摘  要： 设计了能够传输英文字母、汉字及图像信息的数字调制－解调无线通信系统，实现了点对点、单点对多点的异步单工通信。发射机由控制器、调制电路、高频功率放大器、天线、显示电路及电源部分组成。发射机采用计算机标准PS/2键盘录入信息，并用拼音输入法实现汉字的录入。接收机由解调电路、数据处理器、显示电路及电源部分组成。整机实现了在30.0 MHz低载波频率下的高速数据传输，数据传输速率可设为1.2 kb/s、9.6 kb/s、57.6 kb/s、115.2 kb/s。
关键词： DDS；FSK；无线通信

    DDS技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并方便与控制器接口构成智能化的频率源。由于基准时钟的频率一般固定，因此相位累加器的位数决定了频率分辨率，位数越多，分辨率越高。基于DDS诸多优点，本系统采用DDS技术来实现数字调制功能[1-2]，充分发挥DDS的优势，使系统结构简单、功能强大。
1 硬件实现及工作原理
    本系统为一套无线数据传输系统，硬件电路分为发射机电路和接收机电路两部分[3-5]。
1.1 发射机电路
    如图1所示，发射机硬件电路主要由控制器、调制电路、高频功率放大器、天线、显示电路与电源部分组成。

    控制器以TI公司高性能混合信号处理器MSP430F169为核心，完成对DDS、键盘、LCD显示器的控制和信息处理的功能。MSP430F169为16 bit具有精简指令集的超低功耗混合信号处理器(Mixed Signal Processor)，采用1.8 V~3.6 V电源电压，在1 MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流在200 μA~400 μA，时钟关断模式的最低功耗只有0.2 μA，在8 MHz晶体驱动下指令周期为125 ns。且MSP430F169具有丰富的片上外围模块，如看门狗、模拟比较器、定时器、串口、硬件乘法器等。在本系统中，MSP430F169工作在3.3 V电压、8 MHz主频下。
    调制电路以ADI公司单片DDS芯片AD9854为核心。该芯片最高系统时钟为300 MHz，理论输出信号频率范围为直流到150 MHz，最高并行编程速率为100 MHz，采用3.3 V单电源供电，与上述控制器芯片匹配，无需加电平转换电路，从而实现控制器与调制器的无缝接口。AD9854支持10 MHz串行通信方式和100 MHz并行通信方式，本系统采用串行数据输入方式。AD9854内置4～20倍频的PLL，外部较低频率的参考时钟可通过倍频后得到300 MHz的系统时钟，这样就避免了设计高频参考时钟的难度，降低了高频时钟干扰。AD9854参考时钟的输入有单端输入和差分输入两种方式，为了使电路简单，本设计选用单端输入方式。外部20 MHz有源晶振输出经PLL电路15倍频到300 MHz后作为系统时钟。滤波器采用由3个电感和7个电容构成的七阶椭圆滤波器，因为AD9854的最高工作频率为300 MHz，而DDS输出最高频率为系统工作频率的40%左右，所以本方案中滤波器的截止频率设计为120 MHz，有效滤除了高频干扰，使输出信号较为平滑。
    高频功率放大器工作在丙类方式，能够实现较高的效率。显示器采用LCM128 128×64点字符点阵液晶显示器，用来完成人机交互界面和信息的显示功能。电源部分采用LM2576-3.3三端稳压片，能够提供最高3 A的电流输出，完全满足本系统的要求。同时为了防止AD9854工作时对电源造成干扰，电路设计采用了大量的滤波电容，且对数字电源和模拟电源作了很好的隔离，以防止数字电源对模拟电源的串扰。
1.2 接收机电路
    接收机硬件电路由解调电路、数据处理器、显示电路及电源部分组成，接收机框图如图2所示。

    解调器以飞利浦专用FSK解调芯SA639DH为核心部件。它具有灵敏度高、动态范围大、传输速率快、稳定性好等特点。天线接收到的信号经输入回路取出的2FSK信号与本振信号同时送入乘法器进行混频，再经一级带通滤波器滤除高频分量取其下变频到中频，然后进行中频放大后经二级带通滤波送入限幅放大器进行限幅放大。限幅放大后的信号被分成两路，一路直接送入乘法器，另一路经移相网络移相90°产生调相调频波再送乘法器，两路信号进行相位比较，乘法器输出的信号经低通滤波器取出原调制信号，然后再把该信号送入比较器进行整形后送信号处理器进行处理。
    接收机数据处理器同样采用MSP430F169，显示器采用与发射机相同的LCM12864。由于接收机部分与发射机相比功耗低，故接收机电源部分采用两节5号干电池串联供电。
2 系统软件的实现
2.1 发射机的软件设计
    发射机上电后，首先对系统进行初始化，包括对控制器本身的端口配置、片内外设的配置，以及外部的AD9854[6]、PS2键盘和显示器等部件的初始化。初始化结束后系统进入休眠模式，直到被外部键盘产生的中断唤醒。然后根据得到的按键键码进行相应处理。为了让AD9854产生2FSK信号，需进行如下的初始化过程：S/P SELECT置1或置0以决定输入数据是并行还是串行。1为并行，0为串行；本系统采用串行接口，在SCLK信号控制下从并行输入口D0～D1写入48 bit并行寄存器，或在SCLK控制下从串行输入口SDATA写入48 bit串行寄存器。发射机的软件流程图如图3所示（注：在发射机内部存储有3幅图片）。

2.2 接收机的软件设计
    接收机不需要区分接收到的是英文字符还是汉字，故软件设计相对发射机来说较容易。同样，开始对信号处理器以及外设进行初始化，使其工作在等待信息接收状态，此时，只有接收机射频部分电路工作，其他部件处于休眠模式。当接收机检查到有信息到来时，通过中断唤醒控制器，控制器再唤醒其他外设进行数据接收和处理。接收到的信息经信号处理器判断，如果为字符（包括英文字符和汉字），则控制LCD进入字符模式，进行字符的显示；如果为图片，则控制LCD进入图片模式，进行图片显示。接收机的软件流程如图4所示。

    (3)发射功率：在发射功率级末端接50 Ω假负载，用100 MHz数字示波器测得发射信号的输出电压峰峰值VP-P，据公式P=V2P-P/8RL，得到发射功率值，实验测得VP-P=2.98 V，P=V2P-P/8RL=22.2 mW。
    (4)传输速率：发射机、接收机在通信距离为10 m的情况下，分别以1.2 kb/s、9.6 kb/s、57.6 kb/s、115.2 kb/s的波特率传送5次20个汉字，汉字错误率均为零。
    (5)图形传送功能：发射机、接收机。发射机调用机内自带的三幅图形（分别为公鸡、小兔及西工大校徽）以点阵的形式传送，接收机能够不失真接收，说明本系统具有图形的点阵传送功能。
    本系统可以简单高效地进行无线数据传输，是实现无线通信的一种简单可行的设计方案。经过系统测试，系统技术指标令人满意，工作可靠。另外，由于本系统采用DDS来实现信号调制，故可以比较容易地改变调制信号频率，为实现跳频通信提供了方便。
参考文献
[1] 陈邦媛.射频通信线路[M].北京：科学出版社，2002.
[2] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，等.通信原理(第5版)[M].北京：国防工业出版社，2003.
[3] 刘畅生.新型集成电路简明手册及典型应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.
[4] 李朝青.单片机&DSP外围数字IC技术手册[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[5] 黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[6] Analog Devices.CMOS 300 MSP Complete DDS AD9854[M]. Analog Devices Inc.2007.