基于MSP430的水聲遙控發(fā)射系統(tǒng)設計

3 D類功放電路

由MSP430F169直接產(chǎn)生的信號的功率很小，信號需要經(jīng)功率放大后發(fā)出去，以保證能夠傳輸足夠遠的距離，這就離不開功率放大器。

功放電路設計采用LM353對信號經(jīng)行放大和反相，通過比較器LF395進行信號進行比較產(chǎn)生方波驅(qū)動功放管，同時對導通時間進行控制，避免了兩只功率管同時導通燒毀電路的情況出現(xiàn)。對于功率的放大選用VMOS管IRFP250來完成，用變壓器完成功率的合成及電路匹配。

4 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

4.1 編碼設計

海洋中存在的眾多不定因素使水聲信道變得異常復雜。隨機起伏的海面與地況不明的海底;海水中存在的大量的魚群、浮游生物、氣泡層、渦流、層流、不同溫度的水團;隨著溫度、鹽度、深度等不斷變化的聲波傳播速度;各種風雨、波浪、生物與傳播噪聲等均對聲波在海水中的傳播有巨大影響，因此，對于水下聲信號的傳播的研究面臨巨大的困難。

水聲遙控信號在水中傳播，受到水聲信道特性的影響，會產(chǎn)生一定的干擾，甚至會出現(xiàn)信號畸變，為了解決這一問題，接合水聲信道的特性，常用的兩種非相干的信號調(diào)制方式頻移鍵控(FSK)、多進制數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)。MFSK是FSK的多進制調(diào)制方式，與FSK相比它有較高的傳信率，適用于高速傳輸?shù)南到y(tǒng)，但是其信道利用率降低。本次設計采用MFSK調(diào)制方式進行編碼，但是為了降低干擾，抵抗水聲信道的多途效應，在信號之間添加了一定的碼元保護時間，很方便有效地解決了這一問題。

對于本次設計，要求系統(tǒng)工作頻率為25～35 kHz，脈沖寬度為1 ms，脈沖間隔為100 ms，在工作頻率范圍內(nèi)選擇3個不同的頻率進行編碼。

編碼規(guī)則如下：

1)選用3個頻率的正弦波信號f1=26 kHz，f2=30 kHz，f3=34 kHz，一種頻率在一個指令碼中只出現(xiàn)一次，以便于多種情況下準確識別碼元的填充頻率，降低誤碼率，通過不同頻率的碼元的順序來分辨不同的信號;

2)單個碼元持續(xù)時間為1ms，碼元間隔為100 ms;

3)對于3個頻率的編碼信號，每次只要發(fā)射兩個填充不同頻率的碼元即完成信號的識別。

遙控分系統(tǒng)的工作頻率分別為：f1=26 kHz，f2=30 kHz，f3=34 kHz

當航模的運動速度為v時，接收到的信號的多普勒頻移最大為：

當航模的運動速度為5 m/s是，多普勒頻移為0.23 kHz，遠小于這4個頻率的最小間隔(4 kHz)，不影響遙控數(shù)據(jù)的解碼。

通過單片機MSP430F169內(nèi)部的DMA和D/A來產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號。對于本次設計系統(tǒng)要求的三種不同頻率的信號，需要分別對它們進行采樣，采樣的點數(shù)需要根據(jù)系統(tǒng)時鐘頻率及DMA控制器像DAC12傳輸數(shù)據(jù)的速率來決定。對于數(shù)據(jù)的采樣，可在碼元持續(xù)時間內(nèi)對所有周期進行采樣，DMA控制器可以按照一定的頻率連續(xù)不斷地將這些采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻AC12模塊，經(jīng)DAC12轉(zhuǎn)換輸出對應的正弦波形。DMA控制器傳輸數(shù)據(jù)不需要CPU的參與，CPU可獨立于各種低功耗模式。但是需要注意，DMA控制器的傳輸速度要比DAC12處理數(shù)據(jù)的速度快，所以當使用DMA控制器的時候，應避免DMA控制器和DAC12操作不一致。

4.2 鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示

設計選用的按鍵通過機械觸點的閉合與斷開來控制輸入點信號的產(chǎn)生。由于機械觸點的彈性作用使得它在斷開或閉合的瞬間會產(chǎn)生抖動，進而使產(chǎn)生的電壓波形如圖4所示。

為了保證系統(tǒng)對一次按鍵按下只作一次處理，需要采取措施消除抖動的影響。對于這個問題，一般采用軟件方法去抖動，在編程過程中，當判斷有鍵按下時加入一定時間的延時子程序，然后再次確定按鍵是否被按下。如果再次確認的結(jié)果仍然處于被按下的狀態(tài)，則再做該鍵按下的相應處理，這樣就可以避開抖動的時間段，消除抖動影響。

對于數(shù)碼管靜態(tài)顯示，數(shù)碼管每一位的字選線與一個8位端口相連，只要在該位的字選線上出現(xiàn)字形碼，就可以顯示出相應的字符。一般顯示程序并不直接將段碼賦值給對應端口，而是建立一張段碼表，顯示時以所要顯示的數(shù)字為索引查詢這張表格。

4.3 系統(tǒng)編程

對于本系統(tǒng)來說，其程序框圖如圖5所示，根據(jù)框圖完成系統(tǒng)編程。通過對鍵盤進行掃描，來判斷是否有按鍵按下以及按下的按鍵是第幾個，如果按鍵按下，根據(jù)所按的按鍵來輸出相應的信號并進行顯示。不同頻率的信號其采樣點不同，對于26kHz、30 kHz、34 kHz的信號，它們的采樣點分別為一周期內(nèi)22個、20個、19個，當有按鍵按下時，DMA向DAC12傳輸相應的采樣數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所要求的信號。此外，在系統(tǒng)初始化時要開啟8 MHz晶振。

5 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)要求兩個填充不同頻率的脈沖之間的間隔為100 ms，脈沖寬度為1ms。將編寫的程序編譯下載到MSP430F169，給系統(tǒng)上電，MSP430F 169輸出端的波形如圖6(a)所示，不同的遙控信號在示波器中的顯示情況是一樣的，再次不一一列舉。圖中示波器時間單位為50 ms，兩脈沖間隔為100μs，滿足設計要求。圖6(b)、(c)、(d)所示為MSP430F169產(chǎn)生的不同頻率的脈沖信號。圖中示波器的時間單位為200μs，脈沖信號的脈寬為1 ms，滿足設計要求。

6 結(jié)論

該設計主要從MFSK編碼的基本原理入手，選用比較常用的MSP430F169微功耗單片機作為處理器，進行水聲遙控發(fā)射系統(tǒng)的理論研究及軟硬件實現(xiàn)。電路經(jīng)調(diào)試編程后可以準確的完成不同信號的產(chǎn)生、選擇及顯示。在水池實驗里，對相應的接收設備進行控制，操作簡單，誤碼率小，達到了預期目標。