用 89C52单片机实现 FSK调制解调 北京航空航天大学第五研究室(北京 100083) 滕强院 李 红 伍小洁 摘 要 文章介绍了在陀螺浏抖仪的电统遥测系统中，用89C52单片机实现频移健控调制解 调(FSK modem)的原理和方法。用此方法可以得到数据传输率为 4800bit/s的 FSK modem，因而 有效地解决了陀螺测抖仪的通信问题。 关键词 调制解调 FSK 电缆遥测 系统 单片机 陀螺测抖仪 陀螺测斜仪主要用于石油钻井过程中测量井孔 示 ，低位在先高位在后。 的方位角、倾斜角，进而计算出井孔的轨迹。在陀螺 测斜仪中，利用电缆遥测系统控制井下陀螺仪的动 作 ，并把井下单片机采集到的数字信号实时地传输 到地面，为了提高信号传输的抗干扰性和减小电缆 分布参数的影响，采用了FSK调制解调的方式在电 缆上传输信号(电缆也同时给井下电源供电)。目 前，在国内市场上单片 FSK modem集成电路较多， 但大多都是专为在模拟电话网上传输数字信号而设 计的，其数据传输率较低，大约在1200bit/s左右，用 在陀螺测斜仪上满足不了实时性的要求 ，同时由于 陀螺测斜仪在井下工作环境和体积的要求，需要各 种器件能够耐 1250的高温，且尽量减小电路板 的体 积，然而工作温度可达 1250C的FSK modem集成电 路的价格又十分昂贵，因此作者采用 89C52单片机 通过软件来实现 FSK调制解调，即利用定时器 0 (TO)实现 FSK调制、定时器 2(T2)实现以鉴频方式 解调 FSK 信 号，要发送 的数字信 号 经调制 后从 89C52的 P3.5端 口输出，再经过驱动、藕合以方波 的形式直接在电缆上传输，然后在电缆的另一端经 过放大、滤波、整形之后进人 89C52的T2EX(Pl. l ) 进行解调，其电路框图如图 1所示。这样在 89C52 单片机外接 12MHz晶振时，可以得到4 800bit/s的 数据传输率，基本可以满足实时性的要求，同时可以 节省价格昂贵的 FSK modem集成 电路，且减小 了 电路板的尺寸。以下是软件实现 FSK调制解调 的 原 理 和方 法 。 1 调制原理及程序流程图 1.1 数据帧格式 此串行通信系统所采用的数据帧格式如图 2所 图 1 系统框 图 起始 DATA.0 DATA.7 奇偶 终止 图 2 数据顿格式 1.2 数据速率及载波 调制解调器的串行数据传输率为 4 800bit/s, "0”信号的载波为 9 600Hz("0"频)的方波，每个“0" 码输出两个周期频率为 9 600H:的方波;"1”信号的 载波为 4 800Hz("1”频)的方波，每个“1”码输出一 个周期频率为 4 800Hz的方波，如图 3所示。 图 3 载 波 图 1.3 调制的原理 软件调制是利用 89C52单 片机 的 TO来实现 的，其方法是:发送“0”码时，首先把 TO装人初值 TIMEO(根据数据传输率而定)，然后等待 TO滋出， TO溢出后 ，则使 P3.5(调制后的信号从 P3.5口输 出)口的状态翻转，同时再给 TO赋初值 TIMEO，重 复以上的动作直至发送完两周期 9600Hz的方波， 其流程如图 4所示，其中 R2作为发送码元计数器; -30一 北电网络(中国)有限公司 010 - 6523 7788 《电子技术》2001年第 1期 万方数据 

发送“1”码时其方法和发送“0”码相同，只需把 TO 的初值 TIMEO换为 TIME1即可。 2 解调原理及流程图 图 4 发送“0”码元子程序流程图 1.4 发送子程序流程图 Rl为发送的码元计数器;R2为发送的半码元 计数器;C为进位标志;P为奇偶标志;Odd为寄存 奇偶标志。 发送一个字节的流程如图 5所示，设要发送的 字节的地址已存放在 RO中，发送 10100101(即十六 进制 A5)的波形如图 6所示。 2.1 89C52的定时器 2的功能 定时器/计数器 2(T2)是一个具有 16位 自动装 载或捕获能力的定时器，其捕获功能就是把 T2的 工作寄存器 TH2和 TL2中的数据 自动装人到寄存 器 PCAP2H和 PCAP2Lo捕获或重装载操作在下 述情况发生，即 EXEN2二1, CP/RL2 = 1，且 T2EX (P1.1)端的信号有负跳变时。调制信号的解调就 是利用 T2的捕获功能来实现的。 2.2 解调原理 利用 T2的捕获功能，捕获在 U EX(Pl.1)端上 出现的两个相邻下降沿的时间间隔，根据其时间间 隔(频率)的大小，即根据捕获到寄存器 PCAP2L中 的值的大小来判断接收到的是“0"频还是“1”频如图 7所 示 。 调制信号序列 解调后的信号序列 图 7 解调原理图 每次捕获操作之后要做以下动作: (1)清除 T2外部标志位 EXF2 ; (2)把 T2的工作寄存器 TH2和 TL2清零 ，使 T2重新从 0开始记数; (3)根据寄存器 PCAP2H 和 PCAP2L中捕获 的值来判断是1101,频还是“1”频。 2.3 "0"频的判断 RTIME为 PCAP2H 和 PCAP2L中的值 ，即实 际两相邻下降沿之间的值(频率);STIME为“0"频 的两个相邻下降沿之间的标准时间;ERROR为允 许的时间(频率)误差;EQUO为“0”码标志位首先判 f 开始 ’、 图 5 发送子程序流程图 图 6 “AS”的波形图 图 8 -0频判断子程序流程图 《电子技术》2001年第 1期 上海华为信息技术有限公司 021一5385 2300 一一31- 万方数据 

断 RTIME的值是否在“0"频的标准值之内，即是否 是满 足 STIMEO-ERROR簇 RTIME < STIMEO + ERROR，如是则使 EQUO = 1，否则使 EQUO = 0，其 流程图如图 8所示。 2.4 "1"频的判断 idle频判断与“0"频判断相同，把 STIMEO换成 STIME1, EQUO换成 EQU1即可。 2.5 接收子程序流程图 如果连续收到两个‘`0"频，则认为收到一个“0" 收到一个“1"频则认为收到一个“1”码。每次接收都 是按 1个起始位、8个数据位、1个奇偶位、1个终止 位的顺序 ，否则就返 回，其流程图如图 9所示。其中 - 32- 北电网络(中国)有限公司 010- 6523 7788 《电子技术))2001年第 1期 图 9 接 收 子程 序 流 程 图 万方数据 

混凝土搅拌站计算机控制系统中的 “看 门狗”设计 南京大学物理系 (南京 210093) 刘先 昆 张 琴 张 骏 徐健健 摘 要 混凝土搅拌站控制对系统稳定性要求很高。并且 自动化程度越高一次失控造成的损 失就越大，其结果往往不堪收拾。文章介绍一种在搅拌站系统中的系统状态监测、异常报警、紧急 处理和系统恢复的子系统，称之为“系统看门狗”子系统。 关键词 自动控制 系统稳定性 “看门狗” 混凝土 搅拌 1 概述 计算机控制的混凝土搅拌站具有控制精度高、 易操作、便于实现配方和用料管理、便于进行产品质 量控制等优点。采用计算机控制提高了系统 自动化 程度的同时，系统的稳定性变得尤为重要。不论是 偶然出现的系统干扰或人为误动零部件损坏都有可 能造成系统失控，例如爆缸 、堵闸、堵车等，其结果往 往不堪收拾。若不能够及时处理，损坏将有可能进 一步扩大。因此 ，我们在系统中设计增加一个独立 不到上位机的信息时，输出相应环节的声光报警，同 时输出相应的仓急停、磅急停、搅拌机急停或总停控 制。搅拌站控制主系统 的外 围辅助设备也可被监 测，如空气压缩机、水泵、药水泵等。 2 系统组成 控制系统由工业控制计算机、串口扩展卡 、自动 称重配料仪等几个主要部分组成。看门狗与系统的 连接参见图 to 2.1 工业控制计算机 于主控制系统外的动态监测、故障报警和应急处理 控制整个混凝土生产过程的核心 ，控制配料 、送 的子系统，称之为“系统看门狗”。 “系统看门狗”能够完成在各种状态下对系统各 级进行监测，同时可以随时接收上位主控计算机发 料、搅拌和出料的全过程，同时负责数据和配方的管 理，票据打印。 2.2 串口扩展卡 出的各级正确的状态信息与检测结果进行 比较判 断，动态分析处理系统工作过程中的各环节的状态 信息。发现某环节故障、状态异常或规定时间内收 为串行 口扩展之用 ，有安装在工控机内的插卡 也有外部独立安装的盒式模块。通常扩展到 8个串 口。使工控机得以通过扩展的多个串行 口连接四台 RO作为间接寄存器，存放收到数据的地址 收码元计数器;EXF2为定时器外部标志位 ;R1为接 3 结论 此方法的最快数据传输率主要取决于判断“0" 频和“1”频子程序运行时间的长短，即在两相邻下降 沿之间必须判断出是“0"频还是“1”频 ，利用 T2 的 捕获功能可以简化程序，使程序运行时间缩短，进而 可以提高数据传输率 ，通过调试，外接 12MHz晶振 时可以得到 4800bit/s的数据传输率 ，而且还有一定 省了价格 昂贵的单片 FSK modem 集成芯片，同时 也减小了井下 PCB的体积。另外，只要改变程序中 的几个参数就可以得到不同的数据传输率，因此，此 方法具有一定的通用性。 参 考 文 献 欧阳长月.数字通讯.北京航空航天大学出版社，1990 孙涵芳，徐爱卿.单片机原理及应用.北京航空航天大学 出版社，1988 任立新.TXC-96短半径陀螺测斜仪的研制.北京航空航 的裕度。这样 ，既满足了对通信的实时性要求又节 天大学硕士论文，1997 《电子技术》2001年第 1期 上海华为信息技术有限公司 021一5385 2300 3 3- 万方数据