本文介绍用单片机实现脉码调制频移键控信号（PCM—ASk）的方法，给出硬件和软件配置，其特点是简单、可靠、精确，适合用于传输水声信息

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物4.1 9 9 8 气象水文海洋仪器 De e 口b 叮.19 8用单片机实现脉码调制的频移键控 ( P CM 一 F S K)信号厦门大学 粘宝卿 黄衍镇 吕连港摘 要 本文介绍用单片机实现脉码调制频移键控信号 ( P C M 一 八S K)的方法,给出硬件和软件配里,其特点是简单、可靠、精确,适合用于传输水声信息。关 健 词 单片机 P C M 一 F S K 信号调制一、概 述随着我国海洋观测技术的发展,观测海洋要素的各种传感器也已相继出现,实现海洋要素的实时、准确、可靠的遥测 已经成为可能。在水声遥测中,有一类被观测 的量在有限的时间里变化是比较缓慢的,其相应的遥测系统是一类低速率、低容量的系统。频移键控( F S K 一 F雌u e n e y hS i f t Ke y i n g )系统的误码率指标比幅频键控 ( A张一 A n l p il t u d e hS i f teK 外n g )系统要好,但要求传输带宽比较大,一般用于中、低速率的数据传输中。对应于一个观测量的变化范围,如果要以 256 个量化分层进行数据传输,则其脉码调制的数字基带信号是 8 位二进制代码 (如 n 0 1 0 0 1 1 )。显然,直接传输基带信号是不现实的,还要用基带信号去调制载波。当二值码元“1" 和“0”分别调制频率为 f:和 f0 载波时,则构成脉码调制— 频移键控信号 (P C M 一 F SK ),如图 1 所示。图 1 代表一个码字的此 M一 FS K 信号可是,由于海洋信道的时— 空— 频的多变性和海洋环境的复杂性,存在很强的多途效应和噪声干扰。特别是在浅海信道中,多途出现在直达脉冲后的时延 T d 为儿 snI,甚至几十 ms 川。因此,在水声信道中,图 IP c M 一 F sK 信号的方式是不可能用来传输正确信息 (数据 )的。为此,必须将其代表二值码元 ( 0,1) 的频率码元 ( f0,f ; )之间留出一定的间隔 TZ(如图 2),才适合于水声信道中传输。T : 越大,对抗多途和噪声干扰越有利,(提高信息检测的可靠性 ),但是降低了信息传输速率 (减少检测有效性 )。因此,对 T Z 要气象水文海洋仪器二者兼顾,适当选取。匡巨贝一扛七一厂匕玉.匕j 仁j ’L 川L州 T!卜图 2 适合于水声信道传输方式的 P CM 一 F S K信号示意图诚然,用硬件实现图 2 所示的 P C M 一 FSK 方式的信号是可能的,但它却是复杂的。本文介绍用单片机实现 P CM 一 A SK 的信号调制,具有简单、可靠、精确的特点,适合用于水声信道中,以中、低速率传输信息 (数据 )的水声遥测系统。二、硬件设计及工作原理用单片机实现电压信号的脉码调制— 频移键控信号的电路如图3 所示。p ! ` P o 7 4 1五 3 7 374 L S 19 3 P I.1·G( 1 ) P1 2洲Q用 巧宕让目EP I., 丈D 3 8 0 3 1 矛P一 `D -一PI N T Il。5r : 泊 w R口F一 J P Z旧和〕C L K A一岛 B-7 4 L7S 4·7 4 L S 19 3 泛 皓D蕊 ( 2 ) D ` 岛 (补-Q .,E (犯 V R岛 (一)口人f 〔 0 8 0 9认’S T一人L E一O E图 3 形成 PC M一 F S K 信号的电路图刀D 转换器将输人的模拟信号经采样、保存、量化、编码、转换为数字量输出,得到了8 位二进制代码,不同的代码代表被观测量的不同信息。如上所述,为了实现水声信息的传输,还需要形成适于水声信道传输的信号。即将二值码元 ( 0,1) 对不同载波频率 ( f0,fl )进行调制,得到图 2 所示的信号形式,然后由信道传输出去。考虑到已调的二值频率. 闷 . 、 1̀ “ , ” 思朴 “ 户 ” , 丙 . J 声叼d纷 才已, 、 勺卜 .今 . 止七么` 望 , , ; r `叻 , 口二 d匕, 才今匀言 , 片 声耘 互七七朴七七 , l升 相自 占八 众仕 J且水 1 睡匕 甲 r 搜参 之兰声目 、 , rF J O 刁内 J l少目` ,J 、 J一 .口 j ` 丢一l可 , . .一门 , 目。 卜`月 户` 吕 v 、 . ,” ` 八 / 、 s 决七` 月门日 J J 、.` 、 , ,u “ 廿 护曰 ~产 切 甲一 协一~每个信息码之前应首先发射一位识别码,其调制的载波频率记为几。图 3 所示的电路的工作原理是:1.由单片机 ( 8 0 3 1) 及习D 转换器 ( 0 8 09) 实现模数转换。传感器的输出加至 0 809的模拟输人通道.转换结果为 8 位二进制代码,并存人 8 0 3 1 的 R AM 中,刀 D 转换结果记枯宝卿等:用单片机实现脉码调制的频移键控 (C PM一 TS K) 信号为 da ta o2.由晶体振荡器产生大,经过二片可逆计数器 ( 74 sL 19 3) 及 D 触发器 ( 74 Ls 7 4 )组成的分频器,得到所需的载频 f0,f l。P l 口初始化,P l = 0 0 H下醚画巫上些一下亚画巫亘竺些一发射识别码,1P = N d延 时 T ,延 时几读刀 D 转换结果于寄存器 A 中发射码元“ 1’,lP = Nl延 时 lT 延 时 lTP l = 0 0 H P l = 00 H延 时几 延 时 2T图 4 流程图气象水文海洋仪器其中二片可逆计数器可预置的分频系数为 2一 25 ; D触发器实现 2分频,并形成对称方波。二片可逆计数器要预置的分频系数由单片机 8 031 的 1P 口的数字量决定,该数字量则根据刀D 转换结果—8 位二进制代码中的 ( 0,1) 二值码元脉冲所要求的调制载频决定,即用 f0 和 fl载频分别代表二进制数的“0’ 值和“1" 值。3.将习D 转换结果—8 位二进制代码用软件实现移位、串行输出,并用 f0,fl 的载频分别代表二进制数的“0’ 和“1” ,用 几 的载频代表识别码元。三、流程图及说明图 4 为流程图。由图 4 不难看出,每当发送一个数字代码,其中第一位是识别码,其余 8 位则是信息码。识别码及二值码元 ( 0,1) 的载频分别由下式决定:几 二 if / 2坑f0 = if 2/ Nofl = if 2/ Nl式中沁,N 。,N l 分别是为了从晶振频率 if 得到识别码及二值码元 ( 0,1) 的载频 几,f0,fl 的分频系数。发送码元的宽度由软件 (延时 T,)确定,发送码元的间隔由软件 (延时 TZ )确定。四、结 束 语采用单片机辅以相应的软、硬件配置,实现 P C M 一 F s K 信号的调制,具有简单、可靠、精确,易于实现等优点。它已应用于研制有关的水声实验样机上。实验证明,这种信号传输方式可普遍用于中、低速率的水声遥测系统中。参 考 文 献许天增.《数字时间相关积累 ( 皿 )一抗多途性能分析》.声宇字报,19 90,15 ( 5),3 89 一 3%陈光东等.《单片微型计算机原理与接口技术》.华中理工大学出版社,1993.2 第 1 版

用单片机实现脉码调制的频移键控(PCM—FSK)信号

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用单片机实现脉码调制的频移键控(PCM—FSK)信号

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