基于MCF5213及Zigbee技術實現(xiàn)無線對講系統(tǒng)
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硬件架構(gòu)
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/21444.htmmcf5213處理器
mcf5213是freescale半導體公司coldfire系列嵌入式處理器中一款低成本、低功耗的32位微處理器。它提供了一個電路設計簡單的單片式處理器解決方案，最高可配置256kb高性能、近乎單點接入、隔行掃描的可靠嵌入式閃存。mcf5213具有bga和qfp兩種封裝，主頻最高為80mhz。
mcf521x處理器內(nèi)部集成乘加器 (mac)完成類似dsp的功能，可以實現(xiàn)g.726格式的語音編解碼軟件，碼流低、音效好。同時處理器具有低功耗特性，其內(nèi)部的模塊化時鐘可以在所有運行模式下啟用和停用，內(nèi)部pll電路可以對系統(tǒng)時鐘進行靈活的設置，其最大電流通常不超過1ma/mhz。
圖1為mcf521x系列處理器內(nèi)部架構(gòu)圖，mcf5213內(nèi)置32kb sram、256kb flash。mcf521x處理器的flash 存儲空間以及sram，可以容納mc/os-ii操作系統(tǒng)在片內(nèi)存儲和運行，省去了一般嵌入式系統(tǒng)所需的外圍存儲芯片，簡化了外圍設計電路，也使得系統(tǒng)的整體成本大大降低。
圖1 mcf521x處理器內(nèi)部架構(gòu) 除了處理器內(nèi)置的存儲器外，mcf521x系列處理器還集成了豐富的外設接口，以便于與其他系統(tǒng)的互連。外設包括：三個異步收發(fā)器(uart)、i2c、qspi、gpio、a/d、pwm、can總線等資源。如圖2所示，可方便的擴展其他功能及和外部通訊。
圖2：mcf5213內(nèi)置資源可擴展豐富外設 hhcf5213對講機構(gòu)
基于mcf5213處理器豐富的片內(nèi)資源及低功耗設計，華恒科技提供的hhcf5213-r1 zigbee無線音頻對講系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。
圖3 基于mcf5213及zigbee無線技術的音頻應用系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)構(gòu)成
g.726實時音頻編解碼
簡單的音頻采集回放過程：從麥克風輸入的音頻信號經(jīng)ad轉(zhuǎn)換，在cpu內(nèi)進行g.726的壓縮編碼、解碼后，從pwm口輸出，再經(jīng)一個積分電路、放大電路，輸出音頻信號。如圖4所示。
圖4 音頻回放流程圖 音頻采集由m5213處理器內(nèi)部的ad接口直接支持，無須額外的codec芯片及復雜的電路。音頻采樣率設為8khz，即每隔125us采樣一次；而對一個數(shù)據(jù)點進行g.726的壓縮編碼、解碼所需時間約為80us，所以系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時的g.726壓縮編解碼。
g.726編碼簡單來說就是把16bit的音頻數(shù)據(jù)壓縮為2bit的數(shù)據(jù),解碼則是把2bit的數(shù)據(jù)恢復成16bit的數(shù)據(jù)。目前我們提供的g.726編解碼已經(jīng)做成模塊的形式，直接進行函數(shù)調(diào)用即可，在模塊里進行音頻數(shù)據(jù)的g.726壓縮編解碼。傳入?yún)?shù)為一個指向音頻數(shù)據(jù)的指針，傳出參數(shù)編碼、解碼后的音頻數(shù)據(jù)。將pwm用作d/a口解碼輸出音頻時，需要一個由運放構(gòu)成的積分放大電路。 對講系統(tǒng)軟件采用mc/os-ii嵌入式實時操作系統(tǒng)實現(xiàn)編程，例程從略。
zigbee無線音頻傳輸
zigbee于2004年底通過ieee802.15.4標準，是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線傳輸將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。可以預計zigbee將廣泛應用到包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)用設備控制等領域。 圖5為freescale提供的符合ieee 802.15.4標準的mc13192射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器及系統(tǒng)框圖。mc13192的特性包括：
*根據(jù)ieee 802.15.4標準的zigbee技術；
*全頻譜編碼和譯碼；
*經(jīng)濟高效的cmos設計幾乎不需要外部元件；
*可編程的時鐘，供基帶mcu使用；
*標準的4線spi接口(以4mhz或更高頻率運行)，7條gpio線路；
*可編程的輸出功率，為0 dbm~3.6dbm；
*在分組錯誤率為1%的情況下，其接收靈敏度達到-92dbm(典型值)；
*采用dsss擴頻通信技術，最大速率為250kbps，共有16個信道。
圖5：zigbee系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 zigbee是以一個個獨立的工作節(jié)點為依托，通過無線通信組成星狀、片狀或網(wǎng)狀網(wǎng)絡，因此,每個節(jié)點的功能并非都相同。為降低成本，系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點，從組網(wǎng)通信上，它只是其功能的一個子集，稱為精簡功能設備；而另外還有一些節(jié)點，負責與所控制的子節(jié)點通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設備(也稱為協(xié)調(diào)器)。也就是說，基于hhcf5213-r1系統(tǒng)，可以實現(xiàn)點對點的直接音頻雙向傳輸，也可以通過zigbee的網(wǎng)關來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)和互傳,如圖6所示。
圖6 點對點音頻無線傳輸系統(tǒng)功能框圖 結(jié)語
基于mcf5213處理器和實時操作系統(tǒng)uc/os-ii，以及zigbee無線技術的高可靠性、低功耗的無線連接功能，可用于低碼流音頻、數(shù)據(jù)傳輸。華恒科技可提供有關開發(fā)工具及技術支持。
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