一種應用于無(wú)線(xiàn)測量與控制系統的調制解調器
加入技術(shù)交流群
摘要：設計一款抗干擾性強、速率高的無(wú)線(xiàn)調制解調器，保證無(wú)線(xiàn)測控系統的性能。該系統采用集成了USB2.0接口的C8051F320作控制器，取代傳統的控制器通過(guò)中間轉換器與USB接口分立連接的方法，調制與解調方式采用具有良好頻譜和功率特性的GMSK模式，雙頻單極子天線(xiàn)經(jīng)過(guò)平面化處理。仿真與測試結果表明，系統具有良好的功率譜特性和較好的抗干擾性能，數據傳輸速率最高可達64kbps;天線(xiàn)滿(mǎn)足IEEE802.11a、b標準規定的WLAN兩個(gè)頻段要求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/277708.htm引言
作為無(wú)線(xiàn)測控系統中重要的組成部分，無(wú)線(xiàn)調制解調器需要具備高速化、可靠性高、封裝體積小等特性。已有的無(wú)線(xiàn)調制解調器解決方案，有的采用頻移鍵控(FSK)方式[1-2]，其數據傳輸率不高，最高速率分別為20kbps和1.2kbps，而且FSK方式雖然實(shí)現容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，但是如果噪聲源固定且與中心頻率相差不大，則對FSK很不利。也有的采用快速移頻鍵控(FFSK/MSK)方式[3]，其最高數據傳輸速率為4.8kbps;還有采用四時(shí)四頻調制(TFSK)方式[4] ，其信道穩定性較差，通信速率不高(不足600bps)。
本文的無(wú)線(xiàn)調制解調器采用高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)方式，其已調波相位路徑在MSK的基礎上進(jìn)一步得到平滑，把MSK信號相位路徑的尖角平滑掉，因此頻譜特性相比FSK、MSK方式更佳，其最高數據傳輸速率可達64kbps;另外，采用的射頻芯片nRF401(見(jiàn)文獻[2])所配置的天線(xiàn)一般是外接式直桿天線(xiàn)，而且采用USB2.0接口設計時(shí)增加了一個(gè)協(xié)議轉換集成芯片FT245AM，不僅使系統成本會(huì )增加，而且不適合于小型化封裝。本文設計的印刷雙頻單極子天線(xiàn)不僅可以滿(mǎn)足兩個(gè)頻段要求，而且與其它元件一起印刷在電路板上實(shí)現集成，不會(huì )外露在板外，實(shí)現低成本與集成化。仿真與測試結果表明，該無(wú)線(xiàn)調制解調器具有良好的功率譜特性和較好的抗干擾性能，完全滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)測控系統高速化、高可靠性的要求。
1 無(wú)線(xiàn)調制解調器設計
1.1 系統結構
如圖1所示，系統工作流程為：需要控制遠程設備時(shí)，控制器C8051F320通過(guò)USB接口接收上位機送出的基帶信號，并送至GMSK集成芯片FX589進(jìn)行GMSK調制，然后送給鎖相環(huán)74HC4046進(jìn)行FM調制，實(shí)現頻譜搬移，最后經(jīng)功率放大并送至天線(xiàn)發(fā)射。而采集與接收數據的過(guò)程正好相反。
1.2 C8051F320控制器
C8051F320是新華龍公司提供的單片機，主要特點(diǎn)為：具有高速、流水線(xiàn)結構的8051兼容的微控制器內核;全速、非侵入式的在片調試接口;通用串行總線(xiàn)(USB)功能控制器;八個(gè)靈活的端點(diǎn)管道、集成收發(fā)器和1K FIFO RAM[5]。
引腳標號除了第4、5腳與主機的USB接口通信外，其它都是與GMSK芯片FX589相連：第1、2腳是數據收發(fā)時(shí)鐘、第9腳設置接收載波檢測電路的工作模式;第29腳控制發(fā)送使能端;第15、16腳進(jìn)行時(shí)鐘分頻值選擇;第11腳是BT 選擇;第25、26腳實(shí)現數據的收發(fā)，第13腳設置接收鎖相環(huán)工作模式。
1.3 GMSK的調制與解調
GMSK[6]是MSK的改進(jìn)型。GMSK的基本原理是讓基帶信號先經(jīng)過(guò)高斯濾波器濾波，使基帶信號形成高斯脈沖之后進(jìn)行MSK調制，其頻譜特性?xún)?yōu)于MSK和SFSK。
圖3 的FX589引腳中除了第11、16腳是與下一級FM調制解調電路進(jìn)行數據收發(fā)外，其它主要與C8051F320通信。
FX589 是CML 公司生產(chǎn)的專(zhuān)用于無(wú)線(xiàn)數據傳輸的單片集成同步調制解調器， 其數據發(fā)送和接收采用串行方式，使用全雙工或半雙工方式工作，具有很寬的數據速率，其數據速率范圍從4 kbps 到64 kbps，可以通過(guò)片端編程實(shí)現數據速率和BT 選擇(0.3 或者0.5)。
主要引腳為：
Xtal(1 腳)：片內晶振輸出端;
Xtal/Clock(2 腳)：外接晶體或時(shí)鐘輸入端;
ClkDivA、ClkDivB(3、4 腳)：時(shí)鐘分頻值選擇;
RXDCa(6 腳)：設置接收載波電路的工作模式;
PLLacq(7 腳)：用于設置接收鎖相環(huán)的工作模式;
RxFB(10 腳)：接收放大器反饋輸出端;
RxSIN(11 腳)：接收信號輸入端;
Vss(12 腳)：電源電壓輸入端;
BT (15 腳)：BT 選擇端;
TxOUT(16 腳)：發(fā)送信號輸出端;
TxEN(17 腳)：發(fā)送使能端，高電平有效;
Tx Data(l9 腳)：發(fā)送數據輸入端;
Rx Dala(20 腳)：接收數據輸出端;
Rx CLK(2l 腳)：接收時(shí)鐘輸出;
Tx CLK(22 腳)：發(fā)送時(shí)鐘輸出。
評論