基于FM的雙音頻通信方案介紹

摘要：闡述雙音頻通信的基本工作原理；結(jié)合FM有線/無線遙控廣播系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，介紹一種適合單片機(jī)系統(tǒng)的雙音頻通信方案，設(shè)計(jì)具體的硬件接口電路，說明其工作原理；給出應(yīng)用于雙音頻的程序流程及在工作中應(yīng)注意的一些問題。

引言

在許多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常利用電信號與非電信號，來傳送控制信號和數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)遙控或遙測的功能，例如光信號、超聲波信號、電脈沖信號等。而本FM有線/無線遙控廣播系統(tǒng)中，是使用雙音頻電信號發(fā)送接收挖出，實(shí)現(xiàn)對FM有線/無線廣播的遠(yuǎn)程控制管理。這種雙音頻通信具有控制簡單，實(shí)施方便，傳輸可靠，而且造價(jià)低廉的特點(diǎn)，也是一種較為常用的通信方式。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)雙音頻通信的關(guān)鍵在于雙音頻接收電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用，以及檢測程序的設(shè)計(jì)。

1 遙控廣播系統(tǒng)的基本原理

基本原理如圖1所示。

遙控廣播系統(tǒng)的通信是電話撥號收發(fā)的一種雙音頻通信方式，是一項(xiàng)可靠、成熟的通信技術(shù)。它取代了傳統(tǒng)的電話撥號脈沖通信方式，成為現(xiàn)代電話通信撥號的主要通信方式。它對傳輸電路的要求低，傳送的距離遠(yuǎn)，而且具有通用多種型號的雙音頻元器件以備選用，通過普通的電話就可以獲得發(fā)送信號和編碼。再經(jīng)過FM捷變頻立體聲調(diào)頻調(diào)制器的調(diào)制，采用立體聲的兩個聲道，左聲道輸入廣播音頻信號，右聲道輸入用于控制雙音頻信號，以避免控制信號干擾廣播音頻信號。FM調(diào)制信號可經(jīng)過有線電視網(wǎng)絡(luò)，或者經(jīng)過發(fā)射到空間的電磁波傳送到收發(fā)端的接收機(jī)。接收機(jī)天線接收到射頻信號后，檢波獲得立體聲兩個通道的音頻信號。從立體聲輸出的左聲廣播音頻信號經(jīng)功放放大輸出；而右聲道的雙音頻控制信號經(jīng)雙音頻解碼電路解碼，獲得二進(jìn)制代碼送到OTP單片機(jī)端口。根據(jù)設(shè)置在接收機(jī)內(nèi)單片機(jī)的機(jī)號編碼開啟和關(guān)閉接收機(jī)功放部分的電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制FM接收機(jī)的各個廣播點(diǎn)目的。

2 遙控廣播系統(tǒng)發(fā)送接收器的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 遙控廣播系統(tǒng)發(fā)送器

其發(fā)送器可以自行設(shè)計(jì)，也可以采用一臺質(zhì)量較好，帶有撥號數(shù)字顯示和存儲電話號碼功能的電話機(jī)改裝。如圖2所示，是遙控廣播系統(tǒng)發(fā)送器。按圖連接上+48V電源，選擇調(diào)整R1的電阻值，使A點(diǎn)電壓在電話拿線的情況下為6～12V，再加上一臺FM捷變頻立體聲調(diào)頻制器和廣播音源。

遙控廣播系統(tǒng)發(fā)送器的操作可以像打電話一樣用按鍵的方法，或用存入存儲器，或重?fù)艿确绞捷敵霰贿b控的廣播點(diǎn)密碼，并經(jīng)過FM捷變頻立體聲調(diào)頻調(diào)制器的調(diào)制輸出。

2.2 遙控廣播系統(tǒng)接收器

其接收器工作原理是，當(dāng)廣播音頻和遙控信號從FM調(diào)制器，通過空間（無線）或者射頻電纜（有線）傳送到FM接收機(jī)后，從左右聲道分別輸出廣播音頻和控制雙音頻代碼信號。雙音頻代碼信號經(jīng)CD22204雙音頻解碼器輸出二進(jìn)制代碼代碼給AT89C2051單片機(jī)的P1輸入口，檢測密碼并執(zhí)行開啟或關(guān)閉功放的控制動作。CD22204是美國無線電公司（RCA）的產(chǎn)品，內(nèi)部工作原理如圖3所示。它對標(biāo)準(zhǔn)的雙音頻編碼信號具有檢測和輸出的能力。其工作原理是，當(dāng)模擬信號加到輸入端，首先抑制50Hz干擾，再進(jìn)行前置放大，高頻濾波電路對高頻點(diǎn)火花有較好的濾波作用，經(jīng)過過零檢測、帶通濾波、鑒幅電路、時間電路處理后，0～9、*、#等每一個鍵按下，DV就有一個正脈沖輸出。D1、D2、D4、D8輸出端上的解碼輸出，EN允許端輸入高電平時，才有D1、D2、D4、D8的輸出。CD22204輸出二進(jìn)制代碼是正邏輯，如圖4中接收及CPU原理圖所示。

D1、D2、D4、D8輸出數(shù)據(jù)信號經(jīng)過BG1、BG2、BG3、BG4組成的反相器反相后輸入到AT89C 2051的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口。設(shè)計(jì)液晶顯示屏便于觀察通信和檢測情況，個位顯示代碼總位數(shù)5，千位顯示動態(tài)被檢測的位數(shù)5～1，十位顯示動態(tài)的本機(jī)密碼0～9，百位顯示動態(tài)代碼0～9。當(dāng)輸入五位代碼與本機(jī)五位密碼相等，并收到開關(guān)信號（0—開，#—關(guān)），功放開關(guān)才動作。若密碼不對或不按開或關(guān)按鍵，無動作。

在使用系統(tǒng)時，應(yīng)將代碼預(yù)先存入存號存儲器或用重?fù)苕I，一次輸出代碼，以便快速準(zhǔn)確地輸入代碼。當(dāng)MCU檢測輸入代碼等于本機(jī)密碼和開（*）或關(guān)（#）時，將從P3.5口輸出高電平，使BG6導(dǎo)通繼電器吸合打開功放電源，或輸出低電平使BG6載上關(guān)斷功放電源，以達(dá)到點(diǎn)對點(diǎn)，或點(diǎn)對多點(diǎn)的控制。 3.2 程序軟件設(shè)計(jì)

3 遙控廣播系統(tǒng)接收器的軟件設(shè)計(jì)

3.1 RAM分配

10H 個位顯示寄存器，顯示密碼位數(shù)5。

11H 十位顯示寄存器，顯示動態(tài)密碼數(shù)0～9。

12H 百位顯示寄存器，顯示動態(tài)輸入代碼數(shù)0～9。

13H 千位顯示寄存器，顯示動態(tài)密碼位數(shù)5～1。

17H 1ms延時初值寄存器。

30H 個位密碼數(shù)，本機(jī)為1。

31H 十位密碼數(shù)，本機(jī)為2。

32H 百位密碼數(shù)，本機(jī)為3。

33H 千位密碼數(shù)，本機(jī)為4。

34H 萬位密碼數(shù)，本機(jī)為5。

軟件由主程序、密碼校對子程序、液晶顯示器子程序、T0定時中斷、10ms延時子程序組成。T0中斷是為液晶提供250Hz方波驅(qū)動信號而設(shè)置的，目的是使液晶筆劃不會燒死。10ms延時是穩(wěn)定顯示而設(shè)置的。液晶顯示軟件設(shè)計(jì)是從個位逐位將字型送入液晶屏。密碼校對子程序中，從P1.4～P1.7讀入負(fù)邏輯二進(jìn)制代碼，需反相恢復(fù)正邏輯。在主程序中設(shè)置了大循環(huán)和小循環(huán)，目的是循環(huán)完成以后重新裝一次設(shè)定值，以保持有異常輸入，延遲一定時間恢復(fù)正常工作。密碼校對子程序也可以采用中斷方式設(shè)計(jì)。



4 總結(jié)

設(shè)計(jì)和制造的樣機(jī)使用以來，性能穩(wěn)定、工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)正常，基本沒有發(fā)現(xiàn)控制錯誤。這種控制方案還可以推廣到閉路電視管理系統(tǒng)，不過接收裝置要專門設(shè)置。可以采用一個接收機(jī)控制多個用戶方法，以降低成本費(fèi)用?？梢杂糜跀z像頭云臺的控制方案，降低監(jiān)控系統(tǒng)的造價(jià)。進(jìn)一步地完善和提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并在大量的使用中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題提高系統(tǒng)的水平和質(zhì)量。本方法屬于單向通信方式，還存在一些不足。