第I頁基于nRF24Z1的數(shù)字無線話筒設(shè)計摘要無線數(shù)字音頻傳輸技術(shù)是指利用無線電波作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，一切以?shù)字化音頻為處理對象的操作技術(shù)。它是利用將語音信息調(diào)制到載波頻率上發(fā)射，實現(xiàn)發(fā)送端與接收端的通信。其涉及到模擬電子技術(shù)、信息技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域。也通過無線音頻傳輸系統(tǒng)，簡單控制遠(yuǎn)端設(shè)備的運行情況以及實現(xiàn)兩端之間的語音傳輸。隨著無線音頻技術(shù)越來越成熟，越來越多的公共場合如大型會議室、教室等程系統(tǒng)采用了此技術(shù)。與有線音頻傳輸相比，無線音頻傳輸具有成本低、安裝簡便、便于移動等優(yōu)點。本次所設(shè)計的數(shù)字無線話筒以低成本、設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單為目標(biāo)，對目前的射頻芯片、音頻芯片和微控制器進(jìn)行篩選比較，以低功耗為首選，給出基于nRF24Z1數(shù)字無線話筒的硬件結(jié)構(gòu)及軟件實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：nRF24Z1，短距離通信，無線傳輸，數(shù)字音頻第II頁designofthedigitalwirelessmicrophonesBasedonnRF24Z1Author:Tutor:AbstractWirelessdigitalaudiotransmissiontechnologyistheuseofradioasamediumfordatatransmission,allindigitalaudiotechnologytodealwithobjectmanipulation.Itistheuseofthevoicemessagetothecarrierfrequencymodulatedtransmitter,thetransmitterandreceivertoachievecommunication.Itrelatestotheanalogelectronics,informationtechnology,andnetworktechnologyandotherdisciplines.Alsothroughwirelessaudiotransmissionsystem,asimpleremotecontroloperationofdevicesandtherealizationofvoicetransmissionbetweenthetwoends.Aswirelessaudiotechnologybecomesmoremature,moreandmorepublicplacessuchaslargemeetingrooms,classroomsandotherprocesssystemusingthistechnique.Comparedwithwiredaudiotransmission,wirelessaudiotransmissionwithlowcost,easytoinstall,easytomoveandsoon.Thedigitalwirelessmicrophonedesignedisforlowcost,simpledesigngoalofthecurrentradiofrequencychips,audiochipsandmicrocontrollerswerescreenedcomparedtothepreferredlowpowerconsumptionisgivenbasedondigitalwirelessmicrophonehardwarenRF24Z1Structureandsoftwareimplementation.Keywords:nRF24Z1Short-distancecommunicationWirelessDigitalAudio第III頁目錄1.緒論.11.1研究課題的現(xiàn)狀與前景.11.2此次課題研究的內(nèi)容.12.短距離無線語音傳輸系統(tǒng)簡介.32.1短距離無線語音傳輸系統(tǒng)原理.32.2研究短距離無線語音傳輸?shù)囊饬x.33.NRF24Z1芯片功能結(jié)構(gòu).43.1無線音頻系統(tǒng).43.2音頻發(fā)射器（ATX）.43.2.1音頻輸入接口.53.2.2控制接口.53.2.3直接數(shù)據(jù)輸入引腳.53.2.4中斷輸出.63.3音頻接收器（ARX）.63.3.1音頻輸出接口.73.3.2音頻控制接口.73.4nRF24Z1音頻數(shù)據(jù)傳輸射頻協(xié)議.74基于NRF24Z1數(shù)字無線話筒設(shè)計.104.1數(shù)字無線話筒系統(tǒng)分析及設(shè)計.104.2發(fā)射模塊設(shè)計.104.2.1發(fā)射模塊電路設(shè)計.104.2.2發(fā)射模塊主程序設(shè)計.124.2.3發(fā)射模塊部分控制程序設(shè)計.124.3接收模塊設(shè)計.134.3.1接收模塊電路設(shè)計.13第IV頁4.3.2接收模塊主程序設(shè)計.144.3.3接收模塊控制部分設(shè)計.154.4系統(tǒng)調(diào)試及性能測試.154.4.1硬件調(diào)試.154.4.2軟件調(diào)試.164.4.3性能測試.164.4.4測試結(jié)果.16結(jié)論.18致謝.19參考文獻(xiàn).19附錄.20附錄A.21附錄B.26第1頁1.緒論隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線音頻傳輸技術(shù)應(yīng)運而生，其應(yīng)用也越來越被各行各業(yè)所接受。其設(shè)備安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價比高等特性使得更多行業(yè)的系統(tǒng)采用無線傳輸方式，建立發(fā)送端與接收端之間的連接。目前無線音頻傳輸系統(tǒng)己經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，成為計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域、工業(yè)通信領(lǐng)域一個活躍的研究分支，被認(rèn)為是對最近幾年內(nèi)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無線音頻傳輸系統(tǒng)具有雙重功效，既能實現(xiàn)語音傳輸又能實現(xiàn)簡單的控制作業(yè)，而且具有無線傳輸?shù)目梢苿有?，無線連接，遠(yuǎn)程傳輸?shù)绕渥陨淼膬?yōu)勢。隨之應(yīng)運而生的無線音頻傳輸設(shè)備有很多，而且技術(shù)已經(jīng)比較成熟，相信在未來幾年內(nèi)，在短距離無線音頻傳輸領(lǐng)域有很大發(fā)展空間。1.1研究課題的現(xiàn)狀與前景伴隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，生活當(dāng)中人們對無線音頻傳輸技術(shù)的要求越來越高。人們注意到在同一幢樓內(nèi)或在相距咫尺的地方，同樣也需要無線通信。而短距離無線音頻傳輸技術(shù)可以滿足人們對低價位、低功耗、可替代電纜的無線數(shù)據(jù)和語音鏈路的需求。目前，無線音頻傳輸技術(shù)以其快捷方便，可以移動等特性，也受到人們的高度關(guān)注，得以快速發(fā)展。當(dāng)然，人們對于它的要求也越來越高，積極跟蹤分析各種無線通信技術(shù)具有緊迫的現(xiàn)實意義，本課題就是在這樣的背景下提出來的。短距離無線音頻通信系統(tǒng)徹底擺脫了電線的束縛，在指揮調(diào)度、安全保衛(wèi)、多媒體教學(xué)、休閑娛樂等諸多領(lǐng)域有著廣闊的市場前景。此系統(tǒng)的特點是其綜合了語音處理和無線通信等技術(shù)，體積小，功耗低，有著較高的語音質(zhì)量和較低的成本以及較遠(yuǎn)的傳輸距離。1.2此次課題研究的內(nèi)容當(dāng)前，隨著居住和辦公環(huán)境空間的增長，音頻的布線在大型會議室、教室等場所越來越難以實現(xiàn)，成本越來越高，迫切需要無線傳輸高質(zhì)量的音頻。所以本系統(tǒng)使用了專用的ISM音頻無線收發(fā)芯片nRF24Z1。nRF24Z1提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)音頻接口以及數(shù)字音頻接口，使得音頻的傳輸成本大大降低，而且第2頁通信速率高達(dá)4Mbps，實際數(shù)據(jù)傳輸率為1.536Mbps，保證了48kbps采樣率16bit采樣的音頻無損、抗干擾傳輸，最大限度的抑制了噪聲的干擾。實際上nRF24Z1還提供了控制信息（如音量、平衡、顯示等）雙向傳輸?shù)墓δ?，是一個實用、性能、成本相結(jié)合的數(shù)字音頻芯片。本次課題就是利用nRF24Z1芯片設(shè)計數(shù)字無線話筒，實現(xiàn)芯片各種結(jié)構(gòu)功能，進(jìn)而實現(xiàn)短距離的無線數(shù)據(jù)傳輸。在設(shè)計過程中，研究了短距離無線傳輸?shù)墓ぷ髟砑皩崿F(xiàn)方法、對方案論述的可行性，詳細(xì)介紹了所設(shè)計數(shù)字無線話筒中各模塊的組成、原理及具體的電路及軟件流程，最后完成了對數(shù)字無線話筒的硬件和軟件設(shè)計、對軟硬件的調(diào)試和系統(tǒng)性能測試。第3頁2.短距離無線語音傳輸系統(tǒng)簡介2.1短距離無線語音傳輸系統(tǒng)原理短距離無線傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)總體可以分為CPU主控模塊、音頻CODEC模塊、無線射頻模塊和AES數(shù)字音頻接收模塊四部分。工作在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)時，先由拾音設(shè)備將模擬音頻信號送給設(shè)計應(yīng)用芯片，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)48k采樣，16bit量化后得到數(shù)據(jù)率為768kbps的單聲道高保真語音信號數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流再經(jīng)由CPU串口高速傳送到其內(nèi)部RAM，由CPU進(jìn)行以下一系列處理：首先將數(shù)據(jù)打包、加幀頭、加校驗碼和填充數(shù)據(jù)以構(gòu)成傳輸幀，而后將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線傳輸模塊，以1Mbps的數(shù)據(jù)率，在2.4GHz的頻段上以GFSK方式調(diào)制后進(jìn)行無線發(fā)射。工作在數(shù)據(jù)接收狀態(tài)時，CPU首先從無線傳輸模塊接收到的數(shù)據(jù)流中尋找?guī)^，在固定幀間隔處連續(xù)找到三次幀頭來確認(rèn)雙方建立幀同步。同步確立后CPU把數(shù)據(jù)和幀同步信號傳送給內(nèi)部完成去幀頭、解包和校驗的工作。最終把接收到的數(shù)據(jù)流發(fā)給主芯片，回放出清晰的語音。2.2研究短距離無線語音傳輸?shù)囊饬x當(dāng)前，固定區(qū)域以及模糊不清的語音通信通信已經(jīng)不能滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，而是希望能在指定的區(qū)域內(nèi)隨時隨地進(jìn)行清晰的語音交流，特別是對短距離內(nèi)的高質(zhì)量的無線語音通信更為迫切。在這種狀況下，對短距離無線音頻傳輸技術(shù)進(jìn)行研究更能體現(xiàn)其研究的價值。建