MSP430在微型低功耗数据广播接收机中的应用

一、 引言

我们独立自主开发了数据广播编码器和微型低功耗调频数据广播接收机，整套系统采用连续相位频移键控（CPFSK）调制方式，副载波频率为72KHz，占用带宽约16Khz，数据传输速率4.8KHZ。采用CPFSK调制方式使接收机易于实现，与QPSK的调制方式相比对相位稳定度要求不高，不易受外界温度噪声的影响，而且在信号解调处理时实现低功耗。

由于在发送端先后进行了数据编码、信道调制、线性调频，所以接收设备要完成信号逆处理。硬件结构框图：





二、MSP430单片机的特点及在接收机中的应用
TI 公司MSP430系列单片机的超低功耗特性（运行在1MHz时钟条件下工作电流视工作模式不同为0.1-400uA）、强大的外围模块功能、体积小等优点适合作为接收机的CPU。MSP430系列中的各成员集成了较多的片上外围资源，包含：12位A/D，精密模拟比较器，硬件乘法器，2组频率可达8MHZ 的时钟模块，2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器，看门狗，2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。

MSP430F123单片机作为CPFSK数据广播接收机的CPU主要对基带数据进行处理，完成数据链路层的工作：



三、数字通信中的同步问题

数据通信中，同步是非常重要的问题，通信系统是否可靠、接收灵敏度是否达到标准，很大程度上依赖于同步技术的优劣。

1、同步不确定性的来源

实际通信系统中，收发站之间会由于电波传播中的多径效应引起码相位、载波中心频率相位的延迟，而且在传输信道中随机噪声的叠加引起传输波形的失真，连接在接收滤波器之后的判决电路也很难保证"无差错"的恢复基带信号。这些都会导致同步的不稳定性。

2、实现同步的几种方法

按同步功用分类可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。

按传输同步信息的方式可分为外同步法和自同步法。外同步法：是由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号。自同步法：发送端不发送专门的同步信息，而是由接收端设法从接收信号中提取同步信息。

本接收机的CPU要完成的功能中只涉及到位同步和帧（群）同步，由于不能从硬件解调FSK信号中恢复位同步时钟，所以采用自同步的方法来实现位同步，以下结合MSP430单片机的特点分析位同步和帧同步的实现方法。

四、位同步

由于本接收机接收的码元速率为4.8KHZ，用CPU捕捉位同步信息，然后进行采样，在配合RS纠错，即可达到数据准确传输的要求。

（一）、位同步的方法：

方法一、



设置接收端恢复出的同步时钟的频率为5倍的码元频率，这样就在一个码元周期内，设置了5个采样点。位同步可以分为两个过程：捕获、同步跟踪。

1、捕获，即找到正确的同步时钟起始点。在接收的数据中，只有0、1跳变沿才能为我们提供位同步信息，如果数据长时间为1或为0，这将给接收端恢复位定时信息造成一定困难。所以发送端对数字基带信号进行随机化处理，一方面起到能量扩散的作用，另一方面限制连0码和连1码的长度，易于位同步的捕获和同步时钟的恢复。

捕获过程是通过测量数据流中两个跳变沿中间的时间宽度（W），如果W等于码元周期，便以第二个跳变沿为起始时刻，设置同步时钟；如果W不等于码元周期，则需要重新捕获。

2、同步跟踪，在接收数据的过程中，还要保证同步时钟的变化跟随码元相位或频率的偏移。同样，依据数据流中0、1跳变沿来实现同步时钟的跟踪。如图1：如果同步时钟与码元之间没有任何偏差时，数据的跳变沿每次都应出现在第5个计数时刻与下一个计数时刻之间，这时把第三个计数时刻作为数据采样时刻；当同步时钟与码元之间有偏差时，数据跳变沿不能准确的落在第5个与下一个计数时刻之间，如果数据跳变沿出现在第4 与第5个计数时刻之间，说明同步时钟相对于码元相位滞后，为保证每次采样时刻在码元的中心位置，就要把采样点提前至第2个计数时刻；相反，如果数据跳变沿出现在第1与第2个计数时刻之间，说明同步时钟相对于码元相位超前，就要把采样点错后至第4个计数时刻。这样不断调整采样点，使每次此采样时刻均位于码元中心位置，跟随其变化。

方法二、

根据MSP430单片机硬件特点，我们对上述同步方法进行了优化，并达到了良好的同步跟踪效果。

设置接收端恢复出的同步时钟的频率等于码元频率。每一个计数中点均为采样时刻。与5倍时钟法相同，它也需要捕获和同步跟踪两个步骤。捕获的过程与上述的方法相同。同步跟踪，可以使采样时刻基本稳定在码元中心位置。如果同步时钟不跟随码元相位的变化进行调整，则采样点必然相对于码元滑动，当向前或向后偏移半个码元周期时，采样值就出现错误。如图2，恢复出的同步时钟与码元同步时，数据跳变沿的发生时刻与前一采样时刻的距离（D）等于二分之一码元宽度（M）。在同步时钟与码元相对偏移时，则有D≠M，若D＞M，同步时钟超前，就要将下一采样时刻滞后；若D＜M，同步时钟超前，就要将下一采样时刻提前。在接收过程中，同步跟踪就是根据D与M的关系不断调整。