基于ATmega8的無線智能跳頻數(shù)碼擴(kuò)音系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
1．1 主控MCU模塊
MCU選用AVR系列的ATmega8，其是基于增強(qiáng)AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega8的數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)1 MIPS／MHz，16 MHz時性能達(dá)16 MIPS，因此可緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。工作電壓2．7～5．5 V，內(nèi)部集成8路10位ADC、SPI串行接口、16位帶PWM調(diào)制輸出的定時器、512 Byte的EEPROM。其內(nèi)部資源能滿足發(fā)射端和接收端MCU的要求。
1．2 RF模塊
nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2．4～2．5 cHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置?？蛇M(jìn)行地址及CRC檢驗功能。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流9 mA；接收時，工作電流12．3 mA，多種低功率工作模式使節(jié)能設(shè)計更方便。收發(fā)雙方傳輸信號的載波按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化，以避開干擾、完成傳輸?？傊?，跳頻技術(shù)FHSS不是抑制干擾而是容忍干擾。由于載波頻率是跳變，具有抗高頻及部分帶寬干擾的能力，當(dāng)跳變的頻率數(shù)目足夠多和跳頻帶寬足夠?qū)挄r，其抗干擾能力較強(qiáng)。利用載波頻率的快速跳變，具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。利用跳頻圖案的正交性可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng)，共享頻譜資源，并具有承受過載的能力。
1．3 音頻放大
如圖2所示，該電路U5A、R8、C17、R7、R14、R9、R16、R13負(fù)責(zé)麥克風(fēng)輸入信號的放大，放大倍數(shù)為10倍。其中R8給麥克風(fēng)提供直流偏置，經(jīng)過C17耦合至運放U5A。R7、R14、R9用于給運放提供一個虛擬地。如果有3．5 mm的音頻信號接頭插入J5時，后續(xù)電路會斷開和前級放大的連接，從而實現(xiàn)MIC聲音和外部音頻輸入的切換。U5B、R11、R15、R17、R19、C21負(fù)責(zé)輸入MIC和外部音頻信號的放大，放大倍數(shù)為5倍，原理與前級放大相似。運放選用LMV358，LMV358是一款Rail to Rail雙運放，工作電壓在2．7～5 V，增益帶寬乘積為1 MHz，工作電流140μA，適合電池供電。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/154068.htm
1．4 電源穩(wěn)壓
LDO選用PAM3101，為正向線性穩(wěn)壓器系列，其特色是低靜態(tài)電流和低壓降，是電池供電應(yīng)用的理想選擇。小體積SOT--23和SOT-89封裝對于便攜式和發(fā)射設(shè)備具有吸引力。熱關(guān)閉和電流限制可防止器件在極端的工作環(huán)境下失效。
2 系統(tǒng)接口設(shè)計
2．1 發(fā)射端系統(tǒng)接口
如圖3所示，ATmega8通過SPI與NRF24L01連接。在對NRF24L01初始化之前，必須對IO口進(jìn)行初始化，方向寄存器DDR設(shè)置如圖上的箭頭所示。ATmega8工作頻率為16 MHz，故通過設(shè)置SPCR、SPSR寄存器讓SPI工作于時鐘加倍模式，可使SPI時鐘頻率達(dá)8 MHz。內(nèi)部A／D工作時鐘通過64分頻后為250 kHz；單次轉(zhuǎn)換周期為52μs；在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，采樣頻率約為20 kHz、8 bit精度。每次完成轉(zhuǎn)換后將觸發(fā)ADC中斷。電源部分作為電路的重要組成部分，其性能好壞直接影響輸出音質(zhì)。由于發(fā)射端RF模塊工作于發(fā)射狀態(tài)時瞬間電流較大，如果模擬器件和RF模塊使用同一LDO，則輸出音頻會受到嚴(yán)重干擾，故模擬器件和數(shù)字器件各自使用獨立LDO，力求將影響減到最小。
評論