一种应用于FSK调制器的数字可编程振荡器

1、第 18卷 第 1期 四川理工学院学报 (自然科学版 V ol . 18 No. 1 JOURNAL OF SICHUAN UNIVERSITY OF2005年 3月 SCIENCE & ENGINEERING(NATURAL SCIENCE EDITION Mar . 2005文章编号:1673-1549(200501-0046-03一种应用于 FSK 调制器的数字可编程振荡器彭 烨 1,陈昌明 2(1. 四川理工学院电子与信息工程系,四川 自贡 643000; 2. 四川省盐业学校 四川 自贡 643000摘 要:介绍了一种可用作 FSK 调制器的数字可编程振荡器 (DPO的设计。 该振荡

2、器使用一片 PLL 电路 LM 565, 其 VCO 的中心振荡频率由 8031单片机经由 CMOS CD4066开关所接的电阻阵列来控制。 在 88KHz-678KHz 数字可变的频率范围内获得了良好的方波和三角波。将电路改动为一个正弦的 DPO 后,得到了一个由 8031控制的相位连续的 BFSK 调制输出。关键词:数字可编程振荡器; PLL ; BFSK中图分类号:TN75 文献标识码:A引 言振荡器在电子通信系统的设计中起着十分关键的作用。 在振荡器的设计中, 频率的稳定和电路的简 洁都是我们所要考虑的主要因素 1。由于采用传统的 LC 电路所设计的振荡器的的频率稳定度不好,调 节范围

3、较窄,且不易实现程控,因而远远不能满足现在在频率合成 2, FSK 调制 3技术等方面对振荡器 的较高要求。为此,笔者设计了一种频率稳定度高,线性良好,频率调节范围宽,并能由编程实现所需 输出波形的数字可编程振荡器 DPO (Digitally Programmable Oscillator 。 该 DPO 主要由一片 PLL (Phase Locked Loop电路 LM5654和 8031单片机组成,其电路组成参见图 1。由 8031单片机输出的控制信 号经由 8255去控制 CMOS CD4066开关 5,改变与之相接的电阻阵列的总电阻,从而实现频率的变化。 该电阻阵列中的电阻按 2 N

4、 (N=0,1,2,3, 取值,本电路中 N 只取至 3。当 CD4066的所有开关都闭 图 1 数字可编程振荡器电路组成合后,电阻阵列的总阻值最小,频率最高;反之,总阻值最大,频率最低 5。若将 LM565输出的三角 波经过一个波形变换电路,便可得到一个正弦波输出。由此 DPO 的设计得到启示,只要将电路稍作改变,就可以得到一个在实际的通信系统设计中非常收稿日期:2004-11-24作者简介:彭 烨 (1969- ,女, 四川泸县人,讲师,主要从事应用电子技术、通信方面的研究。第 18卷 第 1期 彭 烨等:一种应用于 FSK 调制器的数字可编程振荡器 47有用的 BFSK 信号。1 DPO

5、的设计该 DPO 的详细电路示于图 1。振荡产生的方波和三角波的频率 6由下式确定f 0 =0.3/ (nRC (1 其中 n 为控制字 W 3 W2 W1 W0所对应的十进制数。 控制字 W3 W2 W1 W0 由 8031经由 8255 PPI产生, 然后去控制 CD4066的四个开关, 从而得到一个特殊的电阻 (nR 。 为使电路的工作性能最佳, 参照 LM565芯片厂商提供的外接电路,再经实验确定 R 的取值为 1K ,nR 的取值范围在 2K 15K 内。在表 1中给出了控制字所对应的二进制编码。表 1 控制字的二进制编码n W3W 2W 1W 0 n W3W 2W 1W 015 1

6、4 13 12 11 10 9 8 0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 176543211 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 (禁用 1 1 1 1 (禁用 需要注意的是若想要得到一个正弦波形,必须在波形变换电路和 LM565之间加接一个缓冲器,以 防止 DPO 和正弦波形发生器之间互相影响。若输出信号的电平达不到实际要求,还可根据需要加接电 平位移电路。 图 2 正弦 DPO 电路组成2 BFSK调制器的设计在 BFSK 调制体系中 , 数字基带

7、信号需要两种不同频率的载波 , 相应的就需要产生载波的两种振荡 器。而在本设计电路中,只需通过改变 DPO 电路中的一个开关所控制的电阻阵列的阻值,就可在正弦 DPO 中得到两种不同频率的载波信号。 BFSK 的详细电路如图 2所示。 其所需的数字基带信号是一个由 8031单片机 P1口输出的长度为 7的 PN 序列码 (1101001,该序列码的产生可通过编制比较简单的汇编程 序来实现 5。从 8031输出的 PN 序列码经缓冲倒相后去控制与电阻阵列相接的 CMOS 开关,继而实现 电阻阵列的阻值的改变。由图 2的电路可知,当输出的 PN 序列为高电平时,此时总阻值为 R M (n=12的电

8、阻阵列与正弦 DPO 相接,并产生一种频率 f M ;当 PN 序列为低电平时,电阻阵列的总阻值为 R S (n=4 , 并产生频率 f S 。由式(1可知:f S fM 。因此调制器根据相应的数字基带信号交替地产生频 率为 f S 和 f M 的波形,从而得到一个相位连续的 BFSK 调制输出。在这里值得一提的是,当用开关去控 制电阻阵列中的任意两个电阻时, 就可获得两个频率合成的信号, 这就为跳频发射系统 FHTS(Frequency Hopping Transmission System中所需的调制器的设计 7提供了一种可行的方案。48 四川理工学院学报(自然科学版 2005年 3月 -

9、202V o l t a g e (V Time图 3 振荡频率随控制字的变化关系曲线 图 4 BFSK调制器输出波形3 试验结果根 据 图 1所 示 电 路 进 行 相 应 的 软 件 和 硬 件 调 试 , 测 试 结 果 表 明 :可 以 获 得 频 率 范 围 为 88KHz678KHz 的线性良好的方波和三角波输出。在图 3中给出了控制字所对应的十进制数与理论频率及实际测试频率的关系曲线。由图中可看出,在各个控制字下测试的频率与理论计算值基本上一致。通过加接缓冲器和运算放大器 , 就可将 DPO 改成正弦 DPO , 正弦 DPO 的频率变化仍然是通过 8031单片机送出的控制字来实

10、现。在本文所述的 BFSK 调制器中 ,f S (n=4为 342KHz,f M (n=12为 112KHz ,当 PN 序列为 1101001时,其输出的 BFSK 波形见图 4。4 结 论本文中所述的 DPO 的主要特点是电路简单和数字可编程。该电路可作为函数发生器。若增加电阻 阵列, 改变电容C, 便可进一步扩展频率调节范围。 更为重要的是得到了在 BFSK 调制器中实现两个合 频信号的设计暗示 , 这在跳频发射系统的相关设计中是非常值得借鉴的。 参 考 文 献:5 何立民 . MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M. 北京 : 北京航天大学出版社, 1990. 6 B

11、oylestad R, Nashelsky L. Electronic Devices and Circuit TheoryM. New York: Prentice-Hall of India, 1997. 7 Ha T T. Digital Satellite CommunicationsM. New York: Macmillan Publishing Company, 1986.Digitally Programmable Oscillator for FSK Modulator ApplicationsPENG Ye1, CHEN Chang-ming2(1. Electronics

12、 and Information Engineering Dept., Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China;2. Sichuan School of Salt Industry, Zigong 643000, ChinaAbstract: The design of a Digitally Programmable Oscillator (DPO is described for applications in the area of FSK modulator. DPO is designed u

13、sing a PLL chip LM565, the centre frequency of VCO within which is controlled by 8031 microcontroller using a Resistor Array implemented by CMOS CD4066 switches. Good quality square and triangular waves are obtained from the block whose frequencies in the range of 88KHz to 678KHz are varied digitally. DPO will be a sinusoidal D