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          MSP430單片機在微型低功耗數(shù)據(jù)廣播接收機中的應(yīng)用

          作者: 時間:2009-11-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          定時器時鐘源使用ACLK,即外部晶振,f = 4.194MHz,所需同步時鐘的頻率f = 4.8KHz,
          計數(shù)器計數(shù)值CCR0 = 4.194MHZ/4.8KHZ = 873
          如圖可見,當(dāng)同步時鐘與碼元完全同步時,捕獲中斷后所讀到值CCR1,應(yīng)等于CCR0的二分之一,即;當(dāng) 時,說明同步時鐘超前,需要增大計數(shù)值CCR0,即 , 使下一bit的采樣點錯后;當(dāng)時,說明同步時鐘滯后,需要減小計數(shù)值CCR0,即,使下一bit的采樣點提前。
          在上式中的 △ 稱為速率的誤差容限值(datarate tolerance),如果設(shè)置的這個容限值太高(即:時鐘調(diào)整的步進值過大),就會導(dǎo)致同步時鐘的頻率不能穩(wěn)定;反之這個容限值太小(即:時鐘調(diào)整的步進值過?。綍r鐘就不能跟蹤上碼元的變化;只有這個容限值合適,同步時鐘產(chǎn)生的采樣點就會逐漸收斂到接收碼元的中心位置,實現(xiàn)同步跟蹤。根據(jù)對噪聲和頻偏的估計, ,根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)計算 △ 的值。
          在本中的時鐘調(diào)整并不是捕獲到每一次跳變沿都要進行時鐘調(diào)整,根據(jù)接收信號頻偏大小,每8 bit 調(diào)整一次時鐘,即可實現(xiàn)同步時鐘的跟蹤。下表給出實驗中捕獲中斷讀出的CCR1的值。
          時采樣點基本位于碼元中心
          375385407421440426445438
          440433446436439448432430
          421434447437420405412419
          426429433438439420431435
          439429439422436439426435

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/173554.htm

          從表中看出同步時鐘的采樣點逐漸收斂在碼元中心位置,并且-在以后的接收過程中,實現(xiàn)跟蹤。
          (三)、小結(jié)
          由于采樣時鐘恢復(fù)和同步捕捉跟蹤都需要響應(yīng)中斷服務(wù)程序,占用CPU開銷。而CPU 的主要工作是進行每幀的解碼和發(fā)送。如果使用第一種同步方法,時鐘頻率4.8K*5,CPU時鐘為4.3MHz,即程序每運行41.6us、約20條程序語句就要響應(yīng)一次定時器中斷服務(wù)程序,增大了運算量。如果提高CPU的工作頻率,會增大電流的消耗。所以在達到相同的采樣效果時,使用第二種同步方法。同理,為節(jié)約CPU開銷,并不需要捕捉每個跳變沿進行同步跟蹤,實驗證明每8比特數(shù)據(jù)捕捉一次跳變沿調(diào)整采樣時鐘,即可實現(xiàn)良好的同步跟蹤。

          五、幀同步
          在數(shù)字信息傳輸中,幀同步信號是一些特定的碼組,這種幀同步碼組通常是在某段時間集中插入信息碼流。考慮到時間位置的確定,要在建立了各碼元的正確時間關(guān)系后才有能實現(xiàn),所以幀同步一般是在位同步的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。
          (一)、對幀同步系統(tǒng)的要求
          1、 幀同步的捕捉(同步建立)時間要短,
          2、 在一定的同步引入時間要求下,幀同步信號占用的碼組長度應(yīng)越短越好。
          3、 同步系統(tǒng)的工作要穩(wěn)定可靠,一旦建立同步狀態(tài)后,系統(tǒng)不應(yīng)因信道的正常誤碼而失步,即幀同步系統(tǒng)應(yīng)具有一定的抗干擾能力,能識別假失步和避免偽同步。
          數(shù)字信號在傳輸過程中總會出現(xiàn)誤碼而影響同步。一種是由信道噪聲等原因引起的隨機誤碼。此類誤碼造成幀同步碼的丟失往往是一種假失步現(xiàn)象。因此,一般規(guī)定幀同步信號丟失的時間超過一定限度時,才宣布幀同步態(tài)丟失,然后開始新的同步搜索(捕捉態(tài))。這段時間稱作前方保護時間。然而,無論選用何種幀同步碼型,信息碼流中都有可能出現(xiàn)與幀同步碼圖案相同的碼組,即偽同步碼。所以也不能一經(jīng)發(fā)現(xiàn)符合幀同步碼組的信號就進入同步態(tài)。只有當(dāng)幀同步信號連續(xù)來了幾幀或一段時間后,同步系統(tǒng)才可發(fā)出指令進入同步態(tài),這段時間成為后方保護時間。 (二)、幀同步的實現(xiàn)
          使用集中插入特殊碼元的幀同步方法,集中插入就是把特殊的幀同步碼組集中插在一幀的特定位置(一般是一幀的開始)。一旦檢測到這個特定碼組就確定了幀的起始位置,從而獲得幀同步。此種方法可以迅速糾正幀失步,即一旦幀失步,只要在下一幀同步碼就能恢復(fù)幀同步。
          本接收機收到的數(shù)據(jù)幀格式為:
          每192個信息字節(jié)加上2字節(jié)的幀同步碼組成一幀數(shù)據(jù)(如圖)。選用的幀同步碼為0x19D7。

          接收端采用幀同步碼的滑動法來恢復(fù)幀同步信號。其實現(xiàn)方法為:在里設(shè)置16bit移位寄存器、前后方保護計數(shù)器來完成前方保護時間和后方保護時間的計數(shù),和幀同步狀態(tài)位SFLAG,標(biāo)志系統(tǒng)的同步狀態(tài)。
          當(dāng)數(shù)據(jù)流進入移位寄存器,與幀同步碼(0x19d7)相比較,如果不同則移位寄存器高位移出低位移入下一比特再進行比較,同步系統(tǒng)從不斷接收輸入的數(shù)據(jù)流中捕獲到0x19d7碼組,相當(dāng)于第N幀有同步碼,置SFLAG=1,后方保護時間計數(shù)器開始,如果經(jīng)過192byte信息碼在第N+1幀處檢出同步碼,后方保護時間計數(shù)器加1,應(yīng)在第N+2幀再一次檢出同步碼,后方保護時間計數(shù)器加1,系統(tǒng)進入幀同步狀態(tài),進行數(shù)據(jù)定時接收。如果在第N+1幀處不能檢出同步碼或在第N+1幀處檢出同步碼而在第N+2幀處不能檢出同步碼,同步系統(tǒng)都要重新進入捕獲狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)即SFLAG=1時,檢測出錯誤的幀同步碼,則打開前方保護時間計數(shù)器,如果連續(xù)丟失4(或5)個幀同步碼,計數(shù)器計滿,清SFLAG=0,標(biāo)志系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)并停止數(shù)據(jù)定時接收。
          在本接收機的程序中將前方保護時間計數(shù)器和后方保護時間計數(shù)器簡化為一個時間計數(shù)器,即SCOUNT。SCOUNT的初始值為0,每接收到一個正確的幀同步碼,SCOUNT加1,當(dāng)連續(xù)接收到三個正確的幀同步碼時(SCOUNT=3)進入同步狀態(tài)SFLAG=1,如果在同步狀態(tài)中SCOUNT=4時,再檢測到正確的幀同步碼SCOUNT不再加1,也就是說SCOUNT的最大值為4;當(dāng)檢測到一個錯誤的幀同步碼,SCOUNT減1,如果出現(xiàn)連續(xù)4個錯誤的幀同步碼,SCOUNT減為0,則從同步狀態(tài)進入捕獲狀態(tài)。

          六、數(shù)據(jù)鏈路層
          進行位同步、幀同步后,將定時接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過以下處理經(jīng)串口輸出。
          1、去擾
          偽隨機序列發(fā)生器的生成多項式為,每幀同步字后進行一次初始化, 加擾不包括幀同步字,數(shù)據(jù)由偽隨機序列加擾,可破壞數(shù)據(jù)中的連零,有利于解碼器位同步的鎖定,并分散數(shù)據(jù)信號的能量分布,使對主信號的干擾呈類似白噪音的背景噪音,提高多工數(shù)據(jù)對主信道干擾的主觀評價得分。
          2、去交織和糾錯碼
          每一子幀用縮短R-S(48,32)編碼,可糾8個符號(64Bit)的隨機錯誤。再進行卷積交織,這樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)能糾正長達384Bit突發(fā)性誤碼。這樣對4.8Kbps 的抗突發(fā)性干擾時間分別為80ms 。
          3、校驗
          采用CCITT-16校驗碼,可檢出超出糾錯范圍而造成的誤碼,在每一子幀內(nèi)驗出所有Q16位的錯誤,可檢出99.998%的17位突發(fā)性錯誤,99.997%的18位和大于18位的突發(fā)性錯誤,可以滿足大多數(shù)信息及計算機通信的要求。涉及金融數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)有嚴格要求的信息,用戶可另加其它校驗。
          4、 輸出數(shù)據(jù)幀形成
          接收機根據(jù)自身的權(quán)限對于不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),形成不同的輸出幀格式進行數(shù)據(jù)輸出。

          七、測試結(jié)果
          通過實際播出測試驗證,CPFSK數(shù)據(jù)接收機的總體設(shè)計是成功的,實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo),特別是較強的信道糾錯編碼極大地改善了接收能力。
          2002年8月在北京月壇發(fā)射塔,發(fā)射頻率為91.5MHz調(diào)頻發(fā)射機上進行播出測試,分別使用信息0-信息7傳輸電子文本數(shù)據(jù),實現(xiàn)用戶的有條件接收;2002年9月使用透明頁格式來傳輸差分GPS的改正數(shù)據(jù),鏈路測試成功;該系統(tǒng)即將用在電子車站牌、路燈控制系統(tǒng)中。


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