兰州理工大学
本科毕业设计
（2011届）
题目基于单片机的无线语音对讲系统设计
学院电信学院
专业电子信息科学与技术
班级电子二班
学号
学生姓名
指导教师缑新科
完成日期
诚信承诺
我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《基于CC2500的语音对讲系统设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：
年月日
杭州电子科技大学本科毕业设计
摘要
本毕业设计主要设计自主研发的基于CC2500的语音对讲系统，实现短距离的语音对讲。
在现代通信中，对讲机是一种近距离的、简单的无线传输通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们欢迎。
目前，它广泛应用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。
考虑到研究的针对性，基于CC2500的无线对讲系统的原理是通过STC89C52单片机控制，读取存于FLASH里的PCM编码信号，进行处理后通过CC2500模块发送，接收机通过CC2500模块接收到信号后通过STC89C52模拟PWM波输出。
其音频放大电路是通过LM358跟4871放大送到3欧喇叭。
本文将具体介绍对讲系统的硬件设计及软件编程设计过程。
关键词：CC2500模块；单片机；语音对讲
大学本科毕业设计
ABSTRACT
The graduation design, the main design based on the independent research and development CC2500 speech talkback system, realize short speech the intercom.In the modern communication, intercom is a close, simple wireless transmission communication tools, because it does not require station and ground switch station, can effectively support the mobile communications,so it Welcome by people.At present, it is widely used in production, security, field engineering and other areas of small range of mobile communication engineering.
Considering the pertinence, based on research CC2500 wireless talkback system principle is through STC89C52 MCU control, read stored in FLASH pulse code modulation (PCM).the signal processing CC2500 module after sending by CC2500 module,receiver received by STC89C52 simulation PWM signal after through wavelet out put.The audio amplification circuit is amplified by LM358 and 4871 to 3Ω speakers.
Key words：CC2500 module；MCU；V oice Intercom
杭州电子科技大学本科毕业设计
目录
1 引言 (1)
2 概述 (2)
2.1无线对讲系统概况 (2)
2.2射频芯片CC2500简介 (3)
2.3单片机概述 (5)
2.4研究的意义 (6)
2.5本设计方案思路 (6)
3 语音对讲系统硬件电路设计 (7)
3.1语音对讲系统总体设计框架 (7)
3.2主控制器部分设计 (7)
3.3 FLASH选择 (11)
3.4 显示部分设计 (12)
3.5信号发射/接收模块设计 (12)
3.6音频输出模块设计 (14)
3.7按键电路设计 (16)
3.8 电源部分设计 (16)
3.9本章小结 (17)
4语音对讲系统软件设计 (18)
4.1软件开发调试环境 (18)
4.2软件总体设计框图 (18)
4.3 各模块程序设计 (19)
4.4本章小结 (26)
5 制作与调试 (27)
5.1原理图绘制及PCB制板 (27)
5.2 硬件电路的布线与焊接 (27)
5.3 调试 (28)
6 总结 (30)
致谢 (31)
参考文献 (32)
附录 0
1 引言
专业对讲机通信作为专网移动通信的重要组成部分，其不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，可以让使用者轻松沟通，简单灵活的组网方式，更少的投入、更优的性价比在许多特殊的行业与应用领域发挥着其它通信系统无法替代的作用。
传统的模拟对讲机设备在追求生产效率以及经济效益的今天，对讲机提供一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其是紧急调度和集体协作工作的情况下，如在公共安全、应急调度、物资流通、货运、交通、建筑施工、物业管理、餐饮服务等各个领域都扮演着重要的角色。
但是传统的模拟对讲机设备频谱利用率低，易受干扰，保密性差，业务单一等一些不可避免的缺陷已经逐渐地体现出来。
因此，推动传统的模拟通信设备向数字化发展将是解决这些缺陷的非常有效的办法。
目前，对讲机的数字化已受到全球高度重视。
数字对讲机设备的技术研究和标准化工作在欧美等发达国家已开始推进。
最近几年随着我国国民经济的快速发展，政府部门、警察、公共安全、公用设施、医疗、消防及一些特殊部门等对专网移动通信有了新的要求，促使我国许多企业投入大量人力物力研发自己的移动通信标准。
这其中最具代表性的就是华为的GT800系统和中兴的GoTa系统，不过十分遗憾的是这两个系统并未在国内得到很好的推广。
与之形成鲜明对比的是国外的TETRA、iDEN系统却在国内得到了广泛的应用。
另外国家虽然早在1995年就发布了无中心多信道选址移动通信系统的国家标准，却并没又得到很好的发展。
我国信息产业部无线电管理局在2007年9月13同发布了《数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求》(试行)和2009年12月12日发布的《150MHz、400MHz 频段数字对讲机设备无线技术指标》的通知，为我国数字对讲机的发展提供了频率保证和射频技术基本指标要求，也使得国内通信制造商的研发有章可循，从而促进了国内数字对讲机设备的研发。
随着科技的发展人们对对讲机不断的提高要求，本文所研究的通过CC2500模块构建语音对讲系统低功耗低成本有一定的实际意义。
2 概述
2.1无线对讲系统概况
公众无线移动通信和专网移动无线通信同属于移动通信的范畴，是移动通信的两大应用领域。
公众移动通信发展迅速，已进入市场炒得火热的3G，其特点是横向、跨行业、面向全社会。
专网移动通信则以某些特定领域的应用或垂直的行业应用为主，其所具有的强大的调度指挥功能、灵活多变的组网功能、独有的用户优先级、一键呼叫业务、高保密性、高可靠性、为各行业量身定做的行业应用功能、以及只需一次投入不用定期交纳服务费等都是公众移动通信系统所无法替代的。
专网无线通信系统主要包括三大类系统：集群通信系统、无中心通信系统和对讲机。
通过下面的介绍我们会发现对无线对讲系统的研究和发展是有一定的现实意义的。
2.1.1集群移动通信系统
集群移动通信系统又叫专用业务调度系统，是专用无线电调度系统的一种高级发展阶段。
目前，集群移动通信基本已经从模拟时过度到了数字时代。
可以说是专网移动通信三大系统中最早实现数字化的系统。
数字集群通信系统相对于模拟集群通信系统，主要有高频谱利用率、高保密性、更好的话音质量、支持多种业务、网络管理和控制更加有效和灵活等特点。
我国数字集群移动通信系统体制包括来自国外的TETRA、iDEN系统及国内的GoTa、GT800系统，由于TETRA 系统的开放性较好，技术也较为成熟，参与厂商也比较多，所以在国内发展较好，而其它3种系统并未得到较好的应用。
集群系统虽然功能强大，但总的来说建网费用还是较高，这也是对讲机和无中心移动通信系统得以发展的原因之一。
2.1.2对讲机
专业对讲机通信作为专网移动通信的重要组成部分，以其更简单灵活的组网方式、更少的投入、更优的性价比在许多特殊的行业与应用领域发挥着其它通信系统无法替代的作用。
传统的模拟对讲机设备在追求生产效率以及经济效益的今天，在公共安全、应急调度、物资流通、货运、交通、建筑施工、物业管理、餐饮服务等各个领域都扮演着重要的角色。
但是传统的模拟对讲机设备频谱利用率低，易受干扰，保密性差，业务单一等一些不可避免的缺陷已经逐渐地体现出来。
因此，推动传统的模拟通信设备向数字化发展将是解决这些缺陷的非常有效的办法。
目前，对讲机的数字化已受到全球高度重视。
数字对讲机设备的技术研究和标准化工作在欧美等发达国家已开始推进。
我国信息产业部无线电管理局在2007年9月13同发布了《数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求》(试行)和2009年12月12日发布的《150MHz、400MHz 频段数字对讲机设备无线技术指标》的通知，为我国数字对讲机的发展提供了频率保证和射频技术基本指标要求，也使得国内通信制造商的研发有章可循，从而促进了国内数字对讲机设备的研发。
2.1.3无中心移动通信系统
无中心移动通信系统是指没有作转发用基站的移动通信系统，900MHz无中心选址系统在我国经历了10多年的使用，于1995年发布了两个国家标准：《无中心多信道选址移动通信系统体制》和《无中心多信道移动通信设备总规范》。
无中心移动通信系统有其自身的优点，比如费用低廉，多信道公用，无需申请指配频点等。
目前，无中心移动通信系统和对讲机一样是只能进行通话的模拟系统，也正在经历模拟转数字的过程，就目前而言，国内还没有成熟的数字无中心通信系统投入市场。
中国是移动通信最大的市场，这是由我国是世界第一人口大国和我国经济的迅速发展决定的。
但是相对于发展同趋成熟的公网移动通信，专网移动通信可以说是刚刚起步。
由上面的介绍我们可以看出，专网移动通信的三大类系统在我国的发展都不是很理想。
可是随着我国经济的发展，公共安全对专网移动通信的需求却日渐增长。
近些年南方雪灾、汶川地震、玉树地震的发生让我们深刻体会到了对讲机在应对突发事件的巨大作用。
可以预见，在我国经济迅猛发展的今天，数字对讲机必将在囤计民生和公共安全领域发挥越来越重要的作用，有着巨大的发展前景。
现在中国的专网移动通信正在经历模转数的过程，对讲机、无中心系统的数字化是移动通信领域罩最后一块由模拟转数字的市场。
新型的专网数字移动通信系统也随着对讲机的数字化应运而生，未来将成为专网系统的主力军。
为避免再出现公网数字化和集群数字化过程中核心技术受制于国外的情形，迫切需要我国的研发人员能真正掌握该领域的核心技术，所以对数字对讲机的研究意义重大。
2.2射频芯片CC2500简介
射频模块采用Chipcon公司生产的CC2500芯片，它是一款超低功耗、低成本的无线收发模块，其载频范围在2。
400GHz～2。
483GHz的ISM频段由一个完全集成的频率调制器一个解调器的接收器一个功率放大器一个晶体振荡器和一个调节其组成。
工作特点是自动产生前导码和CRC可以很容易通过SPI接口进行编程配置，电流消耗低。
空闲信道评估CCA（Clear Channel Assessment）功能是指当CC2500处于RX状态时，可以检测自身所处信道的电磁场的强弱以判断该信道是否空闲。
本设计中利用该功能来避免多个标签同时响应阅读器查询时发生的碰撞。
当一个标签收到阅读器的查询时，让它先进行CCA检测，若检测到该信道忙，表
明已经有其他标签响应了，自身不再响应，等待下一次查询命令到来，否则正常响应。
图 2-1 CC2500简化框图
CC2500简化框图如图2-1所示，RF收发器集成了一个数据传输率可达500kbps 的高度可配置的调制解调器。
通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。
CC2500 为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。
CC2500 的主要操作参数和64 位传输/接收FIFO （先进先出堆栈）可通过SPI 接口控制。
在一个典型系统里，CC2550 和一个微控制器及若干被动元件一起使用。
CC2500 基于0.18 微米CMOS 晶体的Chipcon的SmartRF 04 系列。
CC2500主要特性：体积小（QLP 4×4mm封装，20 脚）；真正的单片2.4GHz RF（射频）收发器高灵敏度（10kbps 下-98dBm，1％数据包误差率）；可编程控制的数据传输率，可达500kbps ；较低的电流消耗（RX中15.6mA）；可编程控制的输出功率，可达+1dBm ；优秀的接收器选择性和模块化性能；极少的外部元件：芯片内频率合成器，不需要外部滤波器或RF转换；可编程控制的基带调制解调器；理想的多路操作特性；可控的数据包处理硬件；快速频率变动合成器带来的合适的频率跳跃系统；可选的带交错的前向误差校正；单独的64 字节RX和TX 数据FIFO；高效的SPI 接口：所有的寄存器能用一个“突发”转换器控制数字RSSI 输出；与遵照EN 300328，EN 300440 class 2 (欧洲)，CFR47 Part 15 (美国), 和ARIB STD-T66(日本)标准的系统相配；自动低功率RX拉电路的电磁波激活功
能；许多强大的数字特征，使得使用廉价的微控制器就能得到高性能的RF系统；集成模拟温度传感器；自由引导的“绿色”数据包；对数据包导向系统的灵活支持：对同步词汇插入的芯片侦测，地址检查，灵活的数据包长度及自动CRC 处理；可编程信道滤波带宽；OOK和灵活的ASK整型支持；2-FSK 和MSK支持；自动频率补偿可用来调整频率合成器到接收中间频率；对数据的可选自动白化处理；对现存通信协议的向后兼容的异步透明接收/传输模式的支持；可编程的载波感应指示器；可编程前导质量指示器及在随机噪声下改进的针对同步词汇侦测的保护；支持传输前自动清理信道访问（CCA），即载波侦听系统；支持每个数据包连接质量指示。
2.3单片机概述2
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
STC单片机：STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。
PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。
EMC单片机：是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。
ATMEL单片机(51单片机)：ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫A VR单片机。
PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)：PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC 在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。
HOLTEK单片机：台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品。
TI公司单片机(51单片机)：德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。
TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种
外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合松翰单片机（SONIX）：是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMWAD内振内部杂讯滤波。
缺点RAM空间过小，抗干扰较好。
2.4研究的意义
由于语音对讲系统越来越广泛的就用于公安、民航、运输、铁路、水利、服务、建筑等行业。
用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理实发事件的快速反应能力，随着对讲机进入民用市场，人们外出购物、旅游也开始越多的使用对讲机。
短距离语音对讲系统的种类也越来越多种，本着物尽其用的原则，在一些场合对于短距离语音通信要求不是很高的情况下，没有必要去买价格比较贵的对讲机。
所以本课题可以很好的解决短距离语音通信，基于CC2500的语音对讲系统成本低，功耗低可以节省资源浪费。
2.5本设计方案思路
基于CC2500的功能比较强大，其各方面的优点可以用来传输比较大的PCM 编码，用单片机控制其发送音频信号能达到8KHZ的电话音质，故而想到用其做一个简易的语音对讲系统，基于这里研究的主要为CC2500，所以语音对讲系统的语音输入PCM编码调制省略为用单片机读取存于FLASH里的PCM编码来替代。
3 语音对讲系统硬件电路设计
3.1语音对讲系统总体设计框架
考虑到研究的针对性，本设计主要针对CC2500模块的研究。
对讲系统省略去语音输入的PCM调制，基于CC2500的语音对讲系统的体框图如下图（图2-4）。
图2-4 系统框图
单片机控制读取存于4M-bit Flash中的PCM编码，送CC2500模块发送，从机通过CC2500模块接收数据，接收到的数剧通过单片机模拟产生PWM波输出到音频输出模块。
音频输出模块用RC滤波电路滤波再通过LM385跟4871放大送喇叭发生。
切换键用来切换接收还是发送数据，由数码管显示系统工作在何种模式（接收、发送）。
3.2主控制器部分设计2
利用单片机的具有的微型计算机及存储功能进行设计发送和接收模块的。
本系统使用了stc89c51。
STC89C51系列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准8051的单片机，有PDIP（塑料双列直插式封装，芯片封装的形式之一）-40、PLCC（特殊引脚芯片封装，它是贴片封装的一种）-44、PQFP（塑料方块平面封装，一种芯片封装形式）-44三种封装形式。
STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的。
STC89C51/芯片分别含有4K／字节FLASH ROM供用户编程使用。
STC89C系列单片机是高速/低功耗的新一代8051单片机，最高工作频率可分别达到25MHz～50MHz，具体在芯片上的型号名称后以“-XX”标注。
STC89C系列单
片机有较宽的工作电压，5V型号的可工作于3.4V～6.0V，3.3V型号的可工作于2.0V～4.0V(ISP/IAP操作时对电压要求会稍严)。
正常工作模式下的典型耗电为4mA～7mA，空闲模式为2mA，掉电模式’(可由外部中断唤醒)下则小于0.1μA。
此外，STC89C系列单片机在完全兼容8052芯片(在标准8051基础上增加了T2定时器和128字节内部RAM)的基础上，新增了许多实用功能。
本次选用
本次选用了PDIP-40的51单片机，这款单片机一共有40pin引脚。
RST（复位输入端），当振荡器运行时，在该引脚上出项两个机器周期的高电平将是单片机复位。
ALE/PROG当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器的频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。
因此，它可用作对外输出地时钟，或用于定时目的。
然而，要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
在对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。
如必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。
该位置位后，只一条M0VX 和M0VC 指令ALE 才会被激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器，没两次有效的PSEN信号。
EA VPP：外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。
XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
P0 ：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1 ：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
P2 ：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到
被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
P3 ：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I／0 口。
P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
图3-1 单片机DIP40封装
基于CC2500的性能强大，应用方便，可以选择单位机来实现对其的主要控制操作。
由于本人在校期间比较习惯应用89C51系列中的STC89C52RC，所以本设计的主控器选择STC89C52RC。
STC单片机的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件无需改动。
选用PLCC, PQFP小型封装, 3.3V工作电压单片机，可使产品更小，更轻，功耗更低。
这里我们选择用DIP-40的封装（图3-1）。
STC89C52RC的最小系统如图3-2所示。
最小系统由单片机、复位电路、晶振电路构成。
STC89C52RD其RST引脚在接收到2个机器周期的高电平信号后复位，复位电路可在上电是复位单片机，通过SW1复位按钮在单片机运行过程当中可以随时复位。
晶振电路MCS-51单片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器，管脚XTAL1和XTAL2分别是该反相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶振和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激震荡器。
这里晶振选择12MHZ，两个微调电容取30P。
图3-2 单片机最小系统
单片机复位电路的作用：单片机是属于数字电路，数字电路就只有“0”低电平和“1”高电平两个状态。
这两状态是已知状态，比如有的0代表是0.0-0.01v ，1代表4.99-5.0v 。
但在电路上电时候或电压波动不稳定的时候，当给单片机上电那一瞬间，电压有在几微秒内（有的是几毫秒内）不是直接跳变到5V的而是一个直线上升的阶段，这时候，单片机不能正常工作，需要复位电路给它延时以等到电压稳定。
这叫上电复位。
晶振的作用：片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
同时为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
