基于87C51FB单片机的跳频控制器的设计与实现
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:435
1 引言
跳频就是“多频、选码、频移键控”,即用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器,并在多个频率中进行选择的移频键控。
跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力,并能做到频谱资源共享,所以,在当前现代化的电子战中,跳频通信已显示出巨大的优越性,它是战术无线电通信抗干扰措施的具体体现。另外,跳频通信也正应用到民用通信中,以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。
跳频控制器是跳频通信系统中的核心部件,具有跳频图案的产生、同步、自适应控制等功能。我们研制了超短波跳频通信系统中的跳频控制器。下面详细讨论其设计与实现。
2 跳频控制器设计
2.1 主要技术参数设计
考察一下系统的跳频技术性能,主要注意下列各项指标:跳频带宽要宽,跳频的频率数目要多,跳频的速率要快,跳频码的周期要长,跳频系统的同步时间要短。
所设计的跳频控制器的主要性能指标如下:
跳频速率:203跳/ s;
跳频带宽:可在30mhz~87.975mhz范围跳,也可分段跳;
跳频频率数:256个;
组网能力:能组128个网,有迟入网功能;
同步:首次同步时间0.5s,迟后入网同步时间为6s;
同步可靠性:误码率10-1时,同步概率为95%;
跳频图案:复杂非线性;
跳频序列周期:>1011bit;
跳频密钥量:>264;
语音数据速率:16kb/s。
2.2 硬件系统的设计
2.2.1 硬件电路组成
整机电路如图1所示。
它有五个主要模块,其功能简要说明如下。
(1)微处理器模块(cpu)
是跳频控制器的核心,cpu产生信号控制整个跳频控制器工作。它由87c51fb单片机及外围电路组成。
(2)基带模块(bbcc)
给收发信机模块和音频单元之间进出的发送和接收信号选定通路。bbcc模块含有下列微电子模块:
射频音频接口(rai);
增量调制器(dm);
先入先出(fifo)控制器(fc);
bit同步器(bis):使跳频控制器的内部数据时钟与接收数据同步;
伪随机码发生器(prg):产生确定跳频图案的码,受cpu模块控制。
(3)接收模块(rc)
搜综接收数据以得到同步数据,它包含下列微电子模块;
相关器:将收到的数据和cpu模块提供的数据序列(相关码)进行比较,在相一致(相关)时作出指示;
同步检测器和tod(time of day)解码器(sytd):译码同步数据并提供指示得到同步的定时信号,还译码tod数据并将译出数据送cpu模块,sytd由cpu模块控制;
实时时钟(rtc):当电源由跳频控制器断开时,这块微电子电路保持tod的跟踪。跟控器电源断开时,一块锂电池给rtc馈电,由一个32.768khz振荡器作为rtc频率基准。
(4)定时模块(tc)
提供定时控制信号。
(5)系统模块(sys)
使系统的跳频控制单元和其他单元接口。
2.2.2 跳频控制器工作原理
首先介绍跳频控制器发送通路的工作原理。
(1)数字化的发送信号加到fc的串入并出寄存器,fc把发送数据组织为16bit一组。当二个数据字节准备好时,fc对cpu发信号,cpu读取两个字节,并把它们存入作为fifo寄存器的ram部分。fifo控制器的工作起点与跳频周期(用信号hop表示)的起点同步。
(2)fc还包括一个8bit并入串出寄存器。送到收发信机模块去的数据从该寄存器取出。在发送同步序列期间和频率变换期间,从fc的串入并出寄存器来的数据积累在作为fifo的ram部分中。
(3)以信号fout-stopped(频率为18.3khz)为时钟将fc的并入串出寄存器的数据字节移出。移出的速率(18.3khz)高于数据装入fc的速率(16khz),这两个数据速率之差允许cpu把同步数据插入发送数据流中,并在频率变换期间停止发送数据。
(4)由fc移出的数据送到射频音频接口rai模块。rai对发送信号滤波并把得到的信号txbbr加到收发信机模块系统连接器。
下面再叙述跳频控制器接收通路的工作原理。
(1)rai把接收信号rxbbr通到位同步器bis、相关器cor,并经线性均衡器加到fc。
(2)cor将接收的数据和cpu提供的基准序列进行逐bit的比较,当一致bit数大于cpu提供的门限时,cor给出相关脉冲。
(3)正相关脉冲和负相关脉冲加到位于rc模块的sytd微电子模块。sytd监视正相关脉冲,以便检测同步序列。当检测到同步序列时,sytd产生信号s4。s4的出现受一窗口信号w2的控制。
(4)bit同步器bis使跳频控制器的接收时钟fout与接收数据的实际时钟速率同步。在收发信机模块的4ms换频间隔期间和接收同步数据时,一窗口信号w1堵塞fout信号。
(5)fc把接收数据送到fifo寄存器,然后从fifo寄存器送到rai或dm。接收方式时fc的工作方式和发送方式时的相反,即,数据以18.3khz速率注入控制器,并以16khz速率从控制器读出。
1 引言
跳频就是“多频、选码、频移键控”,即用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器,并在多个频率中进行选择的移频键控。
跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力,并能做到频谱资源共享,所以,在当前现代化的电子战中,跳频通信已显示出巨大的优越性,它是战术无线电通信抗干扰措施的具体体现。另外,跳频通信也正应用到民用通信中,以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。
跳频控制器是跳频通信系统中的核心部件,具有跳频图案的产生、同步、自适应控制等功能。我们研制了超短波跳频通信系统中的跳频控制器。下面详细讨论其设计与实现。
2 跳频控制器设计
2.1 主要技术参数设计
考察一下系统的跳频技术性能,主要注意下列各项指标:跳频带宽要宽,跳频的频率数目要多,跳频的速率要快,跳频码的周期要长,跳频系统的同步时间要短。
所设计的跳频控制器的主要性能指标如下:
跳频速率:203跳/ s;
跳频带宽:可在30mhz~87.975mhz范围跳,也可分段跳;
跳频频率数:256个;
组网能力:能组128个网,有迟入网功能;
同步:首次同步时间0.5s,迟后入网同步时间为6s;
同步可靠性:误码率10-1时,同步概率为95%;
跳频图案:复杂非线性;
跳频序列周期:>1011bit;
跳频密钥量:>264;
语音数据速率:16kb/s。
2.2 硬件系统的设计
2.2.1 硬件电路组成
整机电路如图1所示。
它有五个主要模块,其功能简要说明如下。
(1)微处理器模块(cpu)
是跳频控制器的核心,cpu产生信号控制整个跳频控制器工作。它由87c51fb单片机及外围电路组成。
(2)基带模块(bbcc)
给收发信机模块和音频单元之间进出的发送和接收信号选定通路。bbcc模块含有下列微电子模块:
射频音频接口(rai);
增量调制器(dm);
先入先出(fifo)控制器(fc);
bit同步器(bis):使跳频控制器的内部数据时钟与接收数据同步;
伪随机码发生器(prg):产生确定跳频图案的码,受cpu模块控制。
(3)接收模块(rc)
搜综接收数据以得到同步数据,它包含下列微电子模块;
相关器:将收到的数据和cpu模块提供的数据序列(相关码)进行比较,在相一致(相关)时作出指示;
同步检测器和tod(time of day)解码器(sytd):译码同步数据并提供指示得到同步的定时信号,还译码tod数据并将译出数据送cpu模块,sytd由cpu模块控制;
实时时钟(rtc):当电源由跳频控制器断开时,这块微电子电路保持tod的跟踪。跟控器电源断开时,一块锂电池给rtc馈电,由一个32.768khz振荡器作为rtc频率基准。
(4)定时模块(tc)
提供定时控制信号。
(5)系统模块(sys)
使系统的跳频控制单元和其他单元接口。
2.2.2 跳频控制器工作原理
首先介绍跳频控制器发送通路的工作原理。
(1)数字化的发送信号加到fc的串入并出寄存器,fc把发送数据组织为16bit一组。当二个数据字节准备好时,fc对cpu发信号,cpu读取两个字节,并把它们存入作为fifo寄存器的ram部分。fifo控制器的工作起点与跳频周期(用信号hop表示)的起点同步。
(2)fc还包括一个8bit并入串出寄存器。送到收发信机模块去的数据从该寄存器取出。在发送同步序列期间和频率变换期间,从fc的串入并出寄存器来的数据积累在作为fifo的ram部分中。
(3)以信号fout-stopped(频率为18.3khz)为时钟将fc的并入串出寄存器的数据字节移出。移出的速率(18.3khz)高于数据装入fc的速率(16khz),这两个数据速率之差允许cpu把同步数据插入发送数据流中,并在频率变换期间停止发送数据。
(4)由fc移出的数据送到射频音频接口rai模块。rai对发送信号滤波并把得到的信号txbbr加到收发信机模块系统连接器。
下面再叙述跳频控制器接收通路的工作原理。
(1)rai把接收信号rxbbr通到位同步器bis、相关器cor,并经线性均衡器加到fc。
(2)cor将接收的数据和cpu提供的基准序列进行逐bit的比较,当一致bit数大于cpu提供的门限时,cor给出相关脉冲。
(3)正相关脉冲和负相关脉冲加到位于rc模块的sytd微电子模块。sytd监视正相关脉冲,以便检测同步序列。当检测到同步序列时,sytd产生信号s4。s4的出现受一窗口信号w2的控制。
(4)bit同步器bis使跳频控制器的接收时钟fout与接收数据的实际时钟速率同步。在收发信机模块的4ms换频间隔期间和接收同步数据时,一窗口信号w1堵塞fout信号。
(5)fc把接收数据送到fifo寄存器,然后从fifo寄存器送到rai或dm。接收方式时fc的工作方式和发送方式时的相反,即,数据以18.3khz速率注入控制器,并以16khz速率从控制器读出。
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