摘  要： 設計了能夠傳輸英文字母、漢字及圖像信息的數(shù)字調(diào)制－解調(diào)無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了點對點、單點對多點的異步單工通信。發(fā)射機由控制器、調(diào)制電路、高頻功率放大器、天線、顯示電路及電源部分組成。發(fā)射機采用計算機標準PS/2鍵盤錄入信息，并用拼音輸入法實現(xiàn)漢字的錄入。接收機由解調(diào)電路、數(shù)據(jù)處理器、顯示電路及電源部分組成。整機實現(xiàn)了在30.0 MHz低載波頻率下的高速數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率可設為1.2 kb/s、9.6 kb/s、57.6 kb/s、115.2 kb/s。
關鍵詞： DDS；FSK；無線通信

    DDS技術是近幾年來迅速發(fā)展的頻率合成技術，它采用全數(shù)字化的技術，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點，并方便與控制器接口構(gòu)成智能化的頻率源。由于基準時鐘的頻率一般固定，因此相位累加器的位數(shù)決定了頻率分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高?；贒DS諸多優(yōu)點，本系統(tǒng)采用DDS技術來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制功能[1-2]，充分發(fā)揮DDS的優(yōu)勢，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強大。
1 硬件實現(xiàn)及工作原理
    本系統(tǒng)為一套無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，硬件電路分為發(fā)射機電路和接收機電路兩部分[3-5]。
1.1 發(fā)射機電路
    如圖1所示，發(fā)射機硬件電路主要由控制器、調(diào)制電路、高頻功率放大器、天線、顯示電路與電源部分組成。

    控制器以TI公司高性能混合信號處理器MSP430F169為核心，完成對DDS、鍵盤、LCD顯示器的控制和信息處理的功能。MSP430F169為16 bit具有精簡指令集的超低功耗混合信號處理器(Mixed Signal Processor)，采用1.8 V~3.6 V電源電壓，在1 MHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流在200 μA~400 μA，時鐘關斷模式的最低功耗只有0.2 μA，在8 MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125 ns。且MSP430F169具有豐富的片上外圍模塊，如看門狗、模擬比較器、定時器、串口、硬件乘法器等。在本系統(tǒng)中，MSP430F169工作在3.3 V電壓、8 MHz主頻下。
    調(diào)制電路以ADI公司單片DDS芯片AD9854為核心。該芯片最高系統(tǒng)時鐘為300 MHz，理論輸出信號頻率范圍為直流到150 MHz，最高并行編程速率為100 MHz，采用3.3 V單電源供電，與上述控制器芯片匹配，無需加電平轉(zhuǎn)換電路，從而實現(xiàn)控制器與調(diào)制器的無縫接口。AD9854支持10 MHz串行通信方式和100 MHz并行通信方式，本系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)輸入方式。AD9854內(nèi)置4～20倍頻的PLL，外部較低頻率的參考時鐘可通過倍頻后得到300 MHz的系統(tǒng)時鐘，這樣就避免了設計高頻參考時鐘的難度，降低了高頻時鐘干擾。AD9854參考時鐘的輸入有單端輸入和差分輸入兩種方式，為了使電路簡單，本設計選用單端輸入方式。外部20 MHz有源晶振輸出經(jīng)PLL電路15倍頻到300 MHz后作為系統(tǒng)時鐘。濾波器采用由3個電感和7個電容構(gòu)成的七階橢圓濾波器，因為AD9854的最高工作頻率為300 MHz，而DDS輸出最高頻率為系統(tǒng)工作頻率的40%左右，所以本方案中濾波器的截止頻率設計為120 MHz，有效濾除了高頻干擾，使輸出信號較為平滑。
    高頻功率放大器工作在丙類方式，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率。顯示器采用LCM128 128×64點字符點陣液晶顯示器，用來完成人機交互界面和信息的顯示功能。電源部分采用LM2576-3.3三端穩(wěn)壓片，能夠提供最高3 A的電流輸出，完全滿足本系統(tǒng)的要求。同時為了防止AD9854工作時對電源造成干擾，電路設計采用了大量的濾波電容，且對數(shù)字電源和模擬電源作了很好的隔離，以防止數(shù)字電源對模擬電源的串擾。
1.2 接收機電路
    接收機硬件電路由解調(diào)電路、數(shù)據(jù)處理器、顯示電路及電源部分組成，接收機框圖如圖2所示。

    解調(diào)器以飛利浦專用FSK解調(diào)芯SA639DH為核心部件。它具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、傳輸速率快、穩(wěn)定性好等特點。天線接收到的信號經(jīng)輸入回路取出的2FSK信號與本振信號同時送入乘法器進行混頻，再經(jīng)一級帶通濾波器濾除高頻分量取其下變頻到中頻，然后進行中頻放大后經(jīng)二級帶通濾波送入限幅放大器進行限幅放大。限幅放大后的信號被分成兩路，一路直接送入乘法器，另一路經(jīng)移相網(wǎng)絡移相90°產(chǎn)生調(diào)相調(diào)頻波再送乘法器，兩路信號進行相位比較，乘法器輸出的信號經(jīng)低通濾波器取出原調(diào)制信號，然后再把該信號送入比較器進行整形后送信號處理器進行處理。
    接收機數(shù)據(jù)處理器同樣采用MSP430F169，顯示器采用與發(fā)射機相同的LCM12864。由于接收機部分與發(fā)射機相比功耗低，故接收機電源部分采用兩節(jié)5號干電池串聯(lián)供電。
2 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)
2.1 發(fā)射機的軟件設計
    發(fā)射機上電后，首先對系統(tǒng)進行初始化，包括對控制器本身的端口配置、片內(nèi)外設的配置，以及外部的AD9854[6]、PS2鍵盤和顯示器等部件的初始化。初始化結(jié)束后系統(tǒng)進入休眠模式，直到被外部鍵盤產(chǎn)生的中斷喚醒。然后根據(jù)得到的按鍵鍵碼進行相應處理。為了讓AD9854產(chǎn)生2FSK信號，需進行如下的初始化過程：S/P SELECT置1或置0以決定輸入數(shù)據(jù)是并行還是串行。1為并行，0為串行；本系統(tǒng)采用串行接口，在SCLK信號控制下從并行輸入口D0～D1寫入48 bit并行寄存器，或在SCLK控制下從串行輸入口SDATA寫入48 bit串行寄存器。發(fā)射機的軟件流程圖如圖3所示（注：在發(fā)射機內(nèi)部存儲有3幅圖片）。

2.2 接收機的軟件設計
    接收機不需要區(qū)分接收到的是英文字符還是漢字，故軟件設計相對發(fā)射機來說較容易。同樣，開始對信號處理器以及外設進行初始化，使其工作在等待信息接收狀態(tài)，此時，只有接收機射頻部分電路工作，其他部件處于休眠模式。當接收機檢查到有信息到來時，通過中斷喚醒控制器，控制器再喚醒其他外設進行數(shù)據(jù)接收和處理。接收到的信息經(jīng)信號處理器判斷，如果為字符（包括英文字符和漢字），則控制LCD進入字符模式，進行字符的顯示；如果為圖片，則控制LCD進入圖片模式，進行圖片顯示。接收機的軟件流程如圖4所示。

    (3)發(fā)射功率：在發(fā)射功率級末端接50 Ω假負載，用100 MHz數(shù)字示波器測得發(fā)射信號的輸出電壓峰峰值VP-P，據(jù)公式P=V2P-P/8RL，得到發(fā)射功率值，實驗測得VP-P=2.98 V，P=V2P-P/8RL=22.2 mW。
    (4)傳輸速率：發(fā)射機、接收機在通信距離為10 m的情況下，分別以1.2 kb/s、9.6 kb/s、57.6 kb/s、115.2 kb/s的波特率傳送5次20個漢字，漢字錯誤率均為零。
    (5)圖形傳送功能：發(fā)射機、接收機。發(fā)射機調(diào)用機內(nèi)自帶的三幅圖形（分別為公雞、小兔及西工大?；眨┮渣c陣的形式傳送，接收機能夠不失真接收，說明本系統(tǒng)具有圖形的點陣傳送功能。
    本系統(tǒng)可以簡單高效地進行無線數(shù)據(jù)傳輸，是實現(xiàn)無線通信的一種簡單可行的設計方案。經(jīng)過系統(tǒng)測試，系統(tǒng)技術指標令人滿意，工作可靠。另外，由于本系統(tǒng)采用DDS來實現(xiàn)信號調(diào)制，故可以比較容易地改變調(diào)制信號頻率，為實現(xiàn)跳頻通信提供了方便。
參考文獻
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