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藍牙芯片ROK101007是一款適合于短距離無(wú)線(xiàn)通信的射頻/基帶芯片,集成度高､功耗小,完全兼容藍牙協(xié)議Version 1.1,可嵌入任何需要藍牙功能的設備中｡該芯片包括基帶控制器､無(wú)線(xiàn)收發(fā)器､閃存等功能塊,可提供高至HCI(主機控制接口)層的功能｡此外,該芯片還提供USB､UART和PCM接口,用于與主機通信;并且支持藍牙語(yǔ)音和數據傳輸,輸出功率滿(mǎn)足藍牙二級操作的要求｡ 1 內部結構及各功能塊介紹 ROK 101 007包含五個(gè)功能塊:無(wú)線(xiàn)收發(fā)器(PBA 313 01/2)､基帶控制器､閃存､電源管理模塊､時(shí)鐘,如圖1所示｡ 1.1 無(wú)線(xiàn)收發(fā)器PBA 313 01/2 PBA 313 01/2是一個(gè)工作在2.4~2.5GHz ISM頻段的短距離微波頻率射頻收發(fā)器,使用GFSK調制,最大的TX&RX數據傳輸率為1Mbit/s｡能在可供使用的79個(gè)信道(2.402~2.480GHz)之間快速地跳頻(1600個(gè)信道/s),通道帶寬是1MHz,頻率偏差在140kHz和175kHz之間｡滿(mǎn)足藍牙二級操作,最大輸出功率是4dBm,不需要功率控制｡安裝天線(xiàn)之后,傳輸距離可達10m,符合ISM頻段的FCC和ETSI標準｡  BA 313 01/2以Radio ASIC為基礎,集成了環(huán)路濾波器､壓控振蕩器､天線(xiàn)濾波器､收發(fā)控制器､發(fā)送器和接收器等六個(gè)操作部件,如圖1所示｡各部件功能如下: ①Radio ASIC完成信號的調制和解調｡ ②環(huán)路濾波器､壓控振蕩器和Radio ASIC構成鎖相環(huán)｡環(huán)路濾波器濾除Radio ASIC輸出的誤差電壓的高頻成份和噪聲,用以保證環(huán)路所要求的性能,增加系統的穩定性｡ ③收發(fā)控制器協(xié)調接收器(RX)和發(fā)送器(TX)的工作,用以保證藍牙的全雙工傳輸｡ ④天線(xiàn)濾波器對射頻信號進(jìn)行帶通濾波｡管腳ANT(T2)是天線(xiàn)接口,應連接阻抗為500Ω的天線(xiàn)｡ 1.2 基帶控制器 基帶控制器是一個(gè)基于ARM7-Thumb的功能塊,通過(guò)UART或USB接口控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)器｡基帶控制器負責處理底層的鏈路層功能,如調頻序列的選擇等｡ 1.3 閃存 閃存以二進(jìn)制碼的格式存放藍牙固件,可與基帶控制器交換數據､地址和控制信號｡藍牙固件包括鏈路管理器和主機控制接口(HCI)｡ 鏈路管理器實(shí)現了鏈路管理協(xié)議(LMP),負責處理底層鏈路控制｡每個(gè)藍牙設備都可以通過(guò)LMP與另一個(gè)藍牙設備的鏈路管理器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信｡HCI為主機提供了訪(fǎng)問(wèn)基帶控制器､鏈路管理器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口｡主機通過(guò)HCI驅動(dòng)程序提供的一系列命令控制藍牙接口;藍牙固件的HCI收到命令后,會(huì )產(chǎn)生事件返回給主機,用來(lái)指示接口的狀態(tài)變化｡主機和HCI之間共有三類(lèi)數據傳輸: •HCI命令包 從主機發(fā)往藍牙的HCI｡ •HCI事件包 從藍牙的HCI發(fā)往主機｡ •HCI數據包 既可從主機發(fā)往HCI,也可從HCI發(fā)往主機,包括無(wú)連接(ACL)數據和同步連接(SCO)數據｡ HCI傳輸層定義了每一類(lèi)數據如何封裝以及如何通過(guò)接口進(jìn)行復用｡ROK 101 007支持兩種HCI傳輸層:UART傳輸層和USB傳輸層｡ 1.4 電源管理模塊 該模塊提供芯片所需電源｡Vcc的典型值是3.3V｡ 1.5 時(shí)鐘 該模塊內置頻率為13MHz的時(shí)鐘｡時(shí)鐘由一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生,保證定時(shí)的精度在20ppm之內｡ 2 芯片接口和主要管腳介紹 ROK 101 007與主機或其它設備互聯(lián)時(shí),有三種接口方式(參見(jiàn)圖1)｡ 2.1 USB接口 ROK 101 007的USB接口符合USB1.1規范,通過(guò)雙向端口D+&D-,數據傳輸可達到12Mbps｡當使用USB接口與主機通信時(shí),ROK 101 007是一個(gè)USB從設備｡與該接口有關(guān)的管腳有: •D+(B1)&D-(B2) 用于數據傳輸｡ •Wake up(B4)&Detach(C1) 用于與筆記本電腦互聯(lián),可用來(lái)控制筆記本電腦的狀態(tài)｡當主機處于掉電模式時(shí),如果藍牙設備收到建立連接的請求,Wake up信號就會(huì )"喚醒"主機｡而主機可通過(guò)Detach信號指示自己處于"掛起"模式｡ 2.2 UART接口 ROK 101 007的UART接口符合工業(yè)標準16C450,支持以下波速率(單位:bits/s):300,600,900,1200,1800,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400和460800｡使用愛(ài)立信自定義的一條HCI命令:HCI_Ericsson_Set_Uart_Baud_Rate可改變UART接口的波速率｡該接口中有128字節的先入先出(FIFO)緩沖器｡ 與該接口有關(guān)的四個(gè)管腳為: •TxD(B5)&RxD(A5) 用于收發(fā)數據｡ •RTS(A6)&CTS(B6) 用于數據流控制｡ 2.3 PCM語(yǔ)音接口 標準的PCM語(yǔ)音接口采樣速率為8kHz｡語(yǔ)音編碼方式可采用CVSD(連續可變斜率增量調制)､μ律(8bit)或A律(8bit)｡考慮到編碼的健壯性,應優(yōu)先選擇CVSD｡ 與PCM語(yǔ)音接口有關(guān)的管腳信號有: • CM_SYNC(A3) 設置PCM數據的采樣速率｡ • CM_OUT(A2)&PCM_IN?A1 接收或發(fā)送語(yǔ)音編碼信號｡這兩個(gè)管腳信號的方向通過(guò)編程可調｡ 3 北京郵電大學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室藍牙語(yǔ)音系統簡(jiǎn)介 利用ROK 101 007芯片開(kāi)發(fā)了一套藍牙語(yǔ)音系統,它能使現有的各種通信設備(手機或固定電話(huà))與藍牙耳機之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音傳輸,從而實(shí)現藍牙技術(shù)向現有設備的后向兼容｡ 3.1 系統構成 該系統由藍牙適配器和藍牙耳機兩部分構成｡藍牙適配器與現有的通信設備(手機)相連,實(shí)現藍牙與手機之間的信號轉換;藍牙耳機上有PTT按鈕,用于接聽(tīng)和掛斷來(lái)電｡藍牙適配器和藍牙耳機彼此之間可建立藍牙無(wú)線(xiàn)鏈路,用于傳輸語(yǔ)音､數據或控制信號｡ 系統工作流程如下:藍牙適配器是主方,上電后進(jìn)入查詢(xún)模式,自動(dòng)搜索周?chē)乃{牙設備(耳機)｡如果附近存在藍牙耳機,主方發(fā)起連接請求,與之建立藍牙數據連接(ACL連接)｡然后主方和從方進(jìn)入待機模式｡當有來(lái)電或有電話(huà)撥出時(shí),主方通知從方｡若從方?jīng)Q定接通通話(huà),則由主方建立主方與從方之間的語(yǔ)音鏈路(SCO連接),并進(jìn)入通話(huà)狀態(tài)｡ 關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)定義: 主方 是指發(fā)起連接的一方(本系統中適配器是主方); 從方 是指接收連接的一方(本系統中耳機是從方) ACL 是指異步連接鏈路,用于藍牙數據傳輸; SCO 是指同步連接鏈路,用于藍牙語(yǔ)音傳輸｡ 3.2 硬件電路 藍牙適配器和耳機的硬件結構基本相同,其電路框圖如圖2所示｡ 硬件電路主要由三個(gè)模塊組成: 單片機控制模塊 包括AT89C4051芯片和信號燈系統,完成系統的初始化､藍牙通信鏈路建立和監測手機來(lái)電等功能｡單片機通過(guò)串口與ROK 101 007連接｡ 語(yǔ)音模塊 包括MC145483語(yǔ)音編解碼電路和耳機､麥克語(yǔ)音輸入輸出外圍電路,完成語(yǔ)音的編解碼功能｡MC145483是13位線(xiàn)性PCM 編碼解碼濾波器,可完成語(yǔ)音信號的數字化和重構,與ROK 101 007的PCM語(yǔ)音接口連接｡ 藍牙模塊 包括愛(ài)立信點(diǎn)對多點(diǎn)藍牙芯片和倒F天線(xiàn)｡芯片實(shí)現藍牙通信的核心功能｡ 3.3 軟件設計 軟件設計采用直接對HCI層進(jìn)行編程｡由主機向HCI發(fā)命令,HCI收到命令后,會(huì )向下傳遞到LM層,由LM負責鏈路的建立､加密和鑒權;主機接收HCI發(fā)來(lái)的事件包,根據具體的事件采取相應的處理｡鏈路建立成功后,語(yǔ)音流使用連續可變斜率增量調制(CVSD)技術(shù),獲得高質(zhì)量的音頻編碼｡ 軟件流程由四個(gè)功能模塊組成,如圖3所示｡ 初始化模塊:初始化藍牙芯片及各狀態(tài)變量; 事務(wù)調度模塊:根據返回的事件狀態(tài)參數對系統事務(wù)調度,跳轉到返回事件處理模塊中｡ 藍牙返回事件處理模塊:各個(gè)子程分別處理藍牙各個(gè)返回事件｡ 中斷模塊:包括外部中斷模塊和串口中斷模塊｡外部中斷模塊判斷手機是否有來(lái)電(僅主方需要);串口中斷模塊負責藍牙數據包和事件包的接收和發(fā)送｡ 3.4 系統特點(diǎn)及使用效果 該語(yǔ)音系統最大的特點(diǎn)是實(shí)現了與現有通信設備的后向兼容｡用戶(hù)無(wú)需更換現有的不具藍牙功能的通信設備,就可享受到無(wú)線(xiàn)通信帶來(lái)的便捷｡如何使現有設備與新技術(shù)產(chǎn)品之間保持平滑的過(guò)渡或者無(wú)縫連接是每個(gè)研發(fā)人員在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)要著(zhù)重考慮的問(wèn)題｡正是基于以上考慮,才開(kāi)發(fā)了這套藍牙語(yǔ)音系統,旨在把藍牙產(chǎn)品盡快地推向市場(chǎng)｡ 經(jīng)試用后,該系統話(huà)音清晰穩定(可達到市話(huà)標準),當有來(lái)電或有電話(huà)撥出時(shí),主從設備之間切換迅速,用戶(hù)感覺(jué)不到明顯的時(shí)延差異｡該系統性?xún)r(jià)比高,有很好的市場(chǎng)推廣前景｡ |
