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1、基于DDS的无线数据传输系统设计与实现基于DDS的无线数据传输系统设计与实现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、能够宽带正交输出、能够外加调制的优点，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，因而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众多优点，本系统采用DDS技术来实现数字调制功能，充分发挥DDS的优势，使系统构造简单、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。1.1发射机电路，发
2、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。图1发射机组成图控制器以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16bit具有精简指令集的超低功耗混合信号处理器MixedSignalProcessor，采用1.8V3.6V电源电压，在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流在200μA400μA，时钟关断形式的最低功耗只要0.2μA，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。且MSP430F169具有丰富的片上外围模块，如看门狗、模拟比拟器、定时器、串
3、口、硬件乘法器等。在本系统中，MSP430F169工作在3.3V电压、8MHz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300MHz，理论输出信号频率范围为直流到150MHz，最高并行编程速率为100MHz，采用3.3V单电源供电，与上述控制器芯片匹配，无需加电平转换电路，进而实现控制器与调制器的无缝接口。AD9854支持10MHz串行通信方式和100MHz并行通信方式，本系统采用串行数据输入方式。AD9854内置420倍频的PLL，外部较低频率的参考时钟可通过倍频后得到300MHz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。AD
4、9854参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20MHz有源晶振输出经PLL电路15倍频到300MHz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，由于AD9854的最高工作频率为300MHz，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120MHz，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LCM128128×64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
5、，能够提供最高3A的电流输出，完全知足本系统的要求。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。图2接收机组成图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
6、。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拟，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拟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一样的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AD98546、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
7、形式，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经过：S/PSELECT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D0D1写入48bit并行寄存器，或在SCLK控制下从串行输入口SDATA写入48bit串行寄存器。发射机的软件流程图注：在发射机内部存储有3幅图片。图3发射机流程图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讲较容易。同样，开场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
8、，只要接收机射频部分电路工作，其他部件处于休眠形式。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定，假如为字符包括英文字符和汉字，则控制LCD进入字符形式，进行字符的显示；假如为图片，则控制LCD进入图片形式，进行图片显示。接收机的软件流程。图4接收机流程图3系统测试结果1载波中心频率：发射机在2FSK形式时，1和0所对应的两个频率分别为fH=30.003000MHz和fL=29.997000MHz，系统在空闲时发射频率为30.000000MHz，故选取频率为30.000000MHz为中心频率。2频率稳定度：在单片机复位的前
9、提下，用频率计每隔2min测一次AD9854的输出频率，共测5次，如表1所示。根据测试结果计算：表1AD9854输出频率测量值频率稳定度最大频率偏差/中心频率30.000068-29.999981÷30.0000240.000087÷30.0000242.9×10-63发射功率：在发射功率级末端接50Ω假负载，用100MHz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=2.98V，P=V2P-P/8RL=22.2mW。4传输速率：发射机、接收机在通信距离为10m的情况下，分别以1.2kb/s、9.6kb/s、57.6kb/s、115.2kb/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，讲明本系统具有图形的点阵传送功能。本系统能够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，故能够比拟容易地改变调制信号频率，为实现跳频通信提供了方便。