基于IEEE802.1 5.4/ZigBee的語音通信系統

1.3 硬件實現

硬件方案充分利用MSP430片上12位ADC和DAC，從而無需外部語音編碼解碼器件，系統更加精簡。語音傳輸系統的硬件電路如圖2所示。

麥克風放大器及前置低通濾波器電路的工作原理：U1構成的反向放大器提供麥克風放大，其增益由R4和R5決定；R2、R3分壓后為U1提供合適的偏置，R1給駐極體話筒提供偏置電壓，C2阻止直流成分輸入到放大器；一級Sallen-key結構的切比雪夫低通濾波器R8和C5構成一階低通濾波器，用于ADC的反堆疊濾波。后置濾波器由一級Sallen-key結構的切比雪夫低通濾波器、一級RC低通濾波器和一級電壓跟隨器U4構成。三級濾波器的截止頻率彼此稍有錯位，以限制整個濾波電路通帶的紋波。整個電路的截止頻率設置在3 400 Hz，電壓跟隨器用于防止電路從輸出獲得反饋，并提供電流驅動。

在設計音頻部分的電路時，考慮到采樣率為10 kHz，根據奈奎斯特取樣定理，系統的有效取樣頻率Os必須滿足Os≥2ON的規定。在此ON稱為奈奎斯特頻率而ON稱為奈奎斯特率。當采樣頻率小于奈奎斯特頻率時，在接收端恢復的信號失真較大，這是因為存在信號的混迭；當采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時，恢復信號與原信號基本一致。輸入的信號頻率最高不能超過5kHz，在輸入ADC之前必須加一個低通濾波器，將高于5 kHz的信號加以濾除。

2 軟件實現

軟件設計主要是基于MSP430F168與CC2420之間的SPI通信。通過設計單片機的SPI寄存器來驅動CC2420，進而設置和讀取射頻芯片的寄存器值，實現相應的發送和接收功能。

2.1 系統功能實現

遠程端對語音數據進行A/D轉換并打包發送。為實現語音實時通信，應盡量減少幀間等待時間，以提高有效數據率。為達到最大傳輸效率，理論上應使用最大載荷打包，但較長的數據幀也更容易被外界干擾信號破壞，同時也增加了語音遲延。綜合考慮濾波器的截止頻率以及CC2420的節點傳輸速度，A/D轉換采用10 kHz的采樣頻率，8位分辨率。MSP430的主頻為8 MHz，ADC將其8分頻，單通道單次轉換。定時器B與其時鐘同步，每50μs產生一次中斷。每兩次中斷進行一次轉換，并將數據讀出取高8位。ADC一次采樣84個8位信號為一個數據包，這個數據包在被RF發送出去之前由協議棧自動加上一個12Byte的包頭。由于CC2420傳送速率為250kbit·s-1，所以每傳送一個數據包耗時約3.072ms。

近程端將接收到的語音采集數據進行還原。D/A轉換時鐘設置與A/D轉換同步。并且也采用10 kHz的頻率。用單片機的定時器A模塊，每100μs產生一次中斷，在中斷中進行一次D/A轉換。一個ADC的輸入緩沖區或一個DAC的輸出緩沖區的大小為84Byte。裝滿這些緩沖區需要8.4 ms。系統流程圖如圖3所示。