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DMR通信協議與數字對講機基帶模塊設計

2013-11-12 23:32:54  來源: 嵌入式開發 
引 言
   
隨著嵌入式技術的發展單片機DSParm等處理器已經廣泛應用於通信行業尤其是在無線通信領域更是有其不可替代的作用本設計中所用的核心器件MSPFG是TI公司推出的MCUTMSVC(簡稱VC)是TI公司的系列DSP而語音編解碼芯片AMBE一也是以DSP為內核的
    無線對講機由於具有即時通信經濟實用成本低廉使用方便以及無需通信費等優點因此廣泛應用在民用緊急事件處理等方面尤其在緊急事件處理以及沒有手機網絡覆蓋的情況對講機更加顯示出它的不可取代的地位如今模擬對講機仍然占據絕大部分的市場但是由於數字通信可以提供更豐富的業務種類更好的業務質量保密特性和連接性以及更高的頻譜效率因此數字對講機的研究生產和使用是與時俱進的符合信息化數字化發展的必然趨勢DMR(Digital Mobile Radi數字移動無線電)協議是歐洲電信標准協會(ETSI)於年所提出的一種新型的數字集群通信協議具有很好的發展前途

   DMR通信協議的簡要介紹
    DMR協議使用一種雙時隙TMDA接入的方式每個突發個時隙每個時隙 ms其中每個時隙都有 ms的保護時間DMR協議結構遵守一種普通的分層結構這種結構適用於描述參考資料和說明分層的通信結構DMR標准定義了一種模型草案把模型分成如圖所示

  

   整體設計及系統工作原理
    DMR數字對講機的基帶模塊硬件整體設計原理框圖如圖所示

  整個基帶系統的核心器件為信號處理器件和控制器件其中信號處理器件選擇TI公司的DSP芯片VC控制器件為TI公司的MSPFG單片機
    DSP的主要功能自然是數字信號的處理本設計中VC實現信令編解碼語音數據的收發(與AMBE一)的通信幀同步FSK調制解調等功能
    MCU是整個系統的控制中心人機接口(鍵盤顯示)與MCU直接相連MSPFG實現與射頻模塊的通信(包括基帶信號發送接收射頻頻點控制信道檢測等)DMR協議的高層控制(信令)人機接口互通等功能MSPFG是TI公司推出的一種超低功耗的位單片機口具有豐富的片內外圍資源有豐富的定時器各類串口顯示驅動AD/DA等功能通用端口也可對位進行操作
    語音編解碼器件為AMBE一內核其實也是DSP它是一種采用MBE(AMBE)算法的高性能多速率語音編解碼芯片用於實現對數字語音數據的編碼及解碼其編解碼速率可以硬件軟件控制根據DMR協議的需要以及AMBE一的特點編解碼速率選擇為kbps與AMBE一相連的AD/DA轉換器選擇為AD其兼容性非常好廣泛用於完成語音信號的模擬/數字互相轉換MSPFGFG自帶的AD/DA與射頻接口相連完成最終基帶信號的數字/模擬相互轉換
    信令與語音的通信機理是不一樣的信令發送端由人機接口發起通過MCU組幀送往DSP編碼再交由MCU進行D/A轉換經射頻模塊發送出去接收端的信號經過MCU的A/D轉換後送往DSP進行解碼解碼成幀後送往MCU進行處理而語音的編解碼完全由AMBE一來實現經過DSP中轉由MCU進行發送或接收

   關鍵模塊電路連接原理
MCU與DSP之間的連接
   
由於VC具有增強主機接口(EHPI)因此可以直接將主機接口的相應引腳與MCU相連其中HINT為送往主機的中斷必須為MCU中具有中斷功能的通用I/O口設計中選擇P其他引腳可以為一般的GPIO其電路連接原理圖如圖所示

  

  HCS為片選信號始終有效HMODE為復用/非復用選擇信號低電平為復用模式HlBE和HBE用來選擇高的字節數據有效本設計中接地表示高低字節均有效(位)HR/W確定HPI的讀/寫模式HCNTLHCNTL聯合用來確定主機訪問HPI的哪個寄存器地址寄存器HPIA數據寄存器HPID控制寄存器HPICHRDY為從機(DSP)數據准備好信號HINT用於從機(DSP)中斷主機(MCU)
    MCU可以通過與HPI相連的相應引腳直接訪問DSP的片內RAM是一種DMA模式而無需DSP參與真正體現了主機一從機模式在主機訪問從機片內資源時從機可以獨立地執行其他任務主機需要從機響應時(有信令發往DSP)MCU可以通過訪問DSP的主機控制寄存器HPIC的特定位來向DSP發送一個中斷從機DSP需要主機響應時(向MCU發送信令)也可以通過HINT引腳來中斷主機實驗證明這種連接方法方便有效可以實現無差錯通信
DSP與AMBE一的連接
    VC與AMBE一之間可以方便地通過多通道緩沖串口(McBSP)來連接而AMBE一的數據准備好信號EPR應該連到DSP的一個外部中斷INT
    這部分的電路連接如圖所示

  

  設計中AMBE一采用主動模式因此AMBE一的發送幀同步信號(CHAN_TX_STRB)由自己提供其他的時鐘均由DSP提供串口時鐘頻率應當低於 MHz
AD/DA功能
    在前期的設計中AD/DA功能是使用專門的芯片來實現的與DSP相連但是由於DSP資源緊張再加上成本的考慮決定使用MSPFG自帶的AD/DA功能來實現其中MSPFG的ADC和DAC都是位的路ADC通道和路DAC通道采樣參考電壓采樣率采樣觸發信號

  采樣模式等都很豐富可以軟件編程控制因此使用MCU自帶的AD/DA功能是一個既方便又實用的方法

   軟件簡要總體設計
   
由於分為信令線和語音線這兩條線因此軟件設計也應圍繞這兩條線分別設計協議的底層部分由VC來完成主要實現信令的編碼/解碼FSK調制解調幀同步以及時隙高層部分則完全是在MCU中實現的
    明確了兩條線體現出模塊化的思路有助於軟件的實現底層模塊完全在VC之中完成而高層模塊則在MSPFG中實現VC與MSPFG的開發工具分別為CCS和IAR均可以使用C語言來編寫另外IAR還可以使用C++語言來編寫因此軟件編寫就不會顯得陌生

  結 語
    實驗證明本文所提供的設計方案是可行的並且在之前的設計方案基礎上進行了比較大的簡化本文的創新點在於使用新型通信協議DMR並在其基礎上設計了一種數字對講機的整個基帶模塊本文的DMR數字對講機基帶模塊設計為我國的數字對講機領域的研發提供了一種新的思路和方法相信DMR協議以及在此基礎上的數字對講機行業必將蒸蒸日上


From:http://tw.wingwit.com/Article/program/qrs/201311/11077.html
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