圍器件簡單，小信號放大效果好等顯著優(yōu)點。</p><p>　　盡管LM386的應(yīng)用非

39、常簡單，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）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。在實際操作時應(yīng)注意以下3點：</p><p>　　1、通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變增益，斷開時增益為20。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會帶來好處--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，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，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。它與揚聲器負(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；太低還會使截止頻率（fc=1/(2π*RL*Cout)）提高。分別測試，發(fā)現(xiàn)1

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

42、，在這個過程中就要用到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，功能越來越強大。鑒于本次設(shè)計采用C8051F410單片機作為主控芯片，而處理信號又為音頻小信號，故最終決定采用片內(nèi)集成的12位 ADC/DAC來實現(xiàn)本次設(shè)計的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)實際測試轉(zhuǎn)換效果好，成本低，速度快.。</p><p>　　2.3.1 ADC設(shè)計</p><p>　　模

43、數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(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)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。&l

44、t;/p><p>　　C8051F410的ADC0子系統(tǒng)集成了一個27通道的模擬多路選擇器（AMUX0）和一個200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測器和硬件累加器。。AMUX0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件通過特殊功能寄存器來配置（見框圖5.1）。ADC0輸入為單端方式，可以被配置為用于測量P0.0 ~ P2.7、溫度傳感器輸出、VDD或GND（相對于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，ADC0子系統(tǒng)才被使能。</p><p>　　本次設(shè)計采用C8051F410單片機內(nèi)部12位ADC0，經(jīng)配置后由P0.2雙向I/O口采集模擬信號，實際用到高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</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱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個部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運算放大器、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）中的對應(yīng)位來分別使能或禁止IDAC。當(dāng)兩個IDAC都被使能時，它們的輸出可以分別連到不同的引腳或合并到一個引腳。當(dāng)IDAC被使能時，內(nèi)部的帶隙偏置發(fā)生器為其提供基準(zhǔn)電流。可以用軟件命令、定時器溢出或外部引腳邊沿觸發(fā)IDAC更新。 </p><p>　　本次設(shè)計采用C8051

48、F410單片機內(nèi)部12位DAC0，經(jīng)配置后由P0.1雙向I/O口輸出模擬信號，實際將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</p><p>　　本次設(shè)計中，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。在此對直

49、流穩(wěn)壓電源進(jìn)線設(shè)計討論。</p><p>　　2.4.1設(shè)計方案論證與選擇</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)計方案：</p><p>　　方案一：線性電源（Linear power supply）是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過整流電路整流后，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)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。線性電源主回路的工作過程是輸入電源先經(jīng)預(yù)穩(wěn)壓電路進(jìn)行初步交流穩(wěn)壓后,通過主工作變壓器隔離整流變換成直流電源,再經(jīng)過控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對線性調(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：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，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)計使用線性電源。</

53、p><p>　　2.4.2 設(shè)計實物圖</p><p>　　設(shè)計中本組采用一組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)計電源原理圖</p

54、><p>　　圖2-8 電源實物圖</p><p>　　第3章 程序設(shè)計方案</p><p>　　3.1 程序設(shè)計簡介及流程</p><p>　　本設(shè)計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，最后實現(xiàn)語音信號的實時數(shù)字化傳輸。經(jīng)多次編寫、改動及調(diào)試后，與硬件部分匹配可實現(xiàn)設(shè)計要求的所有功能。</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值讀取將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存入寄存器，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)運行程序，若否直

56、接繼續(xù)運行程序。繼續(xù)運行判斷本機是否接收到數(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，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)計所有程序執(zhí)行過程，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>　　通信程序為本程序的重點所在，語音信號傳輸?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，分別有四個地址：00、01、10、11，理論上可實現(xiàn)4臺機器之間的通信，實際本次設(shè)計用了前三個地址實現(xiàn)3臺機器之間的通信，經(jīng)調(diào)試后完全可以互相實現(xiàn)語音通信。</p><p>　　3.2.2 通訊程序段</p>

63、;<p>　　發(fā)送時將地址位賦值到發(fā)送幀的后兩位： SBUF0=adr+(0xfc&tvalue);</p><p>　　讀取時將地址位通過接收數(shù)據(jù)從后兩位解析出來：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)模信號轉(zhuǎn)換程序設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計采用410內(nèi)部ADC/DAC,所有模數(shù)互換過程都由向410單片機寫入控制住通過編程完成操作，現(xiàn)在在此簡單說明AD/DA程序。</p><p>　　3.3.1 AD程序設(shè)計

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)若不正確便無法實現(xiàn)準(zhǔn)確的通信，在此運用410內(nèi)部12位ADC，采用其高6位量化值，通過給AD0BUSY寫1的方式發(fā)送。經(jīng)實際測試轉(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</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，再通過為IDA1H賦值的方式啟動DA轉(zhuǎn)換。其中注意對齊方式的問題，經(jīng)本組實際測試運用右對齊的方式給DA低位賦值時才能得到正確數(shù)據(jù)。經(jīng)實際測試轉(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DA轉(zhuǎn)換</p><p><b>

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

74、在大四以前對所學(xué)課堂知識的綜合應(yīng)用，在做綜合設(shè)計的過程也是我們對理論進(jìn)行深化和重新認(rèn)識的過程，它也是一次可以讓我們學(xué)到更多東西的實踐活動。在專業(yè)設(shè)計的過程中我們的學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力都得到了提升，而這些實實在在的能力是我們在書本和課堂中學(xué)不到的。在大伙制作專業(yè)設(shè)計的過程中我們的團結(jié)合作能力是成功做出設(shè)計所必不可少的，與大伙一起探討的過程中深深讓我理解了團體力量的強大，相信這些體會在以后的學(xué)習(xí)生活中會讓我受益無窮。</p>

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

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

77、的了解，首先要知道該單片機內(nèi)有哪些資源；其次要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；并且在編寫程序時，不能妄想一次就將整個程序?qū)懞?，反?fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(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)計的重點所在。在這次程序的編寫中讓我深刻體會到一個程序的完美與否不僅僅是實現(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我的悉心指導(dǎo)和其他同學(xué)的熱心幫助，在遇到困難時，是老師的敬業(yè)精神和專業(yè)素養(yǎng)給了我前進(jìn)的動力和解決問題的方向，今后我會繼續(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)實驗. 北京：中國電力出版社，2010.12 </p><p>　　[2] 童詩白，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單片機高級語言編程與uVision2應(yīng)用實踐. 北京：電子工業(yè)出版 社，2004.6 </p><p>

80、　　[4] 陳杰．水下數(shù)字語音通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(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)字信號處理單片機及其應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[6] 付娟．強干擾環(huán)境下數(shù)字語音通信系統(tǒng)的設(shè)計與研究[M]．中國計量學(xué)院，2013.1</p><p>　　[7] 翟玉文．Altera可編程邏輯