摘要：介紹了一種基于nRF24E1的應用于家用電視及個(gè)人電腦的無(wú)線(xiàn)耳麥，詳細闡述了無(wú)線(xiàn)耳麥的硬件設計方法，說(shuō)明了語(yǔ)音發(fā)送和接收的工作原理，并給出了軟件設計的主要工作流程。

0前言
當前，隨著(zhù)Interne t和個(gè)人電腦的普及，人們通常使用有線(xiàn)的耳麥進(jìn)行語(yǔ)音聊天。由于有線(xiàn)耳麥的局限性，使人們必須坐在電腦前才能語(yǔ)音聊天。
如果時(shí)間久了，會(huì )造成電腦對人體的輻射，從而影響人的健康；在家用電視方面，人們通常使用電視內置喇叭來(lái)聽(tīng)電視傳來(lái)的聲音，這樣有時(shí)候會(huì )給家庭其他成員的工作與休息造成一定的影響。
基于這些問(wèn)題，本文設計并實(shí)現了一種基于nRF24E1的無(wú)線(xiàn)耳麥。本設計具有抗干擾能力強、保密性好、音質(zhì)好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。其室內傳輸距離在30米左右，從而減少電腦對人體的輻射，并且不影響家庭其他成員的休息與工作。
該無(wú)線(xiàn)耳麥使用當前最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片nRF24E1，它可以在世界公用的ISM頻段2. 4G ~2. 5GHZ內實(shí)現語(yǔ)音的無(wú)線(xiàn)通信。

1 nRF24E1介紹
nRF24E1芯片是北歐集成電路公司NORD IC推出的一款帶2. 4GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)器nRF2401和增強型8051內核的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。該芯片的通道運算時(shí)間小于200us，數據速率為1Mbps，不需要外接SAW濾波器，是目前世界首推的全球通用的低成本射頻系統級芯片。內部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的模/數轉換器，可以在1. 9V~ 3. 6V之間的電壓下穩定工作；另外還嵌有電壓調整器和VDD電壓監視器。無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分有與nRF2401同樣的功能，該功能由內部并行口和內部SPI啟動(dòng)，每一個(gè)待發(fā)信號對于處理器來(lái)講都可以作為中斷進(jìn)行編程，或者通過(guò)GPIO端口傳送給微處理器。nRF24E1芯片可以在世界公用的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué)）頻段2. 4 ~ 2. 5GHz內實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊。其收發(fā)部分包含有分頻器、放大器、調節器和兩個(gè)收發(fā)單元，輸出能量、頻段和其它射頻參數可通過(guò)射頻寄存器方便地編程調節。在發(fā)送模式下，電流消耗只有10. 5mA；在接收模式下，電流消耗也只有18mA，所以功耗相當低。

2無(wú)線(xiàn)耳麥的硬件結構設計
無(wú)線(xiàn)耳麥主要由插頭部分和耳麥部分組成。插頭部分主要由兩個(gè)插頭和nRF24E 1組成。這兩個(gè)插頭，分別是麥克風(fēng)插頭和耳機插頭，它們分別插在電腦的麥克風(fēng)插孔和耳機插孔或家用電視的耳機插孔；耳麥部分主要由麥克風(fēng)、耳機和nRF24E1組成。其硬件結構框圖如圖1所示。無(wú)線(xiàn)耳麥通過(guò)無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音收發(fā)芯片nRF24E1實(shí)現語(yǔ)音的雙向通信。
無(wú)線(xiàn)耳麥可以把人說(shuō)話(huà)的聲音經(jīng)麥克風(fēng)送進(jìn)電腦；也可以把電腦或者電視的聲音送到無(wú)線(xiàn)耳麥的耳機里。無(wú)論是把語(yǔ)音送到電腦或者電視里，還是把語(yǔ)音送到耳機里，單向語(yǔ)音傳送的工作原理是一致的。


圖1無(wú)線(xiàn)耳麥的硬件結構框圖
nRF24E1芯片內嵌有9通道的10位ADC（Analog to D ig ital Converter，模數轉換器），它的采樣頻每個(gè)RF（R adio Frequency，射頻）數據包含有24個(gè)字節或3m s的音頻采樣信號。
無(wú)線(xiàn)耳麥把人聲送進(jìn)電腦或者電視的發(fā)送和接收過(guò)程如圖2所示：
發(fā)送端的電路圖3如圖所示。在麥克風(fēng)和nRF2401的ADC模塊之間，需要有前置濾波放大電路。它對麥克風(fēng)拾到的模擬音頻信號進(jìn)行濾波放大。放大后的模擬音頻信號被送到ADC中。

圖2單向的語(yǔ)音發(fā)送及接收過(guò)程

圖3語(yǔ)音的發(fā)送電路圖
在接收端，當RF前端nRF2401收到1個(gè)有效的數據包，并且微控制器收到1個(gè)RF接收中斷的時(shí)候，接收到的數據包中的有效數據部分可用RF前端的FIFO分離出來(lái)；然后，把分離出的有效數據部分存儲到8051內的接收緩沖區（RxBuf）；存在接收緩沖區的語(yǔ)音信號以PWM信號的形式輸出；PWM輸出通過(guò)8位PWM引擎來(lái)驅動(dòng)，不需要微控制器分擔處理任務(wù)；最后語(yǔ)音信號經(jīng)PWM信號送出去。
接收端的電路圖如4圖所示。nRF24E1芯片提供一個(gè)PWM輸出口。nRF24E1的PWM輸出信號，通過(guò)一級放大，就可以得到所需的音頻模擬信號。


圖4語(yǔ)音的接收電路圖
在發(fā)送端，ADC對麥克風(fēng)送過(guò)來(lái)的模擬音頻信號進(jìn)行A /D轉換；采集到的數字音頻信號，在不夠一個(gè)RF數據包之前，存儲在微控制器8051內開(kāi)辟的發(fā)送緩沖區（TxBu f）中；采樣數據滿(mǎn)包后，8051一邊存儲下一個(gè)數據包，一邊把已滿(mǎn)的數據包轉移到RF前端nRF2401，經(jīng)nRF2401把數據包發(fā)射出去。

3系統軟件設計
無(wú)線(xiàn)耳麥的功能是實(shí)現語(yǔ)音的雙向通信。它的兩個(gè)部分：插頭部分和耳麥部分的工作流程基本是一致的。其工作流程如下：
1.系統上電，打開(kāi)系統；2.進(jìn)行初始化。對8051的定時(shí)器time2、PWM輸出端口、ADC轉換器、RADIO、SPI接口和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊nRF2401進(jìn)行初始化；3.判斷是否要發(fā)送語(yǔ)音信號，如果有則發(fā)送，然后進(jìn)入步驟4；4.如果沒(méi)有語(yǔ)音發(fā)送，則判斷是否要接收語(yǔ)音信號。如果有，則接收，然后進(jìn)行步驟3；5.如果沒(méi)有語(yǔ)音接收，則重新進(jìn)行步驟3.
其相應的流程圖如5圖所示：

圖5插頭部分和耳麥部分的工作流程圖
初始化主要是對定時(shí)器time2、PWM、ADC、RADIO、SPI、nRF2401進(jìn)行初始化。其中，定時(shí)器t ime2主要是用于產(chǎn)生定時(shí)中斷觸發(fā)。在本系統中，t ime2每隔125us，產(chǎn)生一個(gè)中斷，從而使系統對麥克風(fēng)輸出的模擬音頻信號進(jìn)行數字采樣，其采樣頻率是8KH z.對t ime2的初始化，主要是讓t ime2能正常的工作，并且每隔125us就溢出，從而產(chǎn)生中斷；nRF24E1芯片提供一個(gè)PWM輸出口，PWM的輸出是一系列的數字信號。在PWM的輸出端加上一個(gè)低通濾波器，再進(jìn)行一級放大，得到所需的模擬音頻信號，隨后再把得到的模擬音頻信號送到耳機里。對PWM初始化，主要是使P0. 7端口具有PWM輸出功能，并確定輸出是8b i，t同時(shí)初始化PWMDUTY寄存器；ADC主要用來(lái)對麥克風(fēng)送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號進(jìn)行模數轉換。對ADC的初始化，主要是確定8b it量化，同時(shí)確定把麥克風(fēng)送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號接到9個(gè)通道的Channe l 1通道；對RADIO的初始化，主要是讓nRF2401上電開(kāi)始工作；對SPI的初始化，主要是讓其跟nRF2401連接，從而實(shí)現單片機8051與nRF2401的通信；對nRF2401的初始化，主要是來(lái)設置無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊nRF2401的工作頻率、晶振的始終頻率、nRF2401的輸出功率、通道1的地址、使用通道1收發(fā)數據的數據大小、以及通道2的地址和使用通道2收發(fā)數據的數據大小。

4結束語(yǔ)
本設計是基于無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音收發(fā)芯片nRF24E1的無(wú)線(xiàn)耳麥。它主要應用于家用電視和家用電腦。當然，也可以實(shí)現其他的附加功能。不用插頭部分，多個(gè)耳麥部分可以構成一個(gè)小型的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，可以實(shí)現多人的短距離無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音通訊。
與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比，該設計具有結構簡(jiǎn)單、抗干擾能力強、保密性好、功耗低、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。因此本設計有著(zhù)良好的市場(chǎng)前景和發(fā)展前景。