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

從表中看出同步時(shí)鐘的采樣點(diǎn)逐漸收斂在碼元中心位置，并且-在以后的接收過程中，實(shí)現(xiàn)跟蹤。
（三）、小結(jié)
由于采樣時(shí)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(jìn)行每幀數(shù)據(jù)的解碼和發(fā)送。如果使用第一種同步方法，時(shí)鐘頻率4.8K*5，CPU時(shí)鐘為4.3MHz，即程序每運(yùn)行41.6us、約20條程序語句就要響應(yīng)一次定時(shí)器中斷服務(wù)程序，增大了運(yùn)算量。如果提高CPU的工作頻率，會(huì)增大電流的消耗。所以在達(dá)到相同的采樣效果時(shí)，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(gè)數(shù)據(jù)跳變沿進(jìn)行同步跟蹤，實(shí)驗(yàn)證明每8比特?cái)?shù)據(jù)捕捉一次跳變沿調(diào)整采樣時(shí)鐘，即可實(shí)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(hào)是一些特定的碼組，這種幀同步碼組通常是在某段時(shí)間集中插入信息碼流?？紤]到時(shí)間位置的確定，要在建立了各碼元的正確時(shí)間關(guān)系后才有能實(shí)現(xiàn)，所以幀同步一般是在位同步的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。
（一）、對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求
1、 幀同步的捕捉（同步建立）時(shí)間要短，
2、 在一定的同步引入時(shí)間要求下，幀同步信號(hào)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(shí)別假失步和避免偽同步。
數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中總會(huì)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(jī)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(hào)丟失的時(shí)間超過一定限度時(shí)，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(shí)間稱作前方保護(hù)時(shí)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(hào)就進(jìn)入同步態(tài)。只有當(dāng)幀同步信號(hào)連續(xù)來了幾幀或一段時(shí)間后，同步系統(tǒng)才可發(fā)出指令進(jìn)入同步態(tài)，這段時(shí)間成為后方保護(hù)時(shí)間。 (二)、幀同步的實(shí)現(xiàn)
本接收機(jī)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）。接收機(jī)一旦檢測(cè)到這個(gè)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(jī)收到的數(shù)據(jù)幀格式為：
每192個(gè)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(dòng)法來恢復(fù)幀同步信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)方法為：在單片機(jī)里設(shè)置16bit移位寄存器、前后方保護(hù)計(jì)數(shù)器來完成前方保護(hù)時(shí)間和后方保護(hù)時(shí)間的計(jì)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(jìn)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(jìn)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(hù)時(shí)間計(jì)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(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器加1，應(yīng)在第N+2幀再一次檢出同步碼，后方保護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器加1，系統(tǒng)進(jìn)入幀同步狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)定時(shí)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(jìn)入捕獲狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)即SFLAG=1時(shí)，檢測(cè)出錯(cuò)誤的幀同步碼，則打開前方保護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器，如果連續(xù)丟失4（或5）個(gè)幀同步碼，計(jì)數(shù)器計(jì)滿，清SFLAG=0，標(biāo)志系統(tǒng)進(jìn)入捕捉狀態(tài)并停止數(shù)據(jù)定時(shí)接收。
在本接收機(jī)MSP430的程序中將前方保護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器和后方保護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)化為一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器，即SCOUNT。SCOUNT的初始值為0，每接收到一個(gè)正確的幀同步碼，SCOUNT加1，當(dāng)連續(xù)接收到三個(gè)正確的幀同步碼時(shí)（SCOUNT=3）進(jìn)入同步狀態(tài)SFLAG=1，如果在同步狀態(tài)中SCOUNT=4時(shí)，再檢測(cè)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(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤的幀同步碼，SCOUNT減1，如果出現(xiàn)連續(xù)4個(gè)錯(cuò)誤的幀同步碼，SCOUNT減為0，則從同步狀態(tài)進(jìn)入捕獲狀態(tài)。

六、數(shù)據(jù)鏈路層
MSP430單片機(jī)進(jìn)行位同步、幀同步后，將定時(shí)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(jī)序列發(fā)生器的生成多項(xiàng)式為,每幀同步字后進(jìn)行一次初始化, 加擾不包括幀同步字，數(shù)據(jù)由偽隨機(jī)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(hào)的能量分布,使對(duì)主信號(hào)的干擾呈類似白噪音的背景噪音,提高多工數(shù)據(jù)對(duì)主信道干擾的主觀評(píng)價(jià)得分。
2、去交織和糾錯(cuò)碼
每一子幀用縮短R-S（48，32）編碼,可糾8個(gè)符號(hào)(64Bit)的隨機(jī)錯(cuò)誤。再進(jìn)行卷積交織,這樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)能糾正長達(dá)384Bit突發(fā)性誤碼。這樣對(duì)4.8Kbps 的抗突發(fā)性干擾時(shí)間分別為80ms 。
3、校驗(yàn)
采用CCITT-16校驗(yàn)碼,可檢出超出糾錯(cuò)范圍而造成的誤碼,在每一子幀內(nèi)驗(yàn)出所有Q16位的錯(cuò)誤,可檢出99.998%的17位突發(fā)性錯(cuò)誤，99.997%的18位和大于18位的突發(fā)性錯(cuò)誤，可以滿足大多數(shù)信息及計(jì)算機(jī)通信的要求。涉及金融數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)有嚴(yán)格要求的信息,用戶可另加其它校驗(yàn)。
4、 輸出數(shù)據(jù)幀形成
接收機(jī)根據(jù)自身的權(quán)限對(duì)于不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形成不同的輸出幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。

七、測(cè)試結(jié)果
通過實(shí)際播出測(cè)試驗(yàn)證，微型低功耗CPFSK數(shù)據(jù)廣播接收機(jī)的總體設(shè)計(jì)是成功的，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，特別是較強(qiáng)的信道糾錯(cuò)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(jī)上進(jìn)行播出測(cè)試，分別使用信息0-信息7傳輸電子文本數(shù)據(jù)，實(shí)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(cè)試成功；該系統(tǒng)即將用在電子車站牌、路燈控制系統(tǒng)中。