本發(fā)明屬于信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

專業(yè)實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生所學(xué)知識和技能的一個綜合性的應(yīng)用訓(xùn)練，是應(yīng)用型本科學(xué)生豐富實(shí)踐知識和專業(yè)技能，獲得工程實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力、分析與解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。因此，專業(yè)實(shí)驗(yàn)這一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的有效開展對于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型通信工程專業(yè)本科人才具有舉足輕重的作用。

當(dāng)前，大多數(shù)高校信息類專業(yè)均開設(shè)有專業(yè)實(shí)驗(yàn)，但現(xiàn)有專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備均存在一些弊端，比如：現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，不利于進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較陳舊，執(zhí)行過于集中，綜合程度不足，缺乏特色等。上述問題的存在限制了學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對專業(yè)綜合素質(zhì)與實(shí)踐動手能力的較大提升，也難以形成對本專業(yè)更全面更清晰的再認(rèn)知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較陳舊，執(zhí)行過于集中，綜合程度不足的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，包括語音信號轉(zhuǎn)換模塊，語音信號轉(zhuǎn)換模塊包括聲電轉(zhuǎn)換芯片和電聲轉(zhuǎn)換芯片，聲電轉(zhuǎn)換芯片通過導(dǎo)線與基于DSP的信號采集與處理模塊連接，基于DSP的信號采集與處理模塊又分別與基于MCU的控制模塊、基于FPGA的FM無線語音通信模塊連接，基于MCU的控制模塊還與基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接，基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊又通過無線連接的方式與帶wifi的PC機(jī)連接，基于FPGA的FM無線語音通信模塊又與語音信號轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的電聲轉(zhuǎn)換芯片連接。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

基于DSP的信號采集與處理模塊包括DSP芯片，DSP芯片連接有電源模塊a，DSP芯片通過AD芯片與聲電轉(zhuǎn)換芯片連接，DSP芯片通過DA芯片與基于FPGA的FM無線語音通信模塊連接，DSP芯片還與基于MCU的控制模塊連接。

基于MCU的控制模塊包括單片機(jī)，單片機(jī)連接有電源模塊b，單片機(jī)通過I/O口與液晶連接，單片機(jī)還分別與所述基于DSP的信號采集與處理模塊、基于FPGA的FM無線語音通信模塊、基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接。

基于FPGA的FM無線語音通信模塊包括FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接有電源模塊c，F(xiàn)PGA芯片連接FM立體聲發(fā)送芯片后與基于DSP的信號采集與處理模塊的DA芯片連接，F(xiàn)PGA芯片連接FM立體聲接收芯片后與電聲轉(zhuǎn)換芯片連接，F(xiàn)PGA芯片還與基于MCU的控制模塊的單片機(jī)連接。

基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括ARM處理器，ARM處理器連接有電源模塊d，ARM處理器的USART1接口分別與WiFi模塊和USB轉(zhuǎn)串口芯片連接，ARM處理器的USART6接口還與基于MCU的控制模塊的單片機(jī)連接。

本發(fā)明的有益效果是，一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，各個模塊功能劃分清晰，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，既包括軟件實(shí)驗(yàn)又包括了硬件實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)行各模塊單獨(dú)實(shí)驗(yàn)，也可以綜合應(yīng)用各模塊，完成語音信號的全雙工通信，而且可以在液晶上實(shí)時顯示語音終端的工作參數(shù)與狀態(tài)信息，同時還可以利用上位機(jī)參數(shù)配置GUI軟件通過驅(qū)動WiFi通信完成對語音終端的參數(shù)在線配置、工作狀態(tài)監(jiān)測與指令操作控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置中語音信號轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置中基于DSP的信號采集與處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置中基于MCU的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置中基于FPGA的FM無線語音通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置中基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.語音信號轉(zhuǎn)換模塊，2.基于DSP的信號采集與處理模塊，3.基于MCU的控制模塊，4.基于FPGA的FM無線語音通信模塊，5.基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊，6.USB轉(zhuǎn)串口芯片，7.聲電轉(zhuǎn)換芯片，8.電聲轉(zhuǎn)換芯片，9.DSP芯片，10.AD芯片，11.DA芯片，12.電源模塊a，13.單片機(jī)，14.液晶，15.電源模塊b，16.FPGA芯片，17.FM立體聲發(fā)送芯片，18.電源模塊c，19.FM立體聲接收芯片，20.ARM處理器，21.電源模塊d，22.WiFi模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明開發(fā)一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置包含模擬通信方式、數(shù)字通信方式、有線通信、無線通信、點(diǎn)對點(diǎn)通信以及網(wǎng)絡(luò)通信，而且各模塊既可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)又可以相互組合進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)。

一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括語音信號轉(zhuǎn)換模塊1，其中，如圖2所示，語音信號轉(zhuǎn)換模塊1包括聲電轉(zhuǎn)換芯片7和電聲轉(zhuǎn)換芯片8，聲電轉(zhuǎn)換芯片7通過導(dǎo)線與基于DSP的信號采集與處理模塊2連接，基于DSP的信號采集與處理模塊2又分別與基于MCU的控制模塊3、基于FPGA的FM無線語音通信模塊4連接，基于MCU的控制模塊3還與基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5連接，基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5又通過無線連接的方式與帶wifi的PC機(jī)連接，基于FPGA的FM無線語音通信模塊4又與語音信號轉(zhuǎn)換模塊1內(nèi)的電聲轉(zhuǎn)換芯片8連接。

如圖3所示，基于DSP的信號采集與處理模塊2包括DSP芯片9，DSP芯片9連接有電源模塊a12，DSP芯片9通過AD芯片10與聲電轉(zhuǎn)換芯片7連接，DSP芯片9通過DA芯片11與基于FPGA的FM無線語音通信模塊4連接，DSP芯片9還與基于MCU的控制模塊3連接。

如圖4所示，基于MCU的控制模塊3，包括單片機(jī)13，單片機(jī)13連接有電源模塊b15，單片機(jī)13通過I/O口與液晶14連接，單片機(jī)13還分別與基于DSP的信號采集與處理模塊2、基于FPGA的FM無線語音通信模塊4、基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5連接。

如圖5所示，基于FPGA的FM無線語音通信模塊4包括FPGA芯片16，F(xiàn)PGA芯片16連接有電源模塊c18，F(xiàn)PGA芯片16連接FM立體聲發(fā)送芯片17后與基于DSP的信號采集與處理模塊2的DA芯片11連接，F(xiàn)PGA芯片16連接FM立體聲接收芯片19后與電聲轉(zhuǎn)換芯片8連接，F(xiàn)PGA芯片16還與基于MCU的控制模塊3的單片機(jī)13連接。

如圖6所示，基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5包括ARM處理器20，ARM處理器20連接有電源模塊d21，ARM處理器20的USART1接口分別與WiFi模塊22和USB轉(zhuǎn)串口芯片6連接，ARM處理器20的USART6接口還與所述基于MCU的控制模塊3的單片機(jī)13連接。

其中，語音信號轉(zhuǎn)換模塊1內(nèi)的聲電轉(zhuǎn)換芯片7采用MAX9814，電聲轉(zhuǎn)換芯片8采用PAM8403；

基于DSP的信號采集與處理模塊2內(nèi)的DSP芯片9采用TMS320VC5416，AD芯片10采用TLV2541，DA芯片11采用TLV5636；

基于MCU的控制模塊3內(nèi)的單片機(jī)13采用C8051F340，液晶14采用HS12864-15C；

基于FPGA的FM無線語音通信模塊4內(nèi)的FPGA芯片16采用CycloneII系列的EP2C5T144C8N，F(xiàn)M立體聲發(fā)送芯片17和FM立體聲接收芯片19均采用RDA5820。

基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5內(nèi)的ARM處理器20采用STM32F407，WiFi模塊22采用ESP8266，USB轉(zhuǎn)串口芯片6采用CH340。

本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，既可以各模塊單獨(dú)實(shí)驗(yàn)，又可以聯(lián)合應(yīng)用所有模塊進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)，語音信號轉(zhuǎn)換模塊1通過聲電轉(zhuǎn)換芯片7將輸入的語音聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，并對語音電信號進(jìn)行隔直流、放大、抗混疊濾波等預(yù)處理后發(fā)送給AD芯片10，聲電轉(zhuǎn)換芯片7由基于DSP的信號采集與處理模塊2為其提供+3.3V電壓輸入；另一方面，電聲轉(zhuǎn)換芯片8對經(jīng)過處理的語音電信號進(jìn)行功率放大，并驅(qū)動揚(yáng)聲器將語音電信號轉(zhuǎn)換為聲信號輸出，基于FPGA的FM無線語音通信模塊4為電聲轉(zhuǎn)換芯片8提供+5V電壓輸入。

基于DSP的信號采集與處理模塊2收到語音信號轉(zhuǎn)換模塊1發(fā)送的語音電信號時，基于DSP的信號采集與處理模塊2內(nèi)的AD芯片10對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，DSP芯片9通過MCBSP1接收AD轉(zhuǎn)換后的信號并對其進(jìn)行濾波等數(shù)字信號處理，然后再通過MCBSP1發(fā)送給DA芯片11進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，還原為模擬信號；另外，通過DSP芯片9的SPI接口接收基于MCU的控制模塊3發(fā)送的工作模式與參數(shù)信息，并實(shí)現(xiàn)工作模式與參數(shù)的在線更新；基于DSP的信號采集與處理模塊2可以通過USB或基于MCU的控制模塊3為其提供+5V電源輸入，然后通過正向低壓降穩(wěn)壓器輸出DSP芯片9所需的+3.3V工作電壓。

基于MCU的控制模塊3內(nèi)的單片機(jī)13通過UART1接收由基于LabVIEW的GUI模塊經(jīng)基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?、頻率等參數(shù)，并將系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息反饋給GUI軟件進(jìn)行顯示，然后分別通過UART0和SPI將系統(tǒng)工作模式與參數(shù)信息傳輸給基于FPGA的FM無線語音通信模塊4和基于DSP的信號采集與處理模塊2，以控制它們按系統(tǒng)規(guī)定的工作模式正常工作；另外，單片機(jī)13通過并口控制液晶14實(shí)時更新顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息。

基于FPGA的FM無線語音通信模塊4內(nèi)的FPGA芯片16利用UART接口接收基于MCU的控制模塊3傳輸?shù)南到y(tǒng)工作模式與參數(shù)信息，并且利用兩對I2C接口控制FM立體聲發(fā)送芯片17和FM立體聲接收芯片19按照指定參數(shù)與模式正常工作。

基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊5內(nèi)的ARM處理器20利用USART1驅(qū)動ESP8266WiFi芯片接收上位機(jī)發(fā)送的工作模式與頻率等參數(shù)信息，并將接收的參數(shù)信息通過USART6接口傳輸給基于MCU的控制模塊3；另一方面，ARM處理器20借助USART6接口接收由基于MCU的控制模塊3發(fā)送的系統(tǒng)工作狀態(tài)信息，并利用USART1驅(qū)動ESP8266WiFi芯片將上述信息發(fā)送給上位機(jī)，以完成系統(tǒng)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測。

本發(fā)明一種支持多種通信方式的模塊化通信實(shí)驗(yàn)裝置，綜合性強(qiáng)，覆蓋專業(yè)知識與技能范圍廣，專業(yè)特色突出。該實(shí)驗(yàn)裝置主要包括的模塊，分別為：語音信號轉(zhuǎn)換模塊、基于DSP的信號采集與處理模塊、基于MCU的控制模塊、基于FPGA的FM無線語音通信模塊、基于ARM的WiFi數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信模塊，既有軟件實(shí)驗(yàn)，又有硬件實(shí)驗(yàn)；可以通過液晶實(shí)時顯示系統(tǒng)的工作參數(shù)與狀態(tài)信息；利用上位機(jī)參數(shù)配置GUI軟件通過驅(qū)動WiFi通信完成對系統(tǒng)的參數(shù)在線配置、工作狀態(tài)監(jiān)測與指令操作控制。