<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 一種Wi-Fi手機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          一種Wi-Fi手機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          作者:■ 華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系 莊藝唐 沈建華 時(shí)間:2005-05-06 來源:eaw 收藏

          摘    要:本文介紹一種手機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。無線系統(tǒng)主要包括輸入(ADC)、輸出(DAC)、數(shù)據(jù)通信等部分。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動和,音頻數(shù)據(jù)通過濾波,A/D轉(zhuǎn)換后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去;同理,網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換后經(jīng)低通濾波送到揚(yáng)聲器。
          關(guān)鍵詞:;

          引言
          盡管WLAN手機(jī)價(jià)格相對昂貴,質(zhì)量也不高,同時(shí)還缺乏漫游功能,但是由于WLAN通信具有更低的成本、更靈活的通信方式等優(yōu)點(diǎn),它正吸引著越來越多的商業(yè)用戶。
          WLAN手機(jī)(手機(jī))的特點(diǎn)是采用數(shù)字傳輸方式、全雙工通信、抗干擾性好、安全性高;可以對某個(gè)IP進(jìn)行呼叫;能夠與局域網(wǎng)無縫連接,實(shí)現(xiàn)廣播、組播等功能。Wi-Fi手機(jī)能實(shí)現(xiàn)一般通信系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的許多功能,未來一定會有廣闊的應(yīng)用前景。
          本課題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Wi-Fi手機(jī)——基于802.11b的數(shù)字語音通信終端。

          工作原理
          圖1為Wi-Fi手機(jī)系統(tǒng)工作原理圖。從圖中可以看出,系統(tǒng)包括輸入部分、輸出部分和通信等模塊。
          輸入部分
          輸入部分由2級組成:
          1. 第一級提供麥克風(fēng)放大和一階預(yù)采樣低通濾波。這一部分使用音頻功率放大和模擬低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。
          2. 第二級使用MCU片上的10位ADC實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。其主要工作是通過A/D采樣,獲取音頻PCM碼流。
          在通信系統(tǒng)中,一般話音采樣頻率達(dá)到8KHz就可以得到較好的效果。在本系統(tǒng)中,A/D采樣頻率定為8KHz,即每125ms采樣一個(gè)點(diǎn)。本方案中,MCU選用了基于ARM核的LPC2119,LPC2119有10位片內(nèi)ADC,這里只取其高8位,獲得8位的采樣值。因此,系統(tǒng)輸入部分最后得到的是8KHz的8位PCM音頻數(shù)據(jù)。這些采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)過打包后就可從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。
          輸出部分
          輸出部分也分為2級:
          1. 第一級是D/A轉(zhuǎn)換過程。由于系統(tǒng)采用的MCU沒有內(nèi)置的DAC,因此采用PWM實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的功能。
          2. 第二級是一個(gè)模擬低通濾波器,它把PWM的數(shù)字輸出脈沖轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬信號。
          通信模塊部分
          通信模塊利用PCMCIA總線的802.11b網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信。由MCU驅(qū)動無線網(wǎng)卡,并實(shí)現(xiàn)棧。通過TCP建立端與端的連接。由于語音通信的特點(diǎn),音頻數(shù)據(jù)通過UDP進(jìn)行通信。
          無線局域網(wǎng)的工作模式一般分為兩種:Infrastructure和Ad-hoc。Infrastructure是指通過AP(Access Point)互連的工作模式。它主要在媒體存取控制層(MAC)中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。 Ad-hoc方式把一組需要互相通信的無線網(wǎng)卡的BSSID設(shè)為相同值來組網(wǎng)。本系統(tǒng)工作在Ad-hoc模式下。
          本系統(tǒng)采用基于Intersil PRISM 芯片組的802.11b無線網(wǎng)卡。PRISM媒體訪問控制器(Medium Access Controller ,PRISM MAC)提供了以下服務(wù):
          ?以802.3或802.11幀格式發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。
          ?接收或轉(zhuǎn)發(fā)802.3或802.11幀格式的數(shù)據(jù)報(bào)文。
          ?報(bào)告諸如連接、驗(yàn)證、斷開連接等狀態(tài)改變信息。
          ?配置各種802.11b無線網(wǎng)絡(luò)的操作參數(shù)。
          PRISM MAC提供給用戶一系列的接口,以方便驅(qū)動、操作基于PRISM的無線設(shè)備。主機(jī)是通過一組接口寄存器和PRISM MAC進(jìn)行通信的。對PRISM MAC成功初始化后就可以接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。
          圖2是無線網(wǎng)絡(luò)的工作層次圖。無線網(wǎng)絡(luò)控制器提供了邏輯鏈路層協(xié)議,MCU接收到幀數(shù)據(jù)后要進(jìn)行協(xié)議的分析,這是TCP/IP協(xié)議棧的主要工作。TCP/IP協(xié)議棧模塊使用底層的硬件設(shè)備驅(qū)動模塊來接收和發(fā)送數(shù)據(jù),同時(shí)給其上層應(yīng)用提供一些簡單、易用的接口。

          硬件描述
          從硬件層面上看,系統(tǒng)主要包括電源管理、音頻處理和無線通信三部分。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
          對移動或便攜式設(shè)備等使用電池供電的設(shè)備來講,電源管理是非常重要的部分。由于ARM7 MCU需要3.3V電源和1.8V內(nèi)核供電電源,本系統(tǒng)使用LP3985和LP3984兩種超低壓降穩(wěn)壓器獲得3.3V和1.8V的電壓,當(dāng)電池電壓跌至3.4V時(shí),系統(tǒng)仍能正常工作。另外、無線網(wǎng)卡是工作在5V電壓下的,因此使用高效的升壓DC/DC 變換器LM2623。
          系統(tǒng)的輸入模塊實(shí)現(xiàn)一階預(yù)采樣低通濾波和信號放大。輸出模塊中MCU的PWM信號經(jīng)過兩級低通濾波、通過音頻功率放大后,輸出到揚(yáng)聲器。這部分電路用到了四運(yùn)放LMC6484和音頻功率放大器LM4900。
          LMC6484是COMS工藝的運(yùn)算放大器,具有功耗低、增益高和軌對軌輸出等特點(diǎn),適用于低工作電壓環(huán)境。
          LM4900能夠在較低的工作電壓下獲得較大的功率放大和較小的信號失真度。3.3V供電時(shí),在16Ω的負(fù)載下LM4900能夠提供175mW左右的持續(xù)平均功率。
          軟件設(shè)計(jì)
          本系統(tǒng)軟件部分主要包括網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、TCP/IP協(xié)議以及收發(fā)數(shù)據(jù)、輸入/輸出的調(diào)度和協(xié)調(diào)等用戶程序。
          硬件初始化
          硬件初始化主要負(fù)責(zé)對ADC、定時(shí)器、PWM等硬件外設(shè)進(jìn)行初始化,這是系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。由于系統(tǒng)音頻的采樣頻率是8KHz,因此需要一個(gè)125ms的定時(shí)器。另外硬件初始化還包括鍵盤、LED和模擬器件使能等工作。硬件初始化的具體實(shí)現(xiàn)不做詳細(xì)論述。
          無線網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動
          PRISM MAC提供給用戶一系列的接口,來驅(qū)動基于PRISM的無線設(shè)備。主機(jī)通過一組接口寄存器和PRISM MAC進(jìn)行通信。表1列出了PRISM MAC的常用寄存器及其說明。
          PRISM MAC的操作主要是通過主機(jī)向PRISM MAC的命令寄存器發(fā)命令來實(shí)現(xiàn)的,每個(gè)命令表示一個(gè)特殊的處理動作,當(dāng)命令執(zhí)行結(jié)束時(shí),可以通過狀態(tài)寄存器來讀出執(zhí)行的結(jié)果。表2是一些常用的命令及其說明。
          成功驅(qū)動PRISM MAC后,該模塊提供一些函數(shù)給上層使用,如:查詢NIC狀態(tài)、是否有數(shù)據(jù)被收到、獲取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)等。
          TCP/IP協(xié)議棧
          當(dāng)系統(tǒng)從無線網(wǎng)絡(luò)接口接收到一幀數(shù)據(jù),TCP/IP協(xié)議棧要逐層計(jì)算并去除協(xié)議頭,直到取出有效數(shù)據(jù)。同理,如果應(yīng)用層要發(fā)送數(shù)據(jù),則要逐層計(jì)算并疊加協(xié)議頭,最后通過以太網(wǎng)發(fā)出數(shù)據(jù)。圖4是TCP/IP協(xié)議棧接收數(shù)據(jù)的處理流程。
          用戶程序
          在所有以上工作都正常完成后,系統(tǒng)進(jìn)入查詢狀態(tài)。主要查詢是否有鍵盤事件和網(wǎng)絡(luò)事件。通過呼叫鍵確定主叫方,主叫方發(fā)出呼叫請求給被叫方,如果被叫方同意建立通信(按OK鍵,并發(fā)出響應(yīng)報(bào)文),則建立通信連接。
          通信連接建立后,通信的任意一方就需要在每125ms內(nèi)做一次A/D采樣,同時(shí)往PWM填一個(gè)8位數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主循環(huán)中,隨時(shí)檢測A/D采樣數(shù)據(jù)是否達(dá)到特定數(shù)量,如果達(dá)到,啟動發(fā)送程序,把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

          結(jié)語
          本課題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于802.11b的Wi-Fi手機(jī)原型系統(tǒng),從測試的結(jié)果來看,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)板能夠和連接在AP網(wǎng)絡(luò)上的PC測試平臺進(jìn)行基本的語音通信。實(shí)驗(yàn)也表明了美國國家半導(dǎo)體的電源管理、運(yùn)算放大器等低功耗、高效率器件確實(shí)非常適合在便攜式設(shè)備、無線應(yīng)用系統(tǒng)上使用。
          當(dāng)然,系統(tǒng)還有一些不足之處,首先,由于802.11b無線設(shè)備的功耗較大,這將影響系統(tǒng)在便攜式設(shè)備中的應(yīng)用。另外,在本系統(tǒng)中也未能考慮回聲消除、壓縮等問題。希望能在以后的研究中進(jìn)一步探索VoWLAN的相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用。■

          參考文獻(xiàn)
          1 金純、陳林星、楊吉云編著. IEEE 802.11無線局域網(wǎng). 電子工業(yè)出版社,2004年1月
          2  Jeremy Bentham . TCP/IP Lean Web Servers for Embeded System,2E . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2003年5月
          3 Douglas E. Comer. Internetworking With TCP/IP Vol I: Principles,Protocols,and Architectures Fourth Edition . 電子工業(yè)出版社, 2003年7月
          4 LPC2110 USER MANUAL. 2004年3月

          tcp/ip相關(guān)文章:tcp/ip是什么




          評論


          相關(guān)推薦