硬件架構

MCF5213處理器

        MCF5213是Freescale半導體公司Coldfire系列嵌入式處理器中一款低成本、低功耗的32位微處理器。它提供了一個電路設計簡單的單片式處理器解決方案，最高可配置256KB高性能、近乎單點接入、隔行掃描的可靠嵌入式閃存。MCF5213具有BGA和QFP兩種封裝，主頻最高為80MHz。

        MCF521X處理器內部集成乘加器 (MAC)完成類似DSP的功能，可以實現G.726格式的語音編解碼軟件，碼流低、音效好。同時處理器具有低功耗特性，其內部的模塊化時鐘可以在所有運行模式下啟用和停用，內部PLL電路可以對系統時鐘進行靈活的設置，其最大電流通常不超過1mA/MHz。

        圖1為MCF521X系列處理器內部架構圖，MCF5213內置32KB SRAM、256KB Flash。MCF521X處理器的Flash 存儲空間以及SRAM，可以容納mC/OS-II操作系統在片內存儲和運行，省去了一般嵌入式系統所需的外圍存儲芯片，簡化了外圍設計電路，也使得系統的整體成本大大降低。 
                          
                                                                    圖1 MCF521X處理器內部架構

        除了處理器內置的存儲器外，MCF521X系列處理器還集成了豐富的外設接口，以便于與其他系統的互連。外設包括：三個異步收發器(UART)、I2C、QSPI、GPIO、A/D、PWM、CAN總線等資源。如圖2所示，可方便的擴展其他功能及和外部通訊。 
                        
                                                           圖2：MCF5213內置資源可擴展豐富外設

HHCF5213對講機構

        基于MCF5213處理器豐富的片內資源及低功耗設計，華恒科技提供的HHCF5213-R1 Zigbee無線音頻對講系統架構如圖3所示。 
                    
                                      圖3 基于MCF5213及Zigbee無線技術的音頻應用系統框圖

系統構成

G.726實時音頻編解碼

        簡單的音頻采集回放過程：從麥克風輸入的音頻信號經AD轉換，在CPU內進行G.726的壓縮編碼、解碼后，從PWM口輸出，再經一個積分電路、放大電路，輸出音頻信號。如圖4所示。 
                           
                                                                           圖4 音頻回放流程圖

        音頻采集由M5213處理器內部的AD接口直接支持，無須額外的Codec芯片及復雜的電路。音頻采樣率設為8kHz，即每隔125us采樣一次；而對一個數據點進行G.726的壓縮編碼、解碼所需時間約為80us，所以系統可以實現實時的G.726壓縮編解碼。

        G.726編碼簡單來說就是把16bit的音頻數據壓縮為2bit的數據,解碼則是把2bit的數據恢復成16bit的數據。目前我們提供的G.726編解碼已經做成模塊的形式，直接進行函數調用即可，在模塊里進行音頻數據的G.726壓縮編解碼。傳入參數為一個指向音頻數據的指針，傳出參數編碼、解碼后的音頻數據。將PWM用作D/A口解碼輸出音頻時，需要一個由運放構成的積分放大電路。

        對講系統軟件采用mc/OS-II嵌入式實時操作系統實現編程，例程從略。

Zigbee無線音頻傳輸

        Zigbee于2004年底通過IEEE802.15.4標準，是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。主要用于近距離無線連接。它依據802.15.4標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線傳輸將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高?？梢灶A計Zigbee將廣泛應用到包括工業控制、消費性電子設備、汽車自動化、農業自動化和醫用設備控制等領域。

   圖5為Freescale提供的符合IEEE 802.15.4標準的MC13192射頻數據調制解調器及系統框圖。MC13192的特性包括：
*根據IEEE 802.15.4標準的Zigbee技術；
*全頻譜編碼和譯碼；
*經濟高效的CMOS設計幾乎不需要外部元件；
*可編程的時鐘，供基帶MCU使用；
*標準的4線SPI接口(以4MHz或更高頻率運行)，7條GPIO線路；
*可編程的輸出功率，為0 dBm~3.6dBm；
*在分組錯誤率為1%的情況下，其接收靈敏度達到-92dBm(典型值)；
*采用DSSS擴頻通信技術，最大速率為250kbps，共有16個信道。 
                              
                                                                                     圖5：Zigbee系統結構框圖

        Zigbee是以一個個獨立的工作節點為依托，通過無線通信組成星狀、片狀或網狀網絡，因此,每個節點的功能并非都相同。為降低成本，系統中大部分的節點為子節點，從組網通信上，它只是其功能的一個子集，稱為精簡功能設備；而另外還有一些節點，負責與所控制的子節點通信、匯集數據和發布控制，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設備(也稱為協調器)。也就是說，基于HHCF5213-R1系統，可以實現點對點的直接音頻雙向傳輸，也可以通過Zigbee的網關來實現無線數據的中轉和互傳,如圖6所示。 
                                 
                                                                        圖6 點對點音頻無線傳輸系統功能框圖

結語

        基于MCF5213處理器和實時操作系統uC/OS-II，以及Zigbee無線技術的高可靠性、低功耗的無線連接功能，可用于低碼流音頻、數據傳輸。華恒科技可提供有關開發工具及技術支持。