摘要：基于射頻收發器CC1101，單片機(MCU)MSP430F149和DSP TMS320VC5509A，設計了一種無中心數字對講機。詳細介紹了系統的設計方案及各個模塊的器件選型和電路設計，MCU部分的軟件設計以及CC1101的編程要點。
關鍵詞：無線通信；數字對講機；CC1101；MSP430F149

1 引言
對講機在諸多行業領域廣泛應用。雖然模擬對講機現今仍壟斷市場，但數字通信以其更豐富的業務種類，更好的業務質量、保密性和連接性，尤其可提高頻譜效率，更有效利用寶貴的頻譜資源，因此對講機數字化是大勢所趨。這里介紹一種基于CC1101射頻器件的數字無線對講機的語音通信技術。

2 整體設計方案
雖然提供包含圖像、文字、語音的綜合業務是未來對講機的發展趨勢，但鑒于對講機的數字化研究尚處于起步探索階段，而且語音傳輸仍是對講機最廣泛最重要的作用，該系統設計的核心是經語音數字化處理后通信更安全可靠，話音更清晰。此外，由于業界至今尚無統一的標準和法規，系統應留存一定的擴展和變換空間，以適應新的變化和進一步研究的需要。
得益于微電子技術的長足進步和快速發展，射頻電路的靈敏度不斷提高，無線接收機在相應的發送設備不工作時也會有數據解調輸出，因而無線通信系統中有必要使用數據幀分組傳輸數據。還需要使用幀同步技術保證通信系統能從混亂的數據中識別合法的數據幀。由于在無線通信系統中存在干擾、噪聲、多徑、衰落等現象，使得無線通信信道在傳輸數字信息時經常出現誤碼，為此，常采用信道編碼技術，在幀中增加校驗碼元。在無線通信中，最常用的是CRC16，它可以糾正一定程度的隨機錯誤，但卻沒有能力糾正突發差錯的能力，需要用交織編碼的方法使其變成交錯碼。
此外，為保證通信的可靠性，還需要合理設置幀的長度。幀長與編碼方式有關，曼切斯特編碼時不要超過256字節，若采用其他方式，則不要超過64字節。采取短幀方式通信有利于降低干擾，但幀太短又會增加開銷，降低效率。此外，幀的長度還受硬件系統限制，如處理器的處理能力、緩沖、天線帶寬等。綜合各方面因素，這里采用圖1所示數據幀格式。由于語音信號一般比較微弱，根據Mu／A律編碼規則，容易出現長連“1”或長“0”情況。若出現這種情況，由于長時間不出現“0”點，接收端的本地同步信號的相位會逐漸漂移，甚至失步。若采用變換歸零或重新編碼的方式，又有可能降低系統抗干擾能力或頻帶利用率。為此，需要采用擾碼技術，消除長“1”長“0”。

為了實現一對一雙丁通話和一對多的廣播，該系統采用時分雙工(TDD)方式，分成接收和發送兩個時隙，保留1．5 ms時間作為射頻部分的收發轉換保護。

3 系統硬件設計
使用微處理器，通過軟硬件的配合實現設計功能；采用基于CC1l01的設計方法，根據需求定義其內部邏輯和引腳；運用“白頂向下”和“模塊化”的理念，是現代電子系統設計的特點。因而，該系統采用DSP處理語音數據，使用MCU以彌補DSP控制上的缺憾，采用優秀設計的射頻器以降低軟件復雜度和MCU的負荷。系統邏輯框架如圖2所示。系統由射頻模塊、語音處理模塊、MCU模塊、人機接口模塊和電源模塊組成。系統主處理器負責所有設備控制、任務調度、功能協調、通信協議控制。該系統采用TI公司的MSP430F149，該器件擁有60 KB的Flash ROM和2 KB的SRAM。人機交換模塊是連接使用者與系統的橋梁，指示系統工作狀況，接收使用者的指令。語音處理模塊的語音信號經麥克風進入A／D轉換器，經采樣量編程數字信號，傳輸至DSP，實現數字濾波和壓縮。語音處理器選用TI公司的TMS320VC5509A，與經典的C54x相比，其綜合性能提高5倍，而功耗卻僅為C54x的1／6。其工作頻率高達200 MHz，具有3個McBSP，64 KB的DARAM和192 KB的SARAM。DSP與MCU間采用SPI通信方式，DSP的McBSP1接MCU的USART1，MCU主模式，DSP從模式。SDRAM采用HY57V641620，具有4 M×16 bit容量，工作頻率為72 MHz，內核速率為DSP一半，與DSP的EMIF可直接無縫連接。

CODEC實現語音信號的采樣、模／數轉換、編碼后傳輸給DSP進行信號調理包括濾波壓縮等。在接收節點，則接收DSP傳來送的信號，數模轉換后還原成模擬語音信號，由于此時的信號比較微弱，加入音頻功率放大器MAX4368放大，再輸出至揚聲器。CODEC選用TI公司的TLV320AIC23B(以下簡稱AIC23B)，與DSP的McBSP模塊實現無縫連接，串行傳輸數據；而DSP通過I2C總線初始化AIC23B。該系統采用主從模式，AIC23B 工作在主模式下，向DSP傳送收發數據所需的時鐘和幀同步信號。
該系統采用1 M×16 bit的Flash以解決上電復位后DSP程序加載問題，需要20根地址線，但DSP的PGE封裝僅引14根地址線，因而使用CPLD映射到DSP的一個CE空間以擴展地址。具體連線方式請參看文獻[5]。
從DSP出來的語音信號經由MCU控制到達射頻模塊，加入前導冗余同步碼等構成幀后經交織發射。CC1101是TI公司一款高性價比的單片UHF收發器，為低功耗無線電應用而設計。它是CC1100器件的加強升級版，靈敏度更高，功耗更小，帶寬更大。MSP430F149與CC1101采用SPI方式通信，MSP430F149工作在主模式，使用USART1模塊，3線模式，CC1101從模式，工作在403～425 MHz頻段內。射頻模塊電路如圖3所示。