(2)主控模塊與A/D模塊之間采用SPI串行同步通信。SPI的主要初始控制字配置如下：首先開啟SPI使能和關閉SPI中斷使能，工作模式選擇主機模式，數據次序設為MSB首先發送，主機SCK速率設為fosc/2(fosc為系統主時鐘)。在進行數據傳輸時，BCLK信號作為串行時鐘來決定串行傳輸速率。在ADCLRC信號的同步下，音頻數據由ADCDAT傳入主控模塊進行壓縮編碼處理。
(3)主控模塊與RF模塊之間采用USART串行異步通信。USART主要初始控制字配置如下：開啟發送使能，同時關閉接收使能，工作模式選擇異步奇校驗操作模式，波特率設置為１Mbps，數據為8位，停止位為2位。在向RF模塊發送數據時，為保證和接收子系統同步，以ADCLRC信號作為同步信號。
(4) 接收子系統與發送子系統硬件的連接。除了兩個數據傳送端口外，其他連接基本一致。將ATmega48的PB4、PD1與ADCDAT、DATA斷開，且將PB3(MOSI)與WM8731的DACDAT相連，同時將PB3設置為輸出端口。另外，將PD0(RXD)與nRF2401的DATA相連,同時將PD0設置為輸入端口。此外，在USART初始設置上要開啟接收使能而關閉發送使能即可。
3 主控模塊的軟件流程
由于nRF2401的數據傳輸率為1Mbps，而從WM8739對模擬信號抽樣量化后的數據長度為16bit，左右聲道的采樣率均為44.1kHz,若不對數據進行編碼壓縮，則需要1.41Mbps(16bit×44.1kHz×2)的數據傳輸帶寬，顯然超出了RF模塊的數據傳輸能力。為了充分利用線路資源，而又不希望明顯降低音頻信號的質量，就要對數據作進一步壓縮，本文采用自適應差分脈沖編碼調制ADPCM (Adaptive Difference Pulse Code Modulation)的壓縮算法。
ADPCM是利用樣本與樣本之間的高度相關性和量化階自適應來壓縮數據的一種波形編碼技術，它綜合了APCM的自適應特性和DPCM系統的差分特性，是一種性能較好的波形編碼。ADPCM的核心思想是：利用自適應改變量化階的大小，即使用小的量化階去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的差值；使用過去的樣本值估算下一個輸入樣本的預測值，使實際樣本值和預測值之間的差值總是最小。ADPCM記錄的量化值不是每個采樣點的幅值，而是該點的幅值與前一個采樣點幅值之差。這樣16bit的數據經ADPCM編碼之后只需4bit表示其差值，數據壓縮比為4:1。接收端的譯碼器使用與發送端相同的算法，利用傳送來的信號確定量化器和逆量化器中的量化階大小，并且用它來計算下一個接收信號的預測值。ADPCM算法實現框圖如圖3所示。
為了保證數據傳輸的有效性，以及避免其他同頻率信號的干擾，定義了如表1所示的傳輸數據的幀結構。
數據幀的總長度為64B，其中幀頭為1B，用于射頻芯片進行幀同步的前導碼，3B，用于USART進行幀同步的同步碼，3B作為地址碼。另外為了保證接收端解碼后的數據的連續性，整個程序流程將引入“雙緩存區結構”即存儲區和發送區，在發送一幀數據(位于發送區)的同時，要完成對當前幀數據的壓縮編碼及存儲(存于存儲區)，在存儲區放滿之后要將該存儲區則變為發送區，而原來的發送區變為新的存儲區。在一幀的結尾還要產生一個CRC循環校驗碼，便于在接收端判斷傳送數據是否正確有效。接收端收到數據時，要先通過地址碼判斷數據是否有效，其余過程為發送端的逆過程。發送子系統程序流程如圖4所示。
為避免在2.4GHz公共頻段上容易出現的對音質的干擾，本系統提供了頻點選擇功能，有125個頻點可選。如果系統在工作過程中，發現有較強的噪音出現，即在當前頻點存在干擾影響輸出音質時，可選擇新的工作頻點，以保持產品良好的使用效果。
4 實驗結果與結論
本系統的設計充分利用了ATmega48豐富的片上外設，方便地實現了對語音芯片WM8739/8731和單片無線收發芯片nRF2401的連接。本系統應用于點對點的無線數據傳輸中，系統工作于ISM頻段，有125個可選頻點，44.1Kbps數字音頻采樣率，16bit樣本量化級，20Hz~20kHz頻率響應，音頻輸出達到CD音質效果，有效傳輸距離達到100m，有障礙物情況下能達到40m。
本系統為無線傳輸系統提供了一種比較實用且經濟的解決方案，可以廣泛地應用于無線耳機、話筒，小范圍內的廣播、家庭影院的后置音箱、多功能會議廳、多房間無線音響系統，無線教室教學系統等場合。
參考文獻
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