DMR通信协议与数字对讲机基带模块设计

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引 言
    随着嵌入式技术的发展，单片机、DSP、arm等处理器已经广泛应用于通信行业，尤其是在无线通信领域更是有其不可替代的作用。本设计中所用的核心器件MSP430FG4619是TI公司推出的MCU，TMS320VC5510(简称“VC5510”)是TI公司的5000系列DSP，而语音编解码芯片AMBE一2000也是以DSP为内核的。

    无线对讲机由于具有即时通信、经济实用、成本低廉、使用方便以及无需通信费等优点，因此广泛应用在民用、紧急事件处理等方面。尤其在紧急事件处理以及没有手机网络覆盖的情况，对讲机更加显示出它的不可取代的地位。如今，模拟对讲机仍然占据绝大部分的市场，但是由于数字通信可以提供更丰富的业务种类，更好的业务质量、保密特性和连接性，以及更高的频谱效率，因此数字对讲机的研究、生产和使用是与时俱进的，符合信息化、数字化发展的必然趋势。DMR(Digital Mobile Radi0，数字移动无线电)协议是欧洲电信标准协会(ETSI)于2004年所提出的一种新型的数字集群通信协议，具有很好的发展前途。

1 DMR通信协议的简要介绍
    DMR协议使用一种双时隙TMDA接入的方式，每个突发2个时隙，每个时隙30 ms。其中每个时隙都有1．5 ms的保护时间。DMR协议结构遵守一种普通的分层结构，这种结构适用于描述参考资料和说明分层的通信结构。DMR标准定义了一种模型草案，把模型分成3层，如图1所示。

2 整体设计及系统工作原理
    整个基带系统的核心器件为信号处理器件和控制器件。其中，信号处理器件选择TI公司的DSP芯片VC5510，控制器件为TI公司的MSP430FG4619单片机。

    DSP的主要功能自然是数字信号的处理，本设计中VC5510实现信令编解码、语音数据的收发(与AMBE一2000)的通信、帧同步、4FSK调制解调等功能。

    MCU是整个系统的控制中心，人机接口(键盘、显示)与MCU直接相连。MSP430FG4619实现与射频模块的通信(包括基带信号发送接收、射频频点控制、信道检测等)，DMR协议的高层控制(信令)，人机接口互通等功能。MSP430FG4619是TI公司推出的一种超低功耗的16位单片机口，具有丰富的片内外围资源，有丰富的定时器、各类串口、显示驱动、AD／DA等功能，通用端口也可对位进行操作。

    语音编解码器件为AMBE一2000，内核其实也是DSP。它是一种采用MBE(AMBE)算法的高性能多速率语音编解码芯片，用于实现对数字语音数据的编码及解码，其编解码速率可以硬件、软件控制，根据DMR协议的需要以及AMBE一2000的特点，编解码速率选择为3．6kbps。与AMBE一2000相连的AD／DA转换器选择为AD73311，其兼容性非常好，广泛用于完成语音信号的模拟／数字互相转换。MSP430FG4619FG4619自带的AD／DA与射频接口相连，完成最终基带信号的数字／模拟相互转换。

    信令与语音的通信机理是不一样的：信令发送端由人机接口发起，通过MCU组帧，送往DSP编码，再交由MCU进行D／A转换，经射频模块发送出去；接收端的信号经过MCU的A／D转换后送往DSP进行解码，解码成帧后送往MCU进行处理。而语音的编解码完全由AMBE一2000来实现，经过DSP中转，由MCU进行发送或接收。

3 关键模块电路连接原理
3．1 MCU与DSP之间的连接
    由于VC5510具有增强主机接口(EHPI)，因此可以直接将主机接口的相应引脚与MCU相连。其中HINT为送往主机的中断，必须为MCU中具有中断功能的通用I／O口，设计中选择P1．3，其他引脚可以为一般的GPIO。其电路连接原理图如图2所示。

    HCS为片选信号，始终有效。HMODE为复用／非复用选择信号，低电平为复用模式。HlBE0和HBE1用来选择高的字节数据有效，本设计中接地，表示高低字节均有效(16位)。HR／W确定HPI的读／写模式。HCNTL0、HCNTL1联合用来确定主机访问HPI的哪个寄存器：地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID、控制寄存器HPIC。HRDY为从机(DSP)数据准备好信号。HINT用于从机(DSP)中断主机(MCU)。

    MCU可以通过与HPI相连的相应引脚直接访问DSP的片内RAM，是一种DMA模式，而无需DSP参与，真正体现了主机一从机模式。在主机访问从机片内资源时，从机可以独立地执行其他任务。主机需要从机响应时(有信令发往DSP)，MCU可以通过访问DSP的主机控制寄存器HPIC的特定位来向DSP发送一个中断；

    从机DSP需要主机响应时(向MCU发送信令)，也可以通过HINT引脚来中断主机。实验证明，这种连接方法方便有效，可以实现无差错通信。

3．2 DSP与AMBE一2000的连接
    VC5510与AMBE一2000之间可以方便地通过多通道缓冲串口(McBSP)来连接。而AMBE一2000的数据准备好信号EPR应该连到DSP的一个外部中断INT3上。

这部分的电路连接如图4所示。

    设计中，AMBE一2000采用主动模式，因此AMBE一2000的发送帧同步信号(CHAN_TX_STRB)由自己提供，其他的时钟均由DSP提供。串口时钟频率应当低于2 MHz。

3．3 AD／DA功能
    在前期的设计中，AD／DA功能是使用专门的芯片来实现的，与DSP相连。但是由于DSP资源紧张，再加上成本的考虑，决定使用MSP430FG4619自带的AD／DA功能来实现，其中MSP430FG4619的ADC和DAC都是12位的，有16路ADC通道和2路DAC通道。采样参考电压、采样率、采样触发信号、采样模式等都很丰富，可以软件编程控制。因此，使用MCU自带的AD／DA功能是一个既方便又实用的方法。

4 软件简要总体设计
    由于分为信令线和语音线这两条线，因此软件设计也应围绕这两条线分别设计：协议的底层部分由VC5510来完成，主要实现信令的编码／解码、4FSK调制解调、帧同步以及时隙；高层部分则完全是在MCU中实现的。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)