1、四川丸學(xué)竽報(bào)(自然科竽版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition)Dec. 1995Vol. 32 No. 6FSK調(diào)制解調(diào)器的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)吳仲光（計(jì)算機(jī)中心）搞要提出用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制解調(diào)的族理和方法討論了抑制干擾問題和減少誤硏 率的描施該方法已經(jīng)應(yīng)用丁作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信.關(guān)鍵詞FSK週制解調(diào)，單片機(jī)，同步，判決中圖法分類號(hào)TN919.2利用模擬線路（如電活線）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信調(diào)制無調(diào)器是必不可少的設(shè)備.大多數(shù)計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用專用調(diào)制解調(diào)器，但是対于很多分布式監(jiān)控系統(tǒng)，由于大量的數(shù)據(jù)設(shè)備要實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程通訊采用專用凋制

2、解調(diào)器就會(huì)大大提高系統(tǒng)成本甚至難以實(shí)現(xiàn).文1中提出了用集成 電路構(gòu)成FSK（FrequcyShift Key）調(diào)制解調(diào)器是一種較好的方案，但難以應(yīng)用于線路干擾強(qiáng)的 場合.我們用MCS51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制解調(diào)器，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而fl實(shí)用，在野戰(zhàn)條件 下用普通電話線實(shí)現(xiàn)了長達(dá)20km以上的可靠數(shù)據(jù)通信1 FSK調(diào)制解調(diào)原理FSK已廣泛應(yīng)用于中低速遠(yuǎn)程敵據(jù)通信.近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展改進(jìn)的FSK調(diào)制 解凋方法也開始應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)通信.FSK信號(hào)山頻率調(diào)制器產(chǎn)生不同的頻率，常用的墾齊 和斤兩種頻率.其中J代表碼元“0“（或稱“空號(hào)“）J2代表碼元“1"（又稱“傳號(hào)”）調(diào)制數(shù)據(jù)的

3、碼元決定頻率調(diào)制器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)FSK有頻率選擇法、調(diào)頻法和數(shù)字調(diào)頻注頻率選擇法 輸岀頻率穩(wěn)定、忍確，但相位不連續(xù)容易產(chǎn)生帶外幅射，影響鄰近信逍調(diào)頻法雖然相位連續(xù)， 但是頻率枯茂不髙稅定性差，外界條件變化時(shí)容易產(chǎn)生頻半漂移.數(shù)宇調(diào)頻法既解決了上述 問題，又兼有兩種方法的優(yōu)點(diǎn)牧寧調(diào)頻法的原理框圖如圖1所示.禹稠f!脈沖形成而衣莎比固定分頻fQTXjfFSKf調(diào)制數(shù)據(jù)輸人S i敦字調(diào)頻器思理柜圖FSK僻調(diào)就是從FSK載波信號(hào)中恢復(fù)調(diào)制碼元其方法有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類. 但非相干解調(diào)容易實(shí)現(xiàn)所以，常用的是非相干解調(diào)其原理框圖如圖2所示.FSK-甌極菠f歴廁E 2非和干FSK解調(diào)原理摳圖本文于19

4、95 月3 EJ收到© 994-2010 China Acadviic Journal Ehictroax Publishing House. All righls reserved. hllprZ?第6期昊仲光：FSK調(diào)制縊調(diào)器的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)筋3載波信號(hào)經(jīng)帶通濾波后整形成寬度不同的方波這些方波代表不同碼元：鑒頻器確定對應(yīng) 載波頻率，根據(jù)頻率判決對應(yīng)碼元實(shí)現(xiàn)FSK解週涉及的技術(shù)問題比調(diào)制難度大一般要使用 帶通濾波器、倍頻器鎖相環(huán)等電路較為復(fù)雜.2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)的原理MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部具有較強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算和邏笹運(yùn)算能力并有兩個(gè)J6位定時(shí)./計(jì)數(shù) 器，所以完全能夠?qū)崿F(xiàn)FSK的調(diào)制和

5、解調(diào)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解澗.除國1和圖2中波形變換 和整形屯路外，其余部分均可在CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，因而電路結(jié)構(gòu)十分簡單-2.1頻率調(diào)制用単片機(jī)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制，關(guān)銳是實(shí)現(xiàn)可變分頻和正弦波形成.設(shè)置CPU內(nèi)部定時(shí)器TO工 作在方式】，若品振頻率為12MHz.則分辨率為1心最大定時(shí)時(shí)間能，536ms.定時(shí)時(shí)間常數(shù)與 調(diào)制頻率的關(guān)系為N =(仏,100/(2 X / X 12)(.1)式中的 仏是品換頻率J是輸出頻率N是/對應(yīng)的時(shí)間對數(shù),T0記滿N個(gè)脈沖時(shí)，產(chǎn)生中斷. 輸岀取反然后判斷調(diào)制數(shù)據(jù)輸人，若是“0“，則胃対應(yīng)長的時(shí)間常數(shù) g若杲“1”，宜對應(yīng)九 的時(shí)間琳數(shù)N?這就實(shí)現(xiàn)了由調(diào)制數(shù)據(jù)控制的對品振的可變

6、分頻輸出信號(hào)經(jīng)波形變換電路 將方波轉(zhuǎn)換為正弦波.由于週制輸岀頻率只取決于品振和定時(shí)時(shí)間倉數(shù)，所以猿定性很好準(zhǔn) 確度髙.注意到碼元寬度改變只在毎個(gè)半波結(jié)束時(shí)刻，口輸出總是在原來基礎(chǔ)上取反所以繪岀信 號(hào)相位是連續(xù)的，不會(huì)對鄰近信逍造成干擾.由此看岀，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的FSK調(diào)制信號(hào)不但屯 路結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)范旳廣.而口信號(hào)稔定、準(zhǔn)確藏具了頻率選擇法和調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)克眼了務(wù) 自的缺點(diǎn).2.2碼元解調(diào)由圖2看出，堺調(diào)那分有帶通濾波器、整形電路、鑒頻和碼元判決幾個(gè)環(huán)節(jié).曲單片機(jī)組成 的解調(diào)過程右經(jīng)過郵形的FSK黃波信號(hào)送人CPU后.巾定時(shí)誥T J測出其正負(fù)半波寬度(酒 正負(fù)半波寬度等價(jià)于倍頻)將所測數(shù)據(jù)送碼元判決

7、程序.市于碼元非“0”即囚此有一仝知 決分界值，其值為Nn = (AS + 世)/2(2)M和M是調(diào)制輸出頻拿心和&對應(yīng)的時(shí)何期數(shù).當(dāng)寬度八W M時(shí)判決碼元為0.7, >斗時(shí) 碼元為I 于是就恢復(fù)了調(diào)制碼元.在實(shí)用中用一個(gè)數(shù)據(jù)參加判決在干擾情況下便俁碼率大大増加原囚是線路中加有并 種噪聲脈沖，經(jīng)整形后要改變信號(hào)的實(shí)際寬度使判決發(fā)生錯(cuò)謀.采用數(shù)據(jù)窗平均的方法能夠 大大降低干擾的彭響即俺干擾存在也不會(huì)使平均寬度越過分界值.具體作法是設(shè)置一個(gè) 數(shù)據(jù)因窗口內(nèi)數(shù)據(jù)數(shù)目是固定的它啟決于碼元速率幾和平均載波頻至5 4-/?)/2.U關(guān)系 是M < 5 亠 /;>/»(3)

8、平均值為994-20IQ China Acadvrnic Journo) Ekctronic Publishing House. All rights rescued. hllp:.644四川大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）第32 <”。=（為肌）/必（4）由代替T6參與判決.窗內(nèi)數(shù)據(jù)按撅序移動(dòng)，即每次進(jìn)人一個(gè)新數(shù)據(jù)，丟掉一個(gè)最老數(shù)據(jù)，不 存在數(shù)據(jù)的老化現(xiàn)象數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)代表了一個(gè)碼元寬度的載波信息雖然這使解調(diào)碼元比調(diào)制碼 元延遲了半個(gè)碼元寬度，但不會(huì)影響后續(xù)碼元判決的準(zhǔn)確性.數(shù)據(jù)由平均存在一個(gè)初始化問 題.如果初值不對，將丟失數(shù)據(jù)幀的起始信息.很據(jù)串行通信中一幀數(shù)據(jù)起始碼元是0,結(jié)束碼 元是1的特點(diǎn)，

9、將初始數(shù)據(jù)逬成碼元“1”所對應(yīng)的時(shí)間常數(shù)值“2,這樣，每幀數(shù)據(jù)的起始碼不 會(huì)丟失每幀數(shù)據(jù)收完后，都要初始化，以保證數(shù)據(jù)幀起始位的同步.3設(shè)計(jì)實(shí)例很據(jù)上述原理和實(shí)際需要，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)滿足Bell03建議的FSK調(diào)制解調(diào)器.人= 1070Hz,y2= 1270Hz,/c= 1170Hz,頻偏 J/=±100Hz,碼元率幾=300,調(diào)制指數(shù) A = 2|J/|/ya 067.選美國ATEML公司最新AT89C5K與8031指令兼容）作CPU.LM32彳作整形放大器. 12MHz品振.定時(shí)器T0作可變分頻器，TI作測寬記數(shù)器，P3. 4作載波整形，P3. 2作調(diào)制碼元 輸人，P35作條調(diào)碼

10、元輸岀P1門外接電阻網(wǎng)絡(luò)用作D/A轉(zhuǎn)換整個(gè)屯路見圖3由公式（1） ，得N、= 467 N2 = 394 N。= 430 M = 7波形變換采用偽正弦波發(fā)生蠱方式，即將Pl LI作為移位寄存器，將正弦波分為16等份， 每隔¥/8移位一次，并將最高位取反T0每隔A78中斷一次輸出階梯波經(jīng)阻容濾波后成為正弦波此調(diào)制解調(diào)器經(jīng)部隊(duì)使用證明實(shí)用性很強(qiáng)在野戰(zhàn) 條件下使用，用袴通電話連接多個(gè)設(shè)備并接有陣地通話簽，線路長達(dá)20km,用多段電話線扭994-20IQ China Academic Journal Ekctronic Publishing House. All rights reserved

11、. hnp:Z?第6期昊仲光:FSK調(diào)制解調(diào)器的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)645接連成，接頭處無絕緣包扎直接放在潮涅地上，其使用條件十分惡劣，但通信非常可靠調(diào)制解 調(diào)益制成后在現(xiàn)場進(jìn)行了 107次長込20km的通信試驗(yàn)，每次通訊數(shù)據(jù)多少不一，最長達(dá)lk 多字節(jié)，但通訊無一失敗.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的FSK調(diào)制解調(diào)器，從原理上和實(shí)踐上證明是可行的，其特點(diǎn)可歸納如下：1單片機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、性價(jià)比高；2. 調(diào)制頻率穩(wěn)定、精度髙、無相位跳動(dòng)；3. 解調(diào)可靠、抗干擾能力強(qiáng)、適用于惡劣環(huán)境；4. 硬件電路兼容性好，不改變電路結(jié)構(gòu)，只改變軟件，即可實(shí)現(xiàn)300至1200碼元速率的通 訊，還可實(shí)現(xiàn)諸如MSK,DPSK等的調(diào)制

12、解調(diào)方式；5易于在某些數(shù)據(jù)采集裝置、監(jiān)控設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，幾平不堆加硬件投資，使其具有遠(yuǎn)程通信 能力.卷考文獻(xiàn)1湯斌用數(shù)字集應(yīng)電路實(shí)現(xiàn)的CP-FSK調(diào)制解調(diào)器，電子技術(shù)應(yīng)用，1993,82中國通信學(xué)會(huì).飲據(jù)傳輸北京；人民郵電出版社，19863孫涵芳等-MCS51單片機(jī)廉理及其應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)岀版社,1988FSK MODEM IMPLEMENTED WITH SINGLE CHIP MICROCOMPUTERWu Zhmigguang(Computer Center)Abstract The principle and method of implementing FSK modem with single chip microcomputers are presented The promble of anti-interperence and the measures for reducing error codes were also discussed has been successfully us