基于单片机的 FSK 信号发生器

第26卷第5期ELECTRO-OPTICTECHNOLOLGYAPPLICATION

光电技术应用

Vol.26，No.5October，2011

·电路与控制·

基于单片机的FSK信号发生器

李培建1，尹中秋2，胡剑锋2

（1.空军某军代表室，贵州安顺

561000；2.中国人民解放军某军代表室，河南郑州450062）

摘要：为了方便产生并控制FSK信号，文中提出了一种基于单片机的设计方法。硬件采用W77E58单片机、高精度的DAC

芯片、MAX232和运算放大器等一系列简单实用器件，并采用芯片IMP813L设计看门狗电路，使整个板子工作状态更加可靠。软件包括两部分：与外部系统3350主板之间的通信编程和信号发生器本身的模拟编码发送编程。两部分软件在以单片机为核心的硬件支撑下，能够良好稳定地输出所需的FSK信号。该方法具有通用性，依据该原理可方便地产生其他模拟信号，本卡在实际测量中的良好效果进一步证实了设计的合理性和正确性。

关键词：FSK；看门狗；单片机中图分类号：TN702.2

文献标识码：Ａ

文章编号：1673-1255（2011）05-0064-04

FSKSignalGeneratorBasedonMCU

(1.AirForceMilitaryRepresentativeOfficeinAnshun,Anshun561000,China;2.MilitaryRepresentativeOfficeofPLAinNo.124Factory,Zhengzhou450062,China）

LIPei-Jian1YINZhong-qiu2HUJian-feng2

Abstract:TogenerateandcontroltheFSKsignal,adesignmethodbasedonMCUisgiven.Thehardwareissimpleandpracticaldevices,suchasW77E58MCU,highprecisionDACchip,MAX232andtheoperationalam plifier.Inordertoensurethemorereliableworkstatus,IMP813Lchipisusedtodesignthewatchdogcircuit.Thesoftwareiscomposedoftwoparts:thecommunicationprogrammingof3350mainboardandtheanalogcodepro grammingofthesignalgenerator.ThesesoftwaresaresupportedbythehardwarebasedonMCU,andthere quiredFSKsignalcanbeoutputtedstably.Accordingtotheprincipleofthismethod,thechipcaneasilygenerateotheranalogsignals.Thegoodresultinpracticalapplicationcanprovetherationalityandthevalidityofthisde sign.

Keywords:FSK;watchdog;MCU

FSK是一种广泛使用的调制方式，其调制采用2

备的标准信号模拟和其他指标测试。下面将详细介绍设计的原理和细节。

个不同频率的模拟信号（通常为正弦或余弦信号）来

表示数字量：0和1。为了节约成本，提高设计的灵活性，设计了用单片机来进行模拟编码的结构与思路，同样，这一设计对其他模拟信号的产生同样具有借鉴意义[1-3,10]。

本设计中的FSK信号发生器，主要是用来接收外系统产生的数字编码（二进制序列），将该数字编码转换为适合被测设备的FSK信号，以提供被测设

收稿日期：2011-07-28

基金项目：河南省创新人才工程项目（20040053）

1硬件组成及工作原理

为简化设计，硬件设计采用了W77E58单片机、高精度的DAC芯片、MAX232和运算放大器等一系列简单实用器件。并采用芯片IMP813L设计了看门狗电路，以使得整个板子工作状态更加可靠

[4-7]

。整

作者简介：李培建（1980-），男，河南许昌人，学士，主要从事测控系统开发等方面的研究.

第5期李培建等:基于单片机的FSK信号发生器

个硬件组成如图1所示。

串口1

电平转换

3350主板

反向信单片机

DACLPF

跟号随输器

出

看门狗电路

图1

硬件原理框图

如图1所示，3350主板（信号发生器的外部系统）的串口1通过“电平转换”单元与“单片机”串口相连接，从而使“单片机”能够通过串口获取3350主板的指令和数据信息。“看门狗电路”由芯片IMP813L组成，它用来监视整个系统的正常工作。“DAC芯片”是该电路的主要功能芯片，它的工作性能直接决定了输出信号的优劣。由于数模转换的特性，即信号可认为在冲激抽样后又乘了一个门函数，这一门函数使得信号的频谱被门函数频谱所卷积，从而扩展了频谱的宽度。所以，信号经过LPF”将高频部分的噪声信号滤掉是必需的。“反向跟随器”的主要功能有2个：（1）增加输出的驱动能力；（2）对数模转换电路和其他电路阻抗隔离；信号通过“反向跟随器”后即可输出，进行后续信号的测试或变换处理工作

[8-9]

。

2电路的主要功能单元

图2D/A板的PCB

视图

图2所示为该信号发生器卡的PCB结构，其中

一侧的PC104总线仅仅负责提供板卡工作所需的电源，以及和其他板卡之间的固定。信号发生器与外部系统3350主板之间的通信工作是通过串口1完成的。

（1）单片机

W77E58单片机采用，它是一个快速Winbond8051公司生产的提高了时钟速度和存储器访问周兼容微控制器8位单片机

核经过重新设计，;它的内

期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051要快许多。封装与管脚配置如图3所示。

图340-PinDIP封装

（2）DAC芯片

DAC7625DAC。它接收芯片采用的是12位的并行输入数据，12位的Burr-Brown并且提供

公司的

了双缓冲器来存放输入数据，可同时输出四路模拟信号。它具有异步的reset端，当该管脚电平有效时，所有寄存器的值都被设置为000H。它可以采用+5V的单极性电源或者-5V,+5V的双极性电源供电，具有低功耗（仅为20mW），灵敏度高的优点。采用不同的接法可以单端输出0～+2.5V，或者双端输出-2.5～+2.5V的电压。在设计中采用的是双端输出。DAC7625的输入数据为二进制格式，转换为十进制数记作N。则输出计算式为

VOUT=V(VREFL+REFH-VREFL)N

（1）

需要说明的是这个等式并未包括零漂和满量程的误差计算。

（3）看门狗电路

看门狗电路连接关系见图4，IMP813L的RESET输出一路直接和单片机的reset端相连（高电平有

“

光电技术应用第26卷

效），另一路经过一个反相器后与DAC芯片的reset端相连W77E58（低电平有效）的INT0端。这样单片机程序中只有在要求，而IMP813L的WDI端则连接了的时间间隔内通过WDI端“喂狗”才能保证整个转换板的正常工作，如果程序跑飞或者出现故障则不能正IMP813L常“喂狗”，那么单片机和DAC芯片将会在起到了监视电路的作用

的RESET输出控制下进行重新启动，[11-12]

。

从而（4）其他单元

“电平转换”单元主要由MAX232芯片及其外围电路完成，主要负责RS232电平和TTL电平的转换工作，以使得单片机能够接收从主板来的串口信号，完成正常通信。

“低通滤波”单元则是采用典型的二阶低通滤波器进行信号的滤波处理，为了保证能够有效滤除高频噪声，考虑到信号的最高频率为4kHz,故选择截止频率约为8kHz。“电平转换”单元和“低通滤波”单元电路非常简单，故在此不再赘述。

“反向跟随器”电路组成为一个运放和2个阻值相等的电阻（R8和R9）所组成。电路连接如图5所示，主要作用为阻抗隔离和增加输出驱动能力。

VCC

2

3V11

VCCVCC1

5GNDMR8R4

PFO71046

2

kΩ5

U12PFIRESETWDOWDI

74AHCT1G14

DAC_RESET

3

W77e58_INTO

W77e58_RESET

图4看门狗电路

RINPUT

1008

kΩ7

U18100R9

kΩ

231

64

OP07

8

R10510

OUTPUTC104

17图5反向跟随电路

3软件设计

软件设计是本信号发生器的重点与核心。软件

设计包括2个部分：与外部系统3350主板之间的通信编程和信号发生器本身的模拟编码发送编程（主要针

对某型设备的2FSK信号），下面分别进行介绍。3.1与3350主板之间的通信

测试对象产生测试编码3350主板是信号发生器的信号输入源，（0,1序列码）；它与信号发生它根据

器之间的通信步骤如下：

（1）单片机上电复位，初始化各个芯片，打开串口，做接收数据准备。

（2）3350主板发送“地址识别码（10个0x77）+清空接收区请求（0x11）”，信号卡收到数据后判断地址识别码是否为0x77，如果是则清空所有接收区，清空完毕后回复主板表示清空完毕（0x66），做好接收数据准备。其中地址识别码是为了使本信号卡识别33500x77（主板发送信息的收信对象。

码）3+）3350主板方面按照“地址识别码（10个

0xff+测试长度信息码＋测试码序列＋结束码同步信息码（10个0xfe）+被测设备识别信息（10个2））步中的清空完毕回复后，”的格式，生成待发送的数字序列，发送生成的该数字序列。

当接收到第

（4）信号发生器接收到3350主板发来的数据后，辨别数据的地址识别码，如正确则提取其中的被测设备识别信息码、测试长度信息码和测试码序列。根据设备识别信息码调用相应的编码程序，根据测试长度信息码将定长的测试码序列放入指定存储区域中，等待编码。

（5）如果信号产生器接收到的数据格式不对或者数据提取有误，则发送重新发送请求“地址识别码10个0x77）+10个0x99”。3350主板接收到重新发送请求后，确认信源设备，然后重复第（3）步到第（5）步，直到正常接收到测试数据，最后回复主板接收正确0x66的应答信息“地址识别码（10个0x77其他的处理工作。

”。主板接收到该应答信息后进行结果显示和）+10个

3.2FSK信号的编码与发送

下面，以FSK信号的生成为例来说明一下如何进行模拟信号编码。在这里，需要明确的是：某设备的二线信号2个频率为f0或者600bps，测试中采用的是和f1，1传输速率为200bps。那么，1200其软bps件编码步骤为：

（1）计算标准正弦信号在一个周期内的值（均匀取100个点），将振幅设定为2.5V计算出相应的电压

（（

第5期李培建等:基于单片机的FSK信号发生器

值，进而对应出数模转换芯片的数字量，将这些数字量制表存储进单片机的存储空间。每个数字量代表的是一个输出点，这些数字量就用来描点逼近模拟正弦信号，当然，如果存储空间和数模转换芯片的速度允许的话，采样点数可以进一步的增加。

（2）根据f0和f1的频率，计算在各自频率下点与Thold1=1/f0/100（s）Thold2=1/f1/100（s）

（2）（3）

对于其他信号虽然在信息格式上有所差异，但从原理上看，都是可以通过描点的方法进行模拟逼近的，所以上述方法是具有通用性的。在实际测量中，采用上述方法和步骤产生的模拟信号（比如2FSK信号）在测量对应的通信设备的时候，效果良好，进一步证实了本卡设计的合理性和正确性。参考文献

[1][2]

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点之间的转换时间（也就是各个点的保持时间）。以100个点为例，保持时间分别为

（3）根据1200的波特率，计算各个符号也就是“1”或者“0”的持续时间，并结合第（2）步得出的时间算出每个符号应该发送的点数N1和N0。

N1=1/1200/Thold（个）N0=1/1200/Thold2（个）

domNumberGenerator,IEEEAsiaPacificconferenceOnCheung,AGaussianNoiseGeneratorforHardware-Based1523-1533.

Dong-Ulee,WayneLuk,John-Dvillasenior,PeterY.K.

（4）（5）

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（4）将“1”和“0”对应的数字量点数和各个点的持续时间制表存储，编制相应的程序，等待发送。例如：设“1”其对应的频率为f1，则发送“1”需要N0个第一步存贮的正弦值点（一个周期逐个点发送完毕后继续下一个周期的发送）。这样，编写单片机程序时，可以采用一个计数器用来记录发送的点数，另外采用一个定时器来保证一个点发送的时间Thold2。这样就完成了一个符号“1”的发送。同样，符号“0”的发送方法可以很容易得到。

（5）根据主板发送来的装备识别信息码和测试长度信息码，在相应的存储区间取出测试码序列，逐比特按照“1”和“0”对应的发送方法，进行数模转换。

4结论

通过上面的方法和步骤，就可以产生2FSK信号，这种信号通过专用的二线口接口发送出去，就可以对被测设备进行相关的模拟和测试了。当然，上述步骤仅仅产生了一种特定模拟信号（2FSK信号），（上接第23页）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p5j1.html