摘要：本文基于ATMEGA16L實現一個具有單工語音和數據傳輸功能的無線呼叫系統。通過編碼電路、單片調頻發(fā)射電路和高頻功放電路實現主站的語音及數據發(fā)送；通過解碼電路、調頻解調和語音功放電路實現從站的語音及數據接收。編碼和解碼用MSK調制方式的調制解調芯片MSM6882實現；主從機的顯示電路采用LCD液晶顯示，輸入電路則采用PS2鍵盤掃描。

　　一、概述

　　目前，無線語音和數據通信的應用領域不斷擴大，應用形式也趨于多樣化。如移動通信系統、智能交通系統、遠程控制網絡等。本設計完成了一個單工無線呼叫系統，實現主站至多個從站的單工語音及數據傳輸業(yè)務。主站傳送一路語音信號或短信，其發(fā)射頻率為36MHz,發(fā)射峰值功率可調，實現小功率遠距離發(fā)射，可選擇對任一從站的呼叫或廣播功能。短信發(fā)送和接收采用黑白屏LCD顯示，支持中文字符顯示，支持圖形方式顯示，支持高速率自動屏幕刷新，帶有冷背光功能，可以在黑暗中查看屏幕，界面友好。

　　能方便的應用于短距離通信，如小區(qū)通信或辦公通信或廣播系統。稍加改進即可完成半雙工和雙工通信，擴大其應用范圍。

　　二、系統設計

　　本設計分為數據編碼與解碼模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和控制模塊。數據編碼與解碼模塊采用頻移鍵控（MSK）調制方式，數據調制解調器芯片MSM6882與控制部分串口通信，實現數據在數字信號與模擬信號之間的相互轉換。無線發(fā)射模塊采用MC2833單片調頻電路。無線接收模塊由MC3362二次解調電路完成。控制部分采用單片機ATMEGA16L完成，進行數據通道的選擇控制、呼叫地址和方式的控制、鍵盤的輸入控制和數據的顯示和存儲功能。系統框圖如圖1所示：

圖1 系統整體框圖

　　三、系統硬件設計

　　1、無線發(fā)射模塊的設計

　　本設計的發(fā)射部分以MOTOROLA公司生產的MC2833單片調頻發(fā)射為，它由話筒放大器、可變電抗器、射頻振蕩器、輸出緩沖器以及兩個輔助構成。具體電路如圖2所示：

　　由于本系統工作在36MHz的頻率點， 我們用12MHz晶體作為基波晶體，L1用于補償調制器的電抗和對輸出頻率進行微調，取4.7uH.調制信號從3腳加入進行頻率調制。振蕩器輸出頻率經緩沖放大和外部選頻網絡三次倍頻后，再經內部Q1、Q2放大器由9腳輸出。即輸出射頻為36MHz.LC選頻網絡的參數可由計算求得。

　　如果要加大發(fā)射功率，可選用AD公司研制的低噪聲，高頻帶寬度，穩(wěn)定性好的可變增益運放AD603.

　　2、無線接收模塊的設計

　　無線接收機的功能是能成功解調出所需的信號。

　　同時接收機的設計還要考慮把成本降到和功耗降到。Motorola 公司推出的單片集成調頻接收芯片MC3362,具有噪聲低、功耗小、鏡像選擇性好、動態(tài)范圍寬的特點。MC3362芯片含有二次變頻的所有電路，其工作電壓可在2.0V-6.0V較寬范圍內。工作原理是接收到的RF信號經輸入匹配回路放大輸出后，再和本振信號在片內混頻器中混頻，變頻到10.7 MHz,并經接于19端的陶瓷濾波器濾波，送至第二混頻器的輸入端（18端）， 混頻器輸出的10.7MHz和第二本振的10.245 MHz信號，在片內進行第二混頻，得到455 kHz的第二中頻信號，并經接于5端的455 kHz陶瓷濾波器選頻后接到限幅器，經限幅和和移相乘積鑒頻后得到的音頻信號在13端上輸出。14、15端中間接有一個比較器，用以檢測FSK調制的過零點。解調以后的數據信號在l5端輸出。

　　本振頻率為36M-10.7M=25.3M,由LC振蕩回路組成，在要求高的情況下采用鎖相環(huán)電路；第二本振頻率為10.7M-0.455M=10.245M,由外接晶體和振蕩電容構成，通過改變振蕩電容可調節(jié)第二本振頻率。

　　12腳接的中周進行調諧。具體電路如圖3所示。

　　3、編碼與譯碼模塊的設計

　　調制解調器的調制方式主要有頻移鍵控（ FSK）、相對相移鍵控（DPSK）等，其中頻移鍵控（MSK）調制方式是FSK方式中較好的一種。我們采用了日本OKI公司生產的MSK（頻移鍵控）編碼調制解調芯MSM6882.該器件內含接收、發(fā)送和時鐘產生電路，且數據傳輸波特率可在1200bps和2400bps中選擇。芯片集成了調制解調兩種功能，且采用模擬串口的數據傳送方式，內部自帶時鐘，單片機資源占用少，接口設計容易，系統穩(wěn)定性高。

　　在本次設計中，使用3.6864MHz的晶振，考慮到數據傳輸量較小，無線信道易受到干擾，為了保證正確傳輸所以數據傳輸波特率選用1200bps.在這個模式下MSM6882的ST引腳產生1.2kHz的方波，在上升沿鎖存SD引腳的數據，并進行調制。將1調制為1.2kHz的正弦波，將0調制為1.8kHz的正弦波。在接收從站，我們使用與主站相對應的模式以使數據能夠正確接收，從Ai引腳輸入調制信號，數據從RD輸出，引腳RT輸出。

　　1.2kHz的方波作為接收同步時鐘，在下降沿輸出數據。MSM6882的應用接線圖和原理圖如圖4、5所示。

　　四、軟件設計

　　本設計采用Atmel公司的mega16L單片微處理器，內部集成了十位的A/D轉換器，1KB的片內RAM.流水線工作方式，指令執(zhí)行速率快。內部資源豐富，方便輸入輸出數據。算術運算功能強、軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現各種算法和邏輯控制。使用8MHz時鐘頻率能夠滿足本次1.2kbs的數據傳輸和處理的要求。軟件開發(fā)平臺采用CodeVisionAVR ,使用C語言，用AVR Studio 4進行軟件調試。程序主要包括鍵盤和液晶的驅動，EEPROM的存儲，發(fā)送和接收，校驗和防干擾。

　　程序框圖如下所示：

圖6 發(fā)射機流程圖

圖7 接收機流程圖

　　發(fā)送端啟動模擬通道后， 將液晶復位并初始化MSM6882.語音業(yè)務則關閉數字調制器，若為數據短信，則啟動數字調制和鍵盤解碼，通過液晶可顯示編輯的信息和發(fā)送模式，既可選擇任一從站， 也可進行廣播， 確認后經發(fā)送鍵發(fā)送。為了方便應用， 短信內容將寫入ATMEGA16L的EEPROM中進行保存，每次上電復位后都可以調出EEPROM中的數據。

　　接收端與發(fā)射端以相同模式進行接收， 初始化后， 經地址識別判斷業(yè)務后， 若為語音則打開揚聲器， 若為短信則進入接收中斷服務程序： 在接收同步時鐘的下降沿接收數據， 從同步碼后一位開始接收并保存， 當接受完一幀數據經校驗無誤后進行顯示。若校驗有誤則跳出該子程序， 繼續(xù)執(zhí)行其它程序。

　　五、結果分析

　　本設計采用ATMEGA16單片機實現外圍電路簡單實用，抗干擾性能強，能準確傳輸語音和數據信號的系統。經測試后語音和數據可在發(fā)射功率為3mW時能準確的傳輸10米以上，可尋呼任意從站或廣播，且本設計掉電后仍有記憶存儲功能，并可實現功率在20mW范圍內可調。本設計的創(chuàng)新點在于用單片數字調制解調芯片完成了數據傳輸，并實現了語音小功率遠距離傳輸。