緒 論 1.1 課題背景 1.2 CDMA 的概述 1.2.1 CDMA 的特點 1.2.2 CDMA 的關鍵技術 1.2.3 CDMA 的發展方向 1.2.4 國內外 CDMA 的應用 硬件電路的實現 2.1 概述 2.1.1 系統原理 2.1.2 系統框圖 2.1.3 系統功能 2.2 CDMA 通訊接口模塊 2.2.1 模塊概述 2.2.2 性能指標 2.3 電源電路 2.4 LCD 顯示電路 2.5 鍵盤電路 2.6 音頻電路 4 軟件設計 3.1 通信協議 3.2 數據結構 3.3 實現功能 5 調試 參考文獻 致謝 1 緒 論 1.1 課題背景 隨著 IT 業的迅猛發展，移動通信更是生機勃勃，現 已經歷了三代發展歷程 (圖 1)，每一代的發展都基于技術的突破和觀念的創新。第一代移動通信從發明蜂窩概念開始，通過頻率復用增大了系統容量，實現了語音移動通信；第二代移動通信用數字技術取代模擬技術，增加了數據業務；第三代移動通信的頻帶利用率更高，每用戶比特速率更大，并使移動通信與 Internet 進一步融合，為移動中的人們提供廣泛的基于 IP 的多媒體業務。 CDMA 正是因為具有第三代移動 通信的優點廣受消費者的青睞，發展迅速。 無線通信在未來的通信中起越來越重要的作用， CDMA 將成為 二十 一世紀主要的無線接入技術。 圖 1：移動通信發展歷程框圖 中國 CDMA 的發展并不遲，也有長期軍用研究的技術積累， 93 年國家 863 計劃已開展 CDMA 蜂窩技術研究。 94 年 Qualcomm 首先在天津建技術試驗網。 1998 年具有 14 萬容量的長城 CDMA商用試驗網在北京、廣州、上海、西安建成，并開始小部份商用。 而今 聯通 推出聯通新時空 CDMA，并取得了良好的效果。 桌面無線電話正是在移動通信激烈競爭的浪潮中涌現出 來的新型產品。中國的通信市場是非常廣闊的，面對這樣一個廣闊的市場必然就加劇了競爭，當前的局勢是有線向無線滲透，無線向有線滲透。中國電信在有線固定電話的基礎上開發了無線小靈通；中國聯通和中國移動在無線移動通信手機的基礎上開始推出無線公話和無線商話。而中國聯通在推出無線桌面電話 GSM 的基礎上又準備推出無線桌面電話 CDMA，因為 CDMA 本身所具的特點更具市場潛力。 1.2 CDMA的概述 模擬系統采用 FDMA 技術（頻分多址）， GSM 采用的是 TDMA 技術（時分多址）， 而 CDMA采用的是 碼分多址。最先由 美國高通公司開發出來的。 CDMA 是為現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換、國際漫游等要求而設計的一種移動通訊技術。 CDMA 是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信息通信。 1.2.1 CDMA的特點 與 FDMA 和 TDMA 相比， CDMA 具有許多獨特的優點，其中一部分 是擴頻通信系統所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。 CDMA 移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率再用等幾種技術結合而成，含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個小區內重復使用，所要求的載干比 (C I)小于 1，容量和質量之間可做權衡取舍等屬性。這些屬性使 CDMA 比其它系統有非常重要的優勢。 系統容量大 ： 理論上 CDMA移動網比模擬網大 20倍。實際要比模擬網大 10倍，比 GSM 要大 4-5 倍。 系統容量的靈活配置： 這與 CDMA 的機理有關。 CDMA 是一個自擾系統，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，我們打個比方，我們將帶寬想象成一個大房子。所有的人將進入唯一的大房子 .如果他們使用完全不同的語言 ,他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而只受到一些來自別人談話的干擾 .在這里 ,屋里的空氣可以被想象成寬帶的載波 ,而不同的語言即被當作編碼 ,我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住了我們 .如果能控制住用戶的信號強度 ,在保持高質量通話的同時 ,我們就可以容納更多的用戶。 通話質量好： CDMA 系統話音質量很高，聲碼器可以動態地調整數據傳輸速 率，并根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時門限值根據背景噪聲的改變而變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質量。另外 CDMA 系統采用軟切換技術， “先連接再斷開 ”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 頻率規劃簡單 ： 用戶按不同的序列碼區分，所以不相同 CDMA 載波可在相鄰的小區內使用，網絡規劃靈活，擴展簡單。 延長手機電池壽命 ： 采用功率控制和可變速率聲碼器，手機電池使用壽命延長。 1.2.2 CDMA的發展方向 由于 CDMA 的優點很多，例如網絡建設投資小、基站覆蓋面積大、容量大、 節約頻率資源等，因此 CDMA 的發展前景還是比較光明的。目前北京市場上銷售的機型主要有美國高通、摩托羅拉以及韓國三星等品種，其中由于高通公司是 CDMA 的創始者，在技術及質量方面都具有相當的優勢。 如果從技術上看，市場上首先出現的數字網是 GSM、其次是 DCS，其實它也是GSM 網的一種，只不過原先的 GSM 網用的是 900 兆頻段， DCS 網用的是 1800 兆頻段，因而我們也把 DCS 叫做 GSM1800 網；第三代才是當前的熱點 CDMA 網。模擬網和 GSM 網的發展情況相當好。目前北京地區這幾個網上的手機用戶總數已經超過 80 萬。 GSM 網還在不斷優化網絡和進行擴容。為什么有了數字 GSM 網，還要花大力氣、投入巨資發展 CDMA？如果我們把 GSM手機比作聲像世界中的 VCD，那么 CDMA 就是 DVD。 DVD 代表了聲像的未來潮流，事實上，CDMA 同樣代表了移動電話的未來潮流。 CDMA 技術最先運用于美國軍事部門，以后逐漸推廣商用，并被美洲、亞洲地區的電信公司廣泛采用。目前亞洲的日本、韓國基本上是 CDMA 的天下。而我國目前也在大力推廣 CDMA 技術作為新一代移動電話系統的標準。由于 CDMA 最先運用于軍事領域，因而它的通話保密程度相當好，不易被竊聽 。 CDMA 的系統容量特別大，同樣的頻率資源， CDMA 網的系統容量可以是模擬網的 8-10 倍、GSM 網的 3-4 倍。 GSM 網要覆蓋北京全市，大約需要建立 300 個以上的基站，而 CDMA 只需建80 個左右的基站即可達到這一目的，節約了有限的頻率資源。 CDMA 特有的寬帶傳輸手段，具有極強的抗干擾能力，并適用于在手機上開出高速數據傳輸業務等。 從用戶角度來說， CDMA 手機的另一大優點即是它的話音音質特別好，打手機時基本沒有背景噪音，通話時音質如同打有線電話，因而被譽為 “高保真 ”手機，并被稱作 “無線通信，有線效果 ”。 有了以上卓越的先進功能，那么 CDMA 會不會很快取代 GSM，成為市場上主導性手機呢？我國人口眾多，手機市場需求量很大，頻率資源又相當有限，所以不會發生一種制式的移動電話網可以 “統吃 ”市場的情況，正如當前如火如荼的 GSM 網沒有完全取代模擬網一樣，也不可能以CDMA 去取代 GSM，此為其一。其二， CDMA 目前僅在我國少數幾個城市進行試驗性商用，而手機要真正在市場上走俏需要建立龐大的網絡，便于實現各地之間的漫游，因此 CDMA 要想成為手機家族的一匹 “黑馬 ”尚需經歷一段較長的時間 。 1.2.3國內外 CDMA的應用 自 1993 年 TIA 批準 CDMA 為擴頻率數字蜂窩系統標準以來， CDMA 技術在國外得到迅速發展，已呈后來居上之勢。尤其在 GSM 的大本營歐洲， ETSI（歐洲電信標準委員會）審議 G3（第三代移動通信）標準，無論采用 Nokia、 Ericsson 還是 Motorola、 Siemens 原型，都將采用CDMA 作為空中接口標準，這也進一步確立了 CDMA 為商業移動通信網的主流方向。 在美國 10 大蜂窩公司中有 7 家選用 CDMA。在亞洲， CDMA 技術商業化趨勢更強， 1995年，韓國 LGIC 公司推出世界上首批商用 CDMA 交換系統。 1995 年 9 月，世界上第一個商用 CDMA移動網在香港地區開通， 1996 年在韓國漢城附近開通世界上最大的商用的 CDMA 網，新加坡的CDMA 個人通信網于 1997 年開通，這也是亞洲第一個 CDMA 個人通信網。所有這些跡象表明，CDMA 正在成為一項全球性的無線通信技術。 目前的世界移動通訊領域在模擬系統和 GSM 等數字系統之后，備受人們關注的無疑是CDMA 系統。除了技術本身的優勢之外，重要的是 ITU（國際電信聯盟）組織已將 CDMA（寬帶）訂為未來世界移動電話的統一標準（ IMT-2000 標準），以實現一機一號走遍世界個人自由 移動通訊的理想。也就是說，在進入二十一世紀之后，世界各國的網絡建設都將遵守 “IMT-2000 標準 ”（ CDMA），屆時人們手中拿著 CDMA 手機，走遍世界各國而通訊毫無阻礙。 從我國的情況來看，走過模擬和 GSM 之后， CDMA 已經開始在我國投入使用。 1997 年成立了以推動 CDMA 網絡商用為宗旨的電信長城公司，在北京、上海、西安、廣州四城市開通使用?，F今中國聯通推出聯通新時空 CDMA 廣受歡迎，而且 HOLLEY 集團又與荷蘭 PHILIPS 公司進行 CDMA 項目合作開發，效果良好，因此，接下來將是 CDMA 在中國發展的一個 高潮。 2 系統設計 2.1 系統概述 無線桌面電話 CDMA 是在 CDMA 手機系統的基礎上增加了電話管理功能實現的。它采用世界先進的 CDMA 技術制造，具有保密性強、通話清晰、無輻射危害、綠色環保等特點。話機采用機卡分離技術，實現無線接入方式，為用戶提供方便、靈活的通信服務。其主要技術指標如下： 一般性能指標 工作頻率 發射 824848MHZ 接收 869893MHZ 信道間隔 1.25MHZ 調制方式 接收 QPSK，發射 OQPSK 工作 電壓 6V 直流電壓 通話時間 34 小時（備用電池） 待機時間 100120 小時（備用電池） 工作溫度 0+50 攝氏度 發射性能指標 最大輸出功率 1.0W 頻率誤差 300HZ 接收性能指標 參考靈敏度 -104dbm 誤幀率 0.5% 2.1.1 系統原理 無線桌面電話 CDMA 是基于 CDMA 手機系統原理和話機管理系統原理設計而成的無線商話。系統的設計包括硬件和軟件。硬件設計以 CDMA 通訊接口 模塊為核心，并結合相應的電源電路、語音電路、鍵盤電路和液晶顯示電路等外圍電路完成的。軟件的設計主要包括通信協議的設計和電話管理功能的實現，特別是網管功能的設計。本人在設計過程中主要負責硬件設計。 硬件設計所采用的核心通訊模塊是國內唯一與 PHILIPS 公司合作開發 CDMA項目的 HOLLEY公司提供的。該 CDMA通訊接口模塊由基帶處理和射頻電路組成，并提供 LCD液晶顯示接口、鍵盤接口、 UIM卡控制接口、 RS232通信接口、通用輸入 /輸出口等多種接口。 多種即插即用接口的提供，大大方便了用戶的連接應用。 我們以 該通訊模塊為核心，設計相應的外圍電路，為提高系統的穩定性和可靠性，電源電路設計和語音電路的設計又是尤為重要的。蜂窩電話設計需要低壓差、低噪聲、高 PSRR、低靜態電流(Iq)、低成本的線性穩壓器，并要求這些線性穩壓器能夠提供穩定的輸出，輸出端允許采用超小型電容器。因此我們在設計中采用二次穩壓，并采用低壓差的線性穩壓器 278R33 來實現，同時在設計中還采用了備用電池，以保證在突然出現斷電的情況下保證系統的穩定。語音電路的處理是系統設計的重要組成部分，因為語音的好壞直接影響通話質量，因此我們在設計中采用了LM4871 語音處理芯片并選擇合適的電容來實現。 系統硬件設計的關鍵是外圍電路的設計要與 CDMA 通訊接口模塊相匹配，具體設計見第 3 章。 2.1.2 系統框圖 系統以 CDMA 通訊接口模塊為核心，外圍電路有電源電路、鍵盤電路、 LCD 顯示電路、 UIM接口電路和音頻電路組成，系統框圖如下： 圖 2：系統框圖 2.1.3 系統功能 無線桌面電話 CDMA 是使用 CDMA 網絡的無線固定電話機，機卡分離，外型典雅大方，安裝方便，發射功率小，輻射低。 它不僅具有一般話機所具有的通訊功能，而 且有其獨有的短信功能和網管功能。 其具體功能如下： 主被叫功能 話機可作主叫呼出，可設置禁止或允許來話呼入。 通話記錄 可分別存儲去電信息、來電信息、未接來電信息，記錄通話號碼、通話時長等信息。 電話薄 可存儲常用電話號碼，翻閱、編輯或撥出 。 時 鐘 內置時鐘顯示； 自動加撥接入號碼 話機可設置撥打本地固話自動加撥區號，撥打長途電話自動加撥 IP 接入號； 號碼段管理 話機可設置存儲禁撥號碼段、直接號碼段、本地手機號段、需加 IP 接入號的號碼段等； 提示信息 大屏液晶顯示，撥號、按鍵有提示音； 免提功能 可不摘機，按免提鍵直接通話； 短信功能 話機可以自由收發短信，網管可以通過短信向用戶發布信息； 網管功能 網管可以向用戶發布信息和通過遠程調整費率、升級軟件。 3 硬件設計 3.1 CDMA通訊接口模塊 3.1.1 模塊概述 HOLLEY CDMA 模塊是應用于無線桌面電話 CDMA 的核心通訊模塊。 CDMA 模塊包含 Holley CDMA200核心芯片 , 基于 IS95 的 CDMA 設計方案。根據市場分析和應用需求分析，模塊將面向二次開發商。模塊在功能和設計保持時尚性，在功能上保證一定的先進性。模 塊的硬件主要有兩大部分組成，即基帶處理和射頻?；鶐幚韺崿F模塊的控制與基帶處理功能， RF/IF 部分將實現模塊的空中接口功能。 HOLLEY CDMA 模塊的產品具體性能指標、接口定義及軟件功能介紹如下。 3.1.2 性能指標 基本功能 CDMA 模塊主要用來設計一些小型的通信終端，因此提供了以下一些定制的功能： 支持 IS 95A 協議 ,滿足 EIA/TIA-98-C 要求； 支持 LCD 液晶顯示； 支持 3V R-UIM 卡； 支持兩路音頻輸出及兩路麥克風輸入； 通過 RS232 接口與 PC 直接通信； 提供通用輸 入輸出口； 提供天線接口（焊接 PAD） ； 性能要求 1. 機械性能 模塊最大尺寸：待定 連接器： 60 PIN 板對板連接器 2. 電性能 工作電壓： 3.3V 4.2V 待機電流： 6mA 平均通話電流： 300mA RF 指標 - 工作頻率： CDMA 800M - 最大發射功率： 2325 dBm 50 ohm - 天線類型 外接天線，阻抗 50 歐姆 接收靈敏度： 105dBm/1.23MHz； 動態范圍： 105 25dBm； 提供多種功能接口 - LCD 液晶顯示接口 - 5*5 鍵盤接口 - RS232 通信接口 - 3V UIM 卡控制接口 - 通用輸入 /輸出口 - 音頻接口 -接口電平（ VDD 3V） 表 1：模塊接口電平表 環境性能 工作溫度： 30oC 60oC 存儲溫度： 40oC 70oC 濕度： 0 95 軟件功能 CDMA 模塊支持桌面電話所需的軟件功能，實現固定電話通話功能，同時提供菜單功能服務， 菜單功能服務包括： 1 短消息服務 2 電話本 3 通話紀錄 4 呼叫轉移 5 話機設置 6 IP 電話設置 3.1.3 模塊接口描述 項目 符號 條件 Min Typ Max 單位 輸入高電壓 VIH 0.8VDD VDD V 輸入低電壓 VIL VSS 0.2VDD V 輸出高電壓 VOH IOH=-0.5mA 0.8VDD VDD V 輸出電壓 VOL IOL=0.5mA VSS 0.2VDD V HOLLEY CDMA 模塊主要由基帶與射頻電路組成。 基帶處理部分 基帶芯片采用 HOLLEYCOM 的 CDMA+200 芯片。 該芯片采用 MCU 與 DSP 雙核合一， MCU核與 DSP 核之間的通信通過基帶芯片內部的 CPU/DSP 接口實現。集 成了 CDMA 語音編解碼，信號調制解調和射頻控制接口。 射頻處理部分 射頻部分由收、發、 PLL 與天線部分組成，完成 CDMA 的數字 I/Q 信號的射頻轉換。 發信部分完成數字 I/Q 信號的調制，變頻，放大，輸出到天線。輸出功率滿足 CDMA95A CLASS3 的要求。在基帶部分的控制下，發信功率控制范圍大于 80dB。 接收部分完成天線口輸入信號的放大，濾波，下變頻，中頻解調，輸出數字 I/Q 信號。 天線部分完成收發信號的合路與分路，以及 CDMA 射頻信號的發射與接收。 PLL 提供射頻與中頻解調、調制本振信號。 CDMA 模 塊射頻性能滿足 EIA/TIA/IS-98-A 要求。 頻率： RX（接收） 869MHz894MHz TX（發射） 824MHz949MHz 模塊硬件圖 硬件框圖 圖 3： HOLLEY CDMA 通訊接口模塊框圖 通用接口 CDMA模塊提供一個 60針即插即用接口，該接口提供 LCD液晶顯示接口、鍵盤接口、 UIM卡控制接口等。 電源接口 CDMA 模塊不提供對外部電源的管理能力，該接口用來提供模塊的工作電源。模塊的工作電源為 3.3V4.2V。 VDD ： 外部提供給模塊的工作電源 Pin number 2、 4、 6、 8 GND ： 電源地 Pin number 10、 12、 15、 22、 25、 26、 36、 51、 58、 60 CDMA 模塊在各工作狀態下的電流消耗見下表： 表 2 ： CDMA 模塊各工作狀態電流消耗表 狀態 電流（ mA） 關機 0.05mA 睡眠 2mA 空閑（模塊離開睡眠模式） 110mA 工作 650mA（最大功率） 90dB（ 10cm）； 諧振頻率 f 2.7KHz； 建議 BUZZER 的工作電壓為電池電壓 3.3 4.2V。 表 10： Pin description Signa Pin number I/O Description Buzzer 32 O 蜂鳴器信號 其基本連接圖如下： 圖 6： Buzzer 基本連接圖 Boot 信號接口 Boot 信號是用來 downLoad 程序到 FLASH ROM 中。 表 11： Pin description Signa Pin number I/O Boot 30 I Boot = 0, for download mode Boot = 1, for normal mo Reset 信號接口 Reset 信號是 由外部設備提供，用來重起軟件，重新注冊網路 。 表 12： Pin description Signa Pin number I/O Description Reset 34 I 復位信號 External interrupt（ INTR） CDMA 模塊提供一個外部中斷輸入信號。該外部中斷可設置特殊功能寄存器來設置位高電平觸發或者低電平觸發。 表 13： Pin description Pin description I/O description INTR 28 I 外部中斷輸入 AUDIO 接口 CDMA 模塊提供了支持可變增益調節及兩個獨立的音頻接口 ,一個為差分接口，另一個單端接口音頻接口。 1 可以直接接入阻抗大于 32 的 Receiver，如果要獲得更大的動態范圍，需要加入功放做匹配； 2內置電壓偏置調節，軟件可以根據需要調節 MIC 的靈敏度； MIC 麥克風接口： CDMA 模塊提供兩個不同差分輸入的 MIC 麥克風接口， 麥克風 1： 表 14： Pin description Pin description I/O description VBAFE_MIC+ 1 I Microphone 1 positive input VBAFE_MIC- 3 I Microphone 1 negative input 麥克風 2： 表 15： Pin description Pin description I/O description VBAFE_AUXMIC+ 9 I Microphone 2 positive input VBAFE_AUXMIC- 11 I Microphone 2 negative input 其接線原理圖如下： 圖 7：麥克風接線圖 R1 = R4 = from 100 to 330R2 = R3 = usually between 1Kand 3.3Kas per the microphone characteristics C1 = 10pF to 33pF C2 = C3 = C4 = 47pF to 100pF C5 = 47F L1 = L2 = 100nH SPEAKER 接口： CDMA 模塊提供兩個不同 SPEAKER 接口：一個為差分接口，另一個單端接口音頻接口 。 1、 差分輸出接口： 表 16： Pin description Pin description I/O description VBAFE_SPKR+ 5 O Speaker 1 positive output VBAFE_SPKR- 7 O Speaker 2 negative output 外接連線圖如下： 圖 8：差分 SPEAKER 接口外接接線圖 單端輸出接口： VBAFE_AUXSPKR： 表 17： Pin description Pin description I/O description VBAFE_AUXSPKR 15 O SPEAKER 2 output C1 = from 4.7F to 47F as per the speaker characteristics and the output power. 以下是外接電路圖 圖 9：單端輸出接口外接電路圖 其他接口 CDMA 接口還提供給外部其它一些接口，包括： JTAG 編程接口、寫保護信號、 RF 天線接口。 JTAG 接口 CDMA 模塊提供 JTAG 接口。 JTAG_TAPSEL JTAG_TMS JTAG_CLK JTAG_TDATA_OUT JTAG_TDATA_IN JTAG_VDD FLASH ROM write protect（ F-WP） F_Wp 信號用來設置 FLASHRO的 write protect pin. F_Wp=1, for download mode F_Wp=0, for normal mode 表 18： Pin description Pin I/O description corresponding F_Wp I Write protect F_Wp RF 接口 CDMA 模塊提供焊盤來連接天 線。 3.2 電源電路 蜂窩電話設計需要低壓差、低噪聲、高 PSRR、低靜態電流 (Iq)、低成本的線性穩壓器，并要求這些線性穩壓器能夠提供穩定的輸出，輸出端允許采用超小型電容器。當然，理想情況下可以用一片低壓差線性穩壓器 (LDO)滿足系統任何電路、任何指標的要求，但從性價比考慮這種方式并不是最佳的。而且電路不同模塊所需電壓不一致，因此我們采用二次穩壓來實現電源電路。 LCD和鍵盤所需電壓為 5Z 左右，而通訊模塊所需工作電壓為 3.3V4.2V。故我們第一次穩壓到 DC6V，第二次采用低壓差的線性穩壓芯片 278R33，輸出電壓為 3.3V，壓差 0.5V。同時，為確保系統在突然斷電時能正常工作，我們還在電源電路中提供了 DC6V 的備用電池。電源電路如圖 圖 10：電源電路原理圖 由圖可知，當 POWER（ 6V）正常工作時， D2 導通， D4 截止，由外接變壓器供電；當 POWER突然斷電時， D4 導通， D2 截止，有備用電池供電。為了確保輸出電壓符合通訊模塊所需電壓，我們在輸出端加一二極管 D5 進行升壓。當然，電源是任何電子系統設計的重要組成部分，尤其要重視其穩定可靠性，因此我們在設計中加入電容進行濾波，提高其抗干擾能力。 3.3 LCD顯 示電路 因通訊模塊已經提供了相應的接口， LCD 顯示電路的設計相對比較簡單，我們采用的 LCD液晶屏提供三種接口方式： 8 bit 并口， 4 bit 并口和串口模式。為方便連接和與通訊模塊匹配我們選擇了串口模式 . 其管腳定義如下： 表 19： Pin description (Serial mode) PIN NO. SYMBOL LEVEL FUNCTION 1 CS1 H/L Chip selection 2 Reset L Reset Signal 3 RS - - 4 CLK H/L Serial clock 5 SID H/L Serial data input 6 VLCD 3V Control Power 7 GND 0V Power supply(GND) 8 VL - - 9 VDD 5.0V Power supply 根據其管腳定義，我們設計 LCD 顯示電路如下： 圖 11： LCD 顯示電路原理圖 CDMA模塊提供一個 SPI BUS 來驅動 LCD顯示模塊，該 SPI BUS 包括移位時鐘信號SPI-CLK、數據 I/O信號 SPI-IO、命令 /數據選擇信 號 SPI-EN。 VLCD 為顯示控制腳，其主要作用是調整顯示屏的顯示對比度。為使顯示屏能清楚穩定的顯示，接入限流電阻和濾波電容。 3.4 鍵盤電路 CDMA 通訊接口模塊已經提供了 5*5 的鍵盤接口，因此大大簡化了我們的鍵盤設計，主要是與軟件相結合的功能安排了，其鍵盤功能電路如圖： 圖 12：鍵盤掃描電路 鍵盤掃描電路主要有橫掃描線（ KR1KR5）、縱掃描線（ KC1KC5）及鍵盤導電膠等組成。這些橫掃描線與縱掃描線構成 5*5 矩陣，每個交點即一個功能鍵。 在守侯狀態時，無掃描信號輸出，所有橫線由上拉電阻 保持高電平，所有縱線保持低電平，當按下某一鍵時，相關的橫線會降為低電平，即產生一個中斷信號送至中央處理器，處理器收到中斷信號后，即開始運行鍵盤掃描程序，測定出接合交叉點的位置，檢測出哪個腳被按下，從而執行相應的指令操作，完成人、機對話。 3.5 音頻電路 音頻電路作為無線電話的重要組成部分，設計的好壞直接影響到產品的質量。電話音頻電路的設計有免提電路和手柄電路的設計組成。因 CDMA 模塊直接給我們提供了相應的基本外接電路圖，這樣大大的方便了我們的設計。具體設計如下： 免提電路 免提電路由語音輸入電路和語音 輸出電路兩部分組成。語音輸入電路圖如下： 圖 13：語音輸入電路圖 語音輸入是將人的聲音通過話筒轉化為電信號，并將微弱的音頻電流送至音頻放大電路進行處理。麥克風的工作原理是人的說話聲推動空氣振動，空氣的振動改變麥克風中碳粉的排列，碳粉排列的改變引起其電阻的變化，從而實現信號的輸入。語音的輸入的可靠性直接影響到系統設計的可靠性。首先，我們通過 R31、 R31、 R32、 R33 和 C6、 C28 組成的電壓偏置電路為麥克風提供可靠的偏置電壓。其中 C6 不僅在此提供一個可靠的電壓而且還起到一個保護作用， C28 在此起到了一 個濾除高頻干擾的作用。因人的聲音有一定的頻帶范圍，為了有效的濾除外界的干擾，我們把經高頻濾波的聲音信號進行帶通濾波，帶通濾波電路有 L1， L2， C25， C26 組成。 C23， C24起隔直的作用。然后將得到的信號通過 VBAFE-MIC+和 VBAFE-MIC-與模塊相連，有模塊對語音進行相應的處理將信息傳送出去。 語音輸出電路我們采用美國國家半導體 (National Semiconductor)公司近日推出一款 Boomer 音頻放大器，型號為 LM4871。適合于移動電話，筆記本電腦和桌面機，信息家電等產品中，可以使揚 聲器輸出功率達到 2.4W。 LM4871 還具有關機模式，節約輸入電流，并省略了額外的 FEI, 同時，它還具有過熱保護功能。其管腳定義如圖： LM4871 內部結構及典型應用電路如下： 圖 14： LM4871 管腳定義 其工作原理：當 Shutdown 為低時，輸入音頻信號經第一個運放進行反向，而第二個運放輸入為 VDD/2，然后通過兩個 40K 的電阻分壓放大，實現音頻放大功能。 基于 LM4871 應用原理，我們設計語音輸出電路如下： 圖 16 語音輸出電路 首先，對經模塊處理的語音信號通過 C31、 C32 隔直濾除低頻信號，再通過 R24、 R25、 C33、 C34組成的濾波電路去除高頻。然后將信號送入 LM4871 放大，實現所需功能。 手柄電路 手柄電路的設計原理與免提電路類似，所不同的是語音輸出采用單段輸出接口，連接更方便。具體電路如下： 圖 17 語音電路 由圖 R20、 R21、 R22、 R23 和 C21、 C22 組成偏壓電路， L3、 L4、 C18、 C19 組成的帶通濾波電路， C16， C17 起隔直作用。 AUXSPKR 直接與模塊相連，但在調試過程中發現手柄撥號無雜音，通話有噪音干擾，原因是該信號存在直流分量的干擾 ，最終在該信號上加一 0.1uF 的隔直電容去除噪音。 語音電路的設計關鍵是濾除噪音，獲得最佳的語音效果，因此在設計中應力求與模塊參數相匹配，考慮各方面可能的干擾，盡可能的消除。 圖 15： LM4871 典型應用電路圖 4 軟件設計 系統的設計包括硬件和軟件設計，本人主要負責硬件設計，對于軟件設計在此只作簡單介紹。軟件作為系統的重要組成部分，用戶各種功能的實現都要通過軟件來完成。 具體實現以下功能： 1、基本功能（通話 /短信功能） 操作顯示： 1、 日期，星期，時間顯示 2、 信號強度顯示 3、 電池電量顯示 4、 短消息顯示 5、 電池電量不足時顯示低電量并且報警 注：日期與時間具有與基站校對的功能 撥打電話功能 1、使用數字鍵。 2、使用自動重撥功能。 3、重撥上一次使用的電話號碼。 4、撥打電話本中的電話。 5、使用“快速撥號”鍵，撥打存儲的號碼。 菜單功能 菜單功能主要實現類似于手機菜單的各項功能，并可根據用戶需求作出相應的調整和完善。主要包括短消息服務、電話本、通話紀錄、呼叫轉移、話機設置、 IP 電話設置等。 短信功能 短信功能主要實現短消息的讀取、編輯、保存、刪除等功能，與手機最大的不同是以數據包的形式進行傳輸，在接收 端按編號順序進行讀取。而且消息功能是網管中心實現功能的重要工具，網管中心通過短消息向用戶發送指令，進行遠程修改和處理具體問題。 本功能開通后，通話時，在對方的手機或有來電顯示功能的電話上不顯示主叫方的電話號碼。 2、暗碼功能 暗碼功能主要是為技術人員方便各項功能參數而設置的。因為各地區、各城市話機應用參數不一樣，技術人員可以在話機上直接通過暗碼進入進行參數設置。主要有短消息服務中心號碼、網管中心號碼，特服號碼，允許（禁止）呼入呼出的號段表，本地區號和 IP 號等。 3、網管功能 網管功能是為方便管理，遠程下載、 處理用戶具體問題而設置的。它主要通過短消息的形式實現各項功能。 4、與 PC 通訊功能 系統可通過 RS232 與 PC 機進行通訊，實現與 PC 的數據傳輸。 5 系統抗干擾設計 一個系統的設計除了硬件和軟件設計之外，值得大家不容忽視的就是系統的可靠性，系統的抗干擾設計。本系統作為一個無線通訊產品，涉及模擬、數字、高頻電路，可靠性的設計更具重要意義。因此，我們從系統的電路設計、元件選擇、 PCB 的規劃到系統調試、設計完成一直重視系統的可靠性，并進行相應的抗干擾設計。 5.1 抗干擾設計的分析 在電子系統設計中，為了少 走彎路和節省時間，應充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設計完成后再去進行抗干擾的補救措施。 系統 形成干擾的基本要素有三個： （ 1）干擾源，指產生干擾的元件、設備或信號，用數學語言描述如下： du/dt， di/dt 大的地方就 是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。 （ 2）傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。 （ 3）敏感器件，指容易被干擾的對象。如： A/D、 D/A 變換器，單片機，數字 IC，弱 信號放大器等。 抗干擾設計的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。 1、 抑制干擾源 抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的 du/dt， di/dt。這是抗干擾設計中最優先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。 減小干擾源的 du/dt 主要是通過在干擾源兩端并聯電容來實現。減小干擾源的 di/dt 則是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現。 抑制干擾源的常用措施如下： （ 1）繼電器線圈增加續流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加續流二極管會使繼電 器的斷開時間滯后，增加穩壓二極管后繼電器在單位時間內可動作更多的次數。 （ 2）在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（一般是 RC 串聯電路，電阻一般選幾 K 到幾十 K，電容選 0.01uF），減小電火花影響。 （ 3）給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。 （ 4）電路板上每個 IC 要并接一個 0.01F 0.1F高頻電容，以減小 IC 對電源的影響。注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯電阻，會影響濾波效果。 （ 5）布線時避免 90 度折線，減少高頻噪聲發射。 （ 6）可控硅 兩端并接 RC 抑制電路，減小可控硅產生的噪聲（這個噪聲嚴重時可能會把可控硅擊穿的）。 2、 切斷干擾傳播路徑 按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。 所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器上加蔽罩。 切斷干擾傳播路徑的常用措 施如下： （ 1）充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感 ,要給單片機電源加濾波電路或穩壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成 形濾波電路，當然條件要求不高時也可用 100電阻代替磁珠。 （ 2）如果單片機的 I/O 口用來控制電機等噪聲器件，在 I/O 口與噪聲源之間應加隔離（增加 形濾波電路）。 （ 3）注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區隔離起來，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問題。 （ 4）電路板 合理分區，如強、弱信號，數字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機，繼電器）與敏感元件（如單片機）遠離。 （ 5）用地線把數字區與模擬區隔離，數字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。 A/D、D/A 芯片布線也以此為原則，廠家分配 A/D、 D/A 芯片 引腳排列時已考慮此要求。 （ 6）單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣。 （ 7）在單片機 I/O 口，電源線，電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件 如磁珠、磁環、電源濾波器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。 3 提高 敏感器件的抗干擾性能 提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀