一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置的制作方法

本发明属于信息类专业实验设备技术领域，具体涉及一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置。

背景技术：

专业实验是实现本专业培养目标的一个重要实践教学环节，是对学生所学知识和技能的一个综合性的应用训练，是应用型本科学生丰富实践知识和专业技能，获得工程实践能力、理论联系实际能力、分析与解决实际问题能力和创新能力的重要途径。因此，专业实验这一实践教学环节的有效开展对于培养高素质应用型通信工程专业本科人才具有举足轻重的作用。

当前，大多数高校信息类专业均开设有专业实验，但现有专业实验设备均存在一些弊端，比如：现有实验装置实验内容单一，不利于进行综合实验，实验内容比较陈旧，执行过于集中，综合程度不足，缺乏特色等。上述问题的存在限制了学生通过实验实现对专业综合素质与实践动手能力的较大提升，也难以形成对本专业更全面更清晰的再认知。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，解决了现有技术中存在的实验装置实验内容单一，实验内容比较陈旧，执行过于集中，综合程度不足的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，包括语音信号转换模块，语音信号转换模块包括声电转换芯片和电声转换芯片，声电转换芯片通过导线与基于DSP的信号采集与处理模块连接，基于DSP的信号采集与处理模块又分别与基于MCU的控制模块、基于FPGA的FM无线语音通信模块连接，基于MCU的控制模块还与基于ARM的WiFi数字网络通信模块连接，基于ARM的WiFi数字网络通信模块又通过无线连接的方式与带wifi的PC机连接，基于FPGA的FM无线语音通信模块又与语音信号转换模块内的电声转换芯片连接。

本发明的特点还在于，

基于DSP的信号采集与处理模块包括DSP芯片，DSP芯片连接有电源模块a，DSP芯片通过AD芯片与声电转换芯片连接，DSP芯片通过DA芯片与基于FPGA的FM无线语音通信模块连接，DSP芯片还与基于MCU的控制模块连接。

基于MCU的控制模块包括单片机，单片机连接有电源模块b，单片机通过I/O口与液晶连接，单片机还分别与所述基于DSP的信号采集与处理模块、基于FPGA的FM无线语音通信模块、基于ARM的WiFi数字网络通信模块连接。

基于FPGA的FM无线语音通信模块包括FPGA芯片，FPGA芯片连接有电源模块c，FPGA芯片连接FM立体声发送芯片后与基于DSP的信号采集与处理模块的DA芯片连接，FPGA芯片连接FM立体声接收芯片后与电声转换芯片连接，FPGA芯片还与基于MCU的控制模块的单片机连接。

基于ARM的WiFi数字网络通信模块包括ARM处理器，ARM处理器连接有电源模块d，ARM处理器的USART1接口分别与WiFi模块和USB转串口芯片连接，ARM处理器的USART6接口还与基于MCU的控制模块的单片机连接。

本发明的有益效果是，一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，各个模块功能划分清晰，结构简单，通用性强，既包括软件实验又包括了硬件实验，可以进行各模块单独实验，也可以综合应用各模块，完成语音信号的全双工通信，而且可以在液晶上实时显示语音终端的工作参数与状态信息，同时还可以利用上位机参数配置GUI软件通过驱动WiFi通信完成对语音终端的参数在线配置、工作状态监测与指令操作控制。

附图说明

图1是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置的整体结构示意图；

图2是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置中语音信号转换模块的结构示意图；

图3是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置中基于DSP的信号采集与处理模块的结构示意图；

图4是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置中基于MCU的控制模块的结构示意图；

图5是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置中基于FPGA的FM无线语音通信模块的结构示意图；

图6是本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置中基于ARM的WiFi数字网络通信模块的结构示意图。

图中，1.语音信号转换模块，2.基于DSP的信号采集与处理模块，3.基于MCU的控制模块，4.基于FPGA的FM无线语音通信模块，5.基于ARM的WiFi数字网络通信模块，6.USB转串口芯片，7.声电转换芯片，8.电声转换芯片，9.DSP芯片，10.AD芯片，11.DA芯片，12.电源模块a，13.单片机，14.液晶，15.电源模块b，16.FPGA芯片，17.FM立体声发送芯片，18.电源模块c，19.FM立体声接收芯片，20.ARM处理器，21.电源模块d，22.WiFi模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明开发一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，该实验装置包含模拟通信方式、数字通信方式、有线通信、无线通信、点对点通信以及网络通信，而且各模块既可以单独进行实验又可以相互组合进行综合实验。

一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，整体结构如图1所示，包括语音信号转换模块1，其中，如图2所示，语音信号转换模块1包括声电转换芯片7和电声转换芯片8，声电转换芯片7通过导线与基于DSP的信号采集与处理模块2连接，基于DSP的信号采集与处理模块2又分别与基于MCU的控制模块3、基于FPGA的FM无线语音通信模块4连接，基于MCU的控制模块3还与基于ARM的WiFi数字网络通信模块5连接，基于ARM的WiFi数字网络通信模块5又通过无线连接的方式与带wifi的PC机连接，基于FPGA的FM无线语音通信模块4又与语音信号转换模块1内的电声转换芯片8连接。

如图3所示，基于DSP的信号采集与处理模块2包括DSP芯片9，DSP芯片9连接有电源模块a12，DSP芯片9通过AD芯片10与声电转换芯片7连接，DSP芯片9通过DA芯片11与基于FPGA的FM无线语音通信模块4连接，DSP芯片9还与基于MCU的控制模块3连接。

如图4所示，基于MCU的控制模块3，包括单片机13，单片机13连接有电源模块b15，单片机13通过I/O口与液晶14连接，单片机13还分别与基于DSP的信号采集与处理模块2、基于FPGA的FM无线语音通信模块4、基于ARM的WiFi数字网络通信模块5连接。

如图5所示，基于FPGA的FM无线语音通信模块4包括FPGA芯片16，FPGA芯片16连接有电源模块c18，FPGA芯片16连接FM立体声发送芯片17后与基于DSP的信号采集与处理模块2的DA芯片11连接，FPGA芯片16连接FM立体声接收芯片19后与电声转换芯片8连接，FPGA芯片16还与基于MCU的控制模块3的单片机13连接。

如图6所示，基于ARM的WiFi数字网络通信模块5包括ARM处理器20，ARM处理器20连接有电源模块d21，ARM处理器20的USART1接口分别与WiFi模块22和USB转串口芯片6连接，ARM处理器20的USART6接口还与所述基于MCU的控制模块3的单片机13连接。

其中，语音信号转换模块1内的声电转换芯片7采用MAX9814，电声转换芯片8采用PAM8403；

基于DSP的信号采集与处理模块2内的DSP芯片9采用TMS320VC5416，AD芯片10采用TLV2541，DA芯片11采用TLV5636；

基于MCU的控制模块3内的单片机13采用C8051F340，液晶14采用HS12864-15C；

基于FPGA的FM无线语音通信模块4内的FPGA芯片16采用CycloneII系列的EP2C5T144C8N，FM立体声发送芯片17和FM立体声接收芯片19均采用RDA5820。

基于ARM的WiFi数字网络通信模块5内的ARM处理器20采用STM32F407，WiFi模块22采用ESP8266，USB转串口芯片6采用CH340。

本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，既可以各模块单独实验，又可以联合应用所有模块进行综合实验，语音信号转换模块1通过声电转换芯片7将输入的语音声信号转换为电信号，并对语音电信号进行隔直流、放大、抗混叠滤波等预处理后发送给AD芯片10，声电转换芯片7由基于DSP的信号采集与处理模块2为其提供+3.3V电压输入；另一方面，电声转换芯片8对经过处理的语音电信号进行功率放大，并驱动扬声器将语音电信号转换为声信号输出，基于FPGA的FM无线语音通信模块4为电声转换芯片8提供+5V电压输入。

基于DSP的信号采集与处理模块2收到语音信号转换模块1发送的语音电信号时，基于DSP的信号采集与处理模块2内的AD芯片10对接收到的信号进行数据采集，DSP芯片9通过MCBSP1接收AD转换后的信号并对其进行滤波等数字信号处理，然后再通过MCBSP1发送给DA芯片11进行DA转换，还原为模拟信号；另外，通过DSP芯片9的SPI接口接收基于MCU的控制模块3发送的工作模式与参数信息，并实现工作模式与参数的在线更新；基于DSP的信号采集与处理模块2可以通过USB或基于MCU的控制模块3为其提供+5V电源输入，然后通过正向低压降稳压器输出DSP芯片9所需的+3.3V工作电压。

基于MCU的控制模块3内的单片机13通过UART1接收由基于LabVIEW的GUI模块经基于ARM的WiFi数字网络通信模块5传输的工作模式、频率等参数，并将系统工作状态等信息反馈给GUI软件进行显示，然后分别通过UART0和SPI将系统工作模式与参数信息传输给基于FPGA的FM无线语音通信模块4和基于DSP的信号采集与处理模块2，以控制它们按系统规定的工作模式正常工作；另外，单片机13通过并口控制液晶14实时更新显示系统工作状态信息。

基于FPGA的FM无线语音通信模块4内的FPGA芯片16利用UART接口接收基于MCU的控制模块3传输的系统工作模式与参数信息，并且利用两对I2C接口控制FM立体声发送芯片17和FM立体声接收芯片19按照指定参数与模式正常工作。

基于ARM的WiFi数字网络通信模块5内的ARM处理器20利用USART1驱动ESP8266WiFi芯片接收上位机发送的工作模式与频率等参数信息，并将接收的参数信息通过USART6接口传输给基于MCU的控制模块3；另一方面，ARM处理器20借助USART6接口接收由基于MCU的控制模块3发送的系统工作状态信息，并利用USART1驱动ESP8266WiFi芯片将上述信息发送给上位机，以完成系统工作状态的在线监测。

本发明一种支持多种通信方式的模块化通信实验装置，综合性强，覆盖专业知识与技能范围广，专业特色突出。该实验装置主要包括的模块，分别为：语音信号转换模块、基于DSP的信号采集与处理模块、基于MCU的控制模块、基于FPGA的FM无线语音通信模块、基于ARM的WiFi数字网络通信模块，既有软件实验，又有硬件实验；可以通过液晶实时显示系统的工作参数与状态信息；利用上位机参数配置GUI软件通过驱动WiFi通信完成对系统的参数在线配置、工作状态监测与指令操作控制。