采用MCS-51單片機實(shí)現CPFSK調制

在遙測遙控系統中，數據的調制和解調是經(jīng)常遇到的問(wèn)題。一些自報測站不接收遠方的遙控命令，只是定時(shí)采集參數或在參數變化時(shí)采集，并自動(dòng)將采集的參數發(fā)往監控中心。這些遙測站不一定包含解調功能，但信號調制是遙測站的必要功能。

　　在水情自動(dòng)測報系統中，數據傳輸大量采用超短波無(wú)線(xiàn)電臺。用模擬電臺傳輸數字信號時(shí)，調制方法多采用FSK。水情自動(dòng)測報規范推薦的標準為CCITT V.21，即:數據串行速率為300波特率，數據電平“1”調制頻率為980Hz，數據電平“0”調制頻率為1180Hz。

　　調制解調的通常方法是采用專(zhuān)用的調制解調接口芯片，如MC145442、XR2211、XR2206等。采用專(zhuān)用調制解調接口芯片不僅增加了設備成本，而且芯片質(zhì)量直接影響測控設備的性能。就一般而言，設備中的元器件越多，設備的可靠性越低。因此，在滿(mǎn)足系統功能的前提下，應盡可能減少設備中元器件的品種和數量。遙測遙控設備的信號調制解調是非常重要的環(huán)節，如果能夠減少或省去調制解調專(zhuān)用接口芯片，將對提高設備的穩定性和可靠性大有好處。

　　目前，幾乎所有的遙測設備都使用單片機，其中MCS-51系列單片機又占了很大比例。本文將以MCS-51單片機為例，說(shuō)明利用單片機的軟件調制產(chǎn)生標準的FSK信號。

1 正弦波的調制

　　單片機的輸出接口一般只能輸出邏輯“0、1”，即0、Vcc兩種電位。要想得到FSK信號，首先要得到正弦波信號，再根據串行數據的變化產(chǎn)生FSK信號。

　　從單片機獲得正弦波，最簡(jiǎn)單的方法就是利用方波濾波得到正弦波。由于單片機的脈沖輸出只有正電平，沒(méi)有負電平，方波負半周，單片機無(wú)法產(chǎn)生負脈沖。因此產(chǎn)生的信號波形應該疊加一個(gè)直流正電平，使信號波形完全處在正電平一側。如圖1所示。

然而，方波是由基波和一系列高次諧波組成。如果圖1可以用函數f(x)表示，將函數f(x)進(jìn)行傅里葉級數展開(kāi)可以得到:

從式(1)可以看出，接近基波的諧波成分比重較大。采用低通濾波器濾波時(shí)，接近基波的諧波成分難以濾去，為了減小波形的失真往往需要增大濾波的強度，這樣在減小波形失真的同時(shí)，基波的損失也隨之增大。

　　如果采用正弦波脈寬調制(PWM)可以得到比較滿(mǎn)意的結果。PWM調制可以利用“0、1”變化的脈沖信號調制出模擬信號。

　　在計算機中，對連續曲線(xiàn)進(jìn)行數字化處理時(shí)，通常將連續曲線(xiàn)用階梯圖形表示，當階梯的步長(cháng)足夠小的時(shí)候，所表示的曲線(xiàn)被認為是精確的。圖2的上圖表示了不同時(shí)段內，電壓的不同階梯。

　　但是單片機輸出接口不能產(chǎn)生變化的電平，即不能產(chǎn)生如圖2所示的電壓階梯，所能做的只能是“0、1”電平的時(shí)間變化，即PWM調制。

所謂正弦波PWM調制就是調制出的波形盡可能接近正弦波，也就是傅里葉級數中的基波比重盡可能大，高次諧波的比重盡可能小。對于圖2來(lái)說(shuō)，在調制過(guò)程中使每個(gè)時(shí)段內下圖的陰影面積與上圖對應部分的陰影面積相等。在用PWM調制正弦波時(shí)，要求時(shí)段的分割是偶數，因為正弦波圖形是一種對稱(chēng)圖形。