本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸領(lǐng)域，特別是一種基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk解調(diào)方法。

背景技術(shù)：

fsk(frequency-shiftkeying，頻移鍵控)是利用載波頻率變化來傳遞數(shù)字信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。具有實(shí)現(xiàn)容易，抗噪聲與抗衰減的性能好等特點(diǎn)。在電力載波通訊中到了廣泛的應(yīng)用。如民用智能電表抄表系統(tǒng)，電網(wǎng)中遠(yuǎn)動(dòng)信息收發(fā)，礦井系統(tǒng)中的遙測(cè)遙控傳輸?shù)取?/p>

fsk最常用的方法是將二進(jìn)制數(shù)1和0，分別調(diào)制為f1與f2兩個(gè)頻率不同的雙頻fsk系統(tǒng)。被調(diào)制的頻率相對(duì)電網(wǎng)頻率高出許多。fsk系統(tǒng)中，“調(diào)制”相對(duì)簡(jiǎn)單，“解調(diào)”比較復(fù)雜。

fsk信號(hào)的解調(diào)方式有模擬解調(diào)方式與數(shù)字解調(diào)方式。模擬解調(diào)方式中，有參考差分fsk解調(diào)和全差分fsk解調(diào)。參考差分fsk解調(diào)是將fsk載波信號(hào)控制偏置電流對(duì)電容充電，根據(jù)電容上充電電壓與參考電壓通過比較器判決數(shù)據(jù)是1還是0。全差分fsk解調(diào)是利用不同偏置電流對(duì)不同的電容進(jìn)行充電，根據(jù)電容上充電電壓差值的大小通過比較器判決數(shù)據(jù)是1還是0。模擬解調(diào)電路容易漂移，是其主要缺點(diǎn)。數(shù)字解調(diào)方式通常有過零點(diǎn)檢測(cè)、正交相乘等，過零點(diǎn)檢測(cè)解調(diào)方式適用于非常低速率的應(yīng)用，通訊速率較低。正交相乘解調(diào)方式較為復(fù)雜的乘法器以與高階數(shù)字濾波器，成本較高，電路也較復(fù)雜。另外fsk解調(diào)電路還可以采用鎖相環(huán)pll的方式實(shí)現(xiàn)，包括模擬pll和數(shù)字pll。這類解調(diào)電路同樣有諸多缺點(diǎn)，功耗較大，電路復(fù)雜，成本較高。

隨著智能電網(wǎng)概念的普及，“智能”電器越來越多。智能電器的首要特點(diǎn)是可通訊。因fsk通訊方式無需增設(shè)額外的通訊線路，逐成為智能電器可通訊之首選。且智能電網(wǎng)、智能電器相互之間的通訊速率往往較低。

現(xiàn)有的fsk調(diào)制與解調(diào)方式有多種方法，其中解調(diào)方式有相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)等方式，但多不限定對(duì)“0”與“1”的調(diào)制寬度。這給以高速單片機(jī)或dsp為主要控制器件的智能電器的fsk通訊，帶了極大的不便，或增加了電路的復(fù)雜性，或降低了解碼的成功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、大幅度簡(jiǎn)化了fsk的“硬件調(diào)制發(fā)送耦合”電路、避免了數(shù)字解調(diào)電路的復(fù)雜性，克服了模擬解調(diào)電路時(shí)漂的影響、同時(shí)提高了解調(diào)的快速性、具有極高的抗干擾能力的基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk解調(diào)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk解調(diào)方法，步驟包括：

1)設(shè)置碼元個(gè)體脈沖最大寬度限定值，設(shè)置一楨，即一個(gè)字節(jié)的最小寬度時(shí)限、最大寬度時(shí)限，之后執(zhí)行步驟2)；

2)設(shè)置下降沿捕獲中斷開啟，設(shè)置并清空二個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，設(shè)置指向第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，清零累加時(shí)間數(shù)據(jù)，之后執(zhí)行步驟3)；

3)下降沿捕獲中斷后，將捕獲時(shí)間數(shù)據(jù)保存至指針指向的地址，指針加一，并累加時(shí)間數(shù)據(jù)，之后執(zhí)行步驟4)；

4)當(dāng)本次捕獲時(shí)間數(shù)據(jù)大于個(gè)體脈沖最大寬度限定值，則執(zhí)行步驟2)，否則執(zhí)行步驟5)；

5)當(dāng)累加時(shí)間數(shù)據(jù)在一楨最小寬度時(shí)限與最大寬度時(shí)限之間，則建立完成接收一楨標(biāo)志so，否則等待下一次中斷，之后執(zhí)行步驟6)；

6)主程序檢測(cè)so標(biāo)志，當(dāng)so＝1時(shí)，將第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)移到二數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并清空第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，之后執(zhí)行步驟7)；

7)主程序?qū)Φ诙?shù)據(jù)緩沖區(qū)以逐個(gè)t為單位進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置解碼字節(jié)ud＝00h，解碼次數(shù)＝8，設(shè)置指針指向從第二數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址a0，之后執(zhí)行步驟8)；

8)累加指針地址里的時(shí)間數(shù)據(jù)，直到等于大于t，此時(shí)的地址記號(hào)為a1，之后執(zhí)行步驟9)；

9)在a0到a1地址中，設(shè)符合“0”碼元時(shí)限的個(gè)數(shù)n，符合“1”碼元時(shí)限的個(gè)數(shù)m，當(dāng)n≥m，則解碼結(jié)果為“0”；否則，解碼結(jié)果為“1”，將解碼結(jié)果賦值ud的最高位后，ud循環(huán)右移一位，指針地址+1記號(hào)為a0，累加器清零，之后執(zhí)行步驟10)；

10)當(dāng)解碼次數(shù)減1不為零時(shí)，返回步驟8，當(dāng)解碼次數(shù)減1為零時(shí)，完成一楨解碼。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、為了大幅度降低成本，在低速fsk通訊場(chǎng)合，常采用高速單片機(jī)、dsp為核心元件進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，可大幅度簡(jiǎn)化fsk調(diào)制發(fā)送電路與fsk信號(hào)接收電路。

2、調(diào)制方，高速單片機(jī)或dsp，采用定時(shí)中斷、查表等方式，對(duì)待調(diào)制字節(jié)采用t0脈沖n個(gè)數(shù)或t1脈沖m個(gè)數(shù)或不同的組合形式進(jìn)行調(diào)制，直接通過端口發(fā)送，從而大幅度簡(jiǎn)化了fsk的“硬件調(diào)制發(fā)送耦合”電路。

3、接收方，高速單片機(jī)或dsp，采用邊沿捕獲、外部觸發(fā)中斷等方式，直接獲取碼元寬度時(shí)間值及個(gè)數(shù)。fsk信號(hào)由程序進(jìn)行解調(diào)還原，從而避免了數(shù)字解調(diào)電路的復(fù)雜性，克服了模擬解調(diào)電路時(shí)漂的影響。

4、fsk信號(hào)解調(diào)還原，依據(jù)脈寬等長(zhǎng)機(jī)制，查找總寬度內(nèi)最接近標(biāo)稱值的碼元序列，在該序列中，只要有1個(gè)碼元與標(biāo)稱值的碼元相吻合，即可解調(diào)出二進(jìn)制位值，從而大大降低了解調(diào)的復(fù)雜性，同時(shí)提高了解調(diào)的快速性。

5、本方法具有極高的抗干擾能力。

6、作為智能電器的主控制器，高速單片機(jī)或dsp在完成主要監(jiān)控任務(wù)的同時(shí)，可兼顧fsk的調(diào)制與解調(diào)任務(wù)，大幅度降低總體成本。

綜上所述，本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的的fsk調(diào)制與解調(diào)方法，調(diào)制方法簡(jiǎn)單，解調(diào)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，快速性好，可廣泛使用于智能電器等多種場(chǎng)合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk調(diào)制方法原理圖。

圖2是本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk調(diào)制方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk解調(diào)方法的流程圖。

圖4是本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk調(diào)制方法抗干擾原理圖解之一。

圖5是本發(fā)明基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk調(diào)制方法抗干擾原理圖解之二。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，對(duì)“0”進(jìn)行調(diào)制，采用的碼元寬度t0＝11.25us，碼元個(gè)數(shù)n＝9，調(diào)制頻率f0約等于88.88khz，總的調(diào)制時(shí)間t等于101.25us；對(duì)“1”進(jìn)行調(diào)制，采用的碼元寬度t0＝10.125us，碼元個(gè)數(shù)m＝10，調(diào)制頻率f0約等于98.76khz，總的調(diào)制時(shí)間t等于101.25us。調(diào)制中心頻率約為93.56khz。fsk有效數(shù)據(jù)速率可達(dá)9.8kbit/s。

一種基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk調(diào)制方法，步驟包括：

1、定時(shí)器初始化

1)取出一個(gè)待調(diào)制發(fā)送的字節(jié)，設(shè)置“字節(jié)循環(huán)次數(shù)a”為8位(次)；

2)判斷待調(diào)制發(fā)送字節(jié)的最低位，當(dāng)最低位為“0”時(shí)，設(shè)置定時(shí)器中斷“位循環(huán)次數(shù)b”為9次，定時(shí)中斷常數(shù)為11.25us；當(dāng)最低位為“1”時(shí)，設(shè)置定時(shí)器中斷“位循環(huán)次數(shù)b”為10次，定時(shí)中斷常數(shù)為10.125us；

3)開放定時(shí)器中斷，輸出端口置高電平，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)。

2、定時(shí)中斷(如圖2所示)

1)將輸出端口取反，之后執(zhí)行步驟2)；

2)位循環(huán)次數(shù)b減去1后判斷是否為零，如果不為零執(zhí)行步驟3)；如果為零，建立ob標(biāo)志，執(zhí)行步驟4)；

3)重置定時(shí)常數(shù)，退出中斷；

4)字節(jié)循環(huán)次數(shù)a減去1后判斷是否為零，如果不為零執(zhí)行步驟5)；如果為零執(zhí)行步驟6)；

5)待調(diào)制的字節(jié)右移1位，之后執(zhí)行步驟7)；

6)ov＝1，建立調(diào)制字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志，供主程序查詢。

7)判斷最高位是否為1，如果不是1執(zhí)行步驟8)；是1執(zhí)行步驟9)；

8)設(shè)置位循環(huán)次數(shù)b＝9，定時(shí)器時(shí)間常數(shù)t＝11.25us，之后執(zhí)行步驟10)；

9)設(shè)置位循環(huán)次數(shù)b＝10，定時(shí)器時(shí)間常數(shù)t＝10.125us，之后執(zhí)行步驟10)；

10)退出中斷。

一種基于脈寬等長(zhǎng)機(jī)制的fsk解調(diào)方法，步驟包括：

1、數(shù)據(jù)捕獲

1)設(shè)置下降沿捕獲中斷開啟，設(shè)置向數(shù)據(jù)指針指向第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址，開啟一個(gè)定時(shí)器，清零累加時(shí)間數(shù)據(jù)；

2)下降沿捕獲中斷后捕獲定時(shí)器的當(dāng)前時(shí)間值數(shù)據(jù)，減去上次的捕獲數(shù)據(jù)得到本次捕獲的真值，保存至第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)指針加1，捕獲時(shí)間累加和加上本次捕獲的真值。

3)判斷捕獲時(shí)間累加和，是否大于等于一個(gè)字節(jié)的時(shí)間寬度(如101.25us×8位)。小于時(shí)，等待下一次捕獲中斷，執(zhí)行步驟2)；大于時(shí)，清零捕獲時(shí)間累加和，建立完成接收一楨標(biāo)志so并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

2、數(shù)據(jù)備份

將第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，備份至第二數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時(shí)清空第一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

3、數(shù)據(jù)解調(diào)(如圖3所示，針對(duì)第二數(shù)據(jù)緩沖區(qū))

1)解調(diào)初始化包括：設(shè)置解碼次數(shù)q＝8，默認(rèn)解碼字節(jié)ud＝00，指針指向數(shù)組首地址a0，時(shí)間數(shù)據(jù)累加和t清零，設(shè)置碼元“0”的寬度值，設(shè)置碼元“1”的寬度值，設(shè)置位寬度時(shí)間值t＝101.25us，之后執(zhí)行步驟2)；

2)逐個(gè)累加指針地址里的時(shí)間數(shù)據(jù)，直到等于大于t，此時(shí)的指針地址記號(hào)為a1，之后執(zhí)行步驟3)；

3)令第二數(shù)據(jù)指針指向地址a0，在a0到a1地址段中，對(duì)碼元個(gè)體時(shí)間值進(jìn)行計(jì)算準(zhǔn)備，之后執(zhí)行步驟4)；

4)計(jì)算碼元“0”的個(gè)數(shù)n，之后執(zhí)行步驟5)；

5)計(jì)算碼元“1”的個(gè)數(shù)m，之后執(zhí)行步驟6)；

6)判斷n是否大于等于m，大于等于是，執(zhí)行步驟8)；否則執(zhí)行步驟7)；

7)解碼結(jié)果為“1”，置位解碼字節(jié)最高位，之后執(zhí)行步驟8)；

8)解碼字節(jié)左移1位，之后執(zhí)行步驟9)；

9)將解碼次數(shù)q減去1后判斷是否為零。如果不為零，執(zhí)行步驟10)；如果為零，執(zhí)行步驟11)；

10)時(shí)間數(shù)據(jù)累加和t清零，數(shù)據(jù)指針地址更新a1為a0，執(zhí)行步驟2)；

11)完成一楨解碼，解碼結(jié)束。

如圖4所示，盡管碼元個(gè)數(shù)不變，但碼元個(gè)體寬度時(shí)間值受到了嚴(yán)重干擾。在一個(gè)等長(zhǎng)調(diào)制脈t0(t0＝t)的寬度內(nèi)，只要碼元p1或p2符合標(biāo)稱值寬度，即可解調(diào)出“0”；在一個(gè)等長(zhǎng)調(diào)制脈t1(t1＝t)的寬度內(nèi)，只要碼元p1符合標(biāo)稱值寬度，即可解調(diào)出“1”。

如圖5所示，碼元個(gè)體寬度時(shí)間值受到嚴(yán)重干擾，碼元個(gè)數(shù)也方式了變化。但在t0(t0＝t)，的寬度內(nèi)，碼元p1及p4符合“0”要求，故計(jì)數(shù)值n＝2；碼元p5符合“1”要求，故計(jì)數(shù)值m＝1。因n大于m，可解調(diào)出“0”。在t1(t1＝t)，的寬度內(nèi)，碼元p1及p4符合“1”要求，故計(jì)數(shù)值m＝2；碼元p5符合“0”要求，故計(jì)數(shù)值n＝1。因n小于m，可解調(diào)出“1”。