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通过单片机的无线通信软件实现编解码的解决方案介绍

电子设计 2018-11-06 08:20 次阅读

随着无线通信芯片技术的发展,越来越多的便携式或电池供电的无线传输设备进入人们日常生活中。例如,遥控车门开关(RKE)系统、汽车轮胎压力监视系统(TPMS)、无线内窥镜系统、蓝牙技术等。利用单片机和无线数传模块来完成无线数据通信在石油、电力、水文、冶金等行业的无线控制、数据采集、报警诸多领域中有着广泛的应用前景。通常采用的办法是用单片机的串行I/ O 口来完成数据通信,但是该方法有许多不足之处:第一、在利用单片机的串口进行发送和接收数据时,对传输的数据只能进行奇偶校验,然而在无线通信场合,被传输的数据极易受到电磁、静电等的干扰,奇偶校验一般不能检测出这类干扰所引起的突发性错误,所以该方法无法满足差错检测要求较高的场合;第二、由于单片机一般采用异步通信方式,接受器通常不能很快的接收到有效数据,因而该方法也不能满足要求多路进行快速切换的场合;第三、单片机的串口通信在传输速率和每帧的有效数据位数等方面都受到了严格的限制,缺乏灵活性。本文针对低速无线通信的场合,提出了一种通过单片机用软件实现编解码的方案,该方案可以有效克服上述单片机串口通信的不足之处, 在无线通信中得到了令人满意的效果。

1 编码原理及程序流程

1.1 编码原理

假设传输的数据精度为12位,以A8BH为例,其帧格式如图1 所示,高位在先,低位在后。

通过单片机的无线通信软件实现编解码的解决方案介绍

数据的编码采用了曼彻斯特编码格式,每帧数据由同步头、有效数据位和校验位三部分组成。其中数据位“1”由高到低的跳变表示,数据位“0”由低到高的跳变表示,而且数据位“1”和“0”高低电平周期各为0.5 T(设T为一个数据位宽度)。根据曼彻斯特码的特点,每个数据位都由高低电平组成,因而在连续传输的有效数据位中不会存在超过一个数据位宽度的高电平或低电平,因此在每个数据的前面设一个同步头,高低电平各为1.5 T 。这样在进行接收数据时,只要采样得到的电平满足1.5T ,则认为该电平是同步头,开始接收数据。因为寻找同步头的时间最长不会超过一个数据的长度,所以此编码方式非常适合于要求多路进行快速切换的场合。为了简化电路和节省功耗,本文采用了单极性曼彻斯特码。

实现曼彻斯特软件编码比较简单,根据曼码和二进制数据的对应关系,一位二进制数据在编码后将占据两位空间。例如1在编码后变为1、0;0在编码后变为0、1。其中,曼码数据低位在前,高位在后;被编码的数据字节的高4位编码后存放在一个字节中,低4位编码后存放在相邻的下一个字节中。

本文采用了循环冗余校验,即后四位为循环冗余校验码。循环冗余校验码简称为CRC( CyclicRedundancy Code) 。循环冗余校验的指导思想是发送端将被传输的数据流多项式除以生成多项式得到冗余位,接收端将被传输的数据(包括冗余位) 除以事先确定的生成多项式,如果余数为零,则认为没有错误发生,不为零则表示有错。由于使用这种方法获得冗余位具有很强的信息覆盖能力,它善于发现各种类型的错误,特别是一些突发性错误,所以它是一种效率极高的差错校验法 。

根据CRC 码的编码思想,对(16,12)码,由x16 + 1确定生成多项式为G(x) = x4 + 1 ,该多项式也可表示成(10001) 。对被传输的12位数据和生成多项式采用模2 运算便可以得到每个数据的四位循环冗余位。

1.2 编码子程序流程图及说明

曼彻斯特编码子程序包括计算冗余位和曼彻斯特编码发送两部分,首先调用CRC 求余子程序(流程图略) ,将得到的冗余校验位作为待发送16 位数据的低四位,然后对该16 位,并通过无线数传模块调制成模拟信号发射出去(单片机的TXD 端与无线数传模块发的DATA IN 端相连) 。同步头及数据位发送是通过对单片机的TXD 端( P3. 1) 置“1”和清“0”并进行软件延时来实现。TIME1 和TIME2 为软件延时,以满足同步头高低电平宽度的要求。值得注意的是,在编写编码子程序时,应确保P3. 1 置“1”和清“0”时间间隔满足数据位或同步头宽度的要求。

2 解码原理及程序流程

2.1 解码原理

曼彻斯特解码是编码的逆过程,也就是从曼码数据中提取时钟,并利用这个时钟还原二进制数据的过程。根据曼彻斯特解码过程中完成任务的不同,可以把曼彻斯特解码过程分为起始符识别及获取同步时钟、识别同步头、提取数据信息3个阶段。

(1) 同步头的判定

本系统通过信号高低电平所占的位宽来判断数据。当电平持续时间小于3/4的同步时钟周期时,电平时间为半个位宽,反之电平时间为1个位宽。因为在起始符识别时只用了2个字节0xFF中的一个,所以在开始识别同步头时识别出的第1个数据位肯定是‘1’,由此决定了在码元识别时必须遵循以下2点。

首先对单片机的RXD 端( P3. 0) 进行连续采样,从P3. 0 引脚变低时开始计时,若低电平的时间达到1. 3 T ,则认为该电平为同步头。因为用无线数传模块得到的信号波形一般为梯形,所以接收到的实际高低电平宽度可能变小,因此若接收到低电平宽度达到1. 3 T ,则可近似认为该电平为某数据的同步头。

(2) 数据位的判定

对每个数据位的判定采用“测三取二”的方法,既将每个数据位的前半部分成16 个状态,在第7 、8 、9 状态检测P3. 0 引脚上的电平,取其大于等于2的相同值作为测得值,如表1 所示(表中“ x ”表示“0”或“1”) 。此检测方法是在高电平或低电平的中间位置进行采样,既提高了采样准确度又有一定的滤波功能。

通过单片机的无线通信软件实现编解码的解决方案介绍

通过单片机的无线通信软件实现编解码的解决方案介绍

(3) 循环冗余校验

对解码得到的16 位数据进行循环冗余校验,若余数为零,则认为传输正确,否则进行出错处理。

2.2 解码子程序流程图及说明

解码子程序包括曼彻斯特解码和差错校验两部分,其流程图如图3 所示。首先进行同步头的判定,从RXD 端( P3. 0) 为低电平时开始计时(单片机的RXD 端与无线数传模块收的DATA OU T 端相连) ,并对P3. 0 引脚进行连续采样,采样时间间隔可自行设定,若P3. 0 引脚的低电平时间达到1. 3 T ,则认为该低电平为某数据的同步头,然后对同步头后面的数据位的前半位采用“测三取二”的方法进行数据位的判定,最后对采样得到的16 位数据进行循环冗余校验,若余数为0 ,则置错误标志,若不为0 ,则去掉冗余位, 得到12 位有效数据。TIME1~TIME3 是凑采样的时间间隔。

通过单片机的无线通信软件实现编解码的解决方案介绍

3 结论

本文以一个实际工程的一部分为例,阐述了用AVR单片机软件编程实现曼彻斯特编解码方法。经过了实际验证,数据传输可靠性很高,系统运行稳定,样机已经成型,即将投入生产。与其它的数据传输方法和曼彻斯特编解码方式相比,本方法十分灵活方便,它可以白适应射频发射机电池电压变化引起的数据传输波特率的变化。可处理的码速率也很高,极限码速率与所采用的单片机的速度和振荡器的频率以及采用的编程语言都有关系。本设计中采用C编程,振荡器频率为16MHz,数据传输率可达10kbps,用汇编语言编程数据传输率会更高。

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BAS16W 100 V开关二极管

信息开关二极管设计用于超高速开关应用。该器件采用SC-70封装,专为低功耗表面贴装应用而设计。 可提供无铅封装 适用于汽车和其他应用的S前缀,需要独特的站点和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:14 6次 阅读
BAS16W 100 V开关二极管

BAS16SL 小信号二极管

信息小信号二极管 低正向压降 快速开关 非常小的薄型 最大剖面高度为0.43mm 尺寸为1.0 x 0.6mm
发表于 04-18 19:14 10次 阅读
BAS16SL 小信号二极管

BAS16P2 100 V开关二极管

信息 BAS16P2T5G开关二极管是我们广受欢迎的SOT-23三引线器件的衍生产品。它专为开关应用而设计,安装在SOD-923表面该封装非常适合低功率表面贴装应用,其中电路板空间非常宝贵。 极小的SOD-923封装
发表于 04-18 19:13 6次 阅读
BAS16P2 100 V开关二极管

BAS16 (Legacy Fairchild)开关二极管,85 V 200 mA

信息 SOT-23封装中的开关二极管。 高 - 速度切换应用
发表于 04-18 19:13 8次 阅读
BAS16 (Legacy Fairchild)开关二极管,85 V 200 mA

BAS16DXV6 双开关二极管,100 V

信息采用SOT-563封装的双开关二极管。 引脚表面处理:100%无光泽锡(锡) 合格回流焊温度:260°C 超小型SOD-523封装 适用于汽车和其他应用的S前缀,需要独特的现场和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 18次 阅读
BAS16DXV6 双开关二极管,100 V

BAS116T 75 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SC-75表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 这些器件是无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准
发表于 04-18 19:13 16次 阅读
BAS116T 75 V开关二极管

BAS16H 100 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。 S汽车及其他应用的前缀,需要独特的现场和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 20次 阅读
BAS16H 100 V开关二极管

BAS116L 75 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SOT-23表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 8 mm卷带和卷盘 - 使用BAS116LT1订购7英寸/ 3,000单位卷轴 Pb - 免费套餐。 汽车和其他应用的S前缀,需要独特的站点和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 18次 阅读
BAS116L 75 V开关二极管

BAR43 肖特基二极管

信息 BAR43 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
发表于 04-18 19:13 16次 阅读
BAR43 肖特基二极管

BAR43C 肖特基二极管

信息 BAR43C 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
发表于 04-18 19:13 20次 阅读
BAR43C 肖特基二极管

BAR43S 肖特基二极管

信息 BAR43S 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
发表于 04-18 19:13 22次 阅读
BAR43S 肖特基二极管

BAL99L 70 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SOT-23表面贴装封装,非常适合自动插入。 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 22次 阅读
BAL99L 70 V开关二极管

A5191HRT 工业HART协议调制解调器

信息 A5191HRT是一款单芯片CMOS调制解调器,适用于高速公路可寻址远程传感器(HART)现场仪表和主机。调制解调器和一些外部无源组件提供满足HART物理层要求所需的所有功能,包括调制,解调,接收滤波,载波检测和发送信号整形。 A5191HRT与SYM20C15引脚兼容。有关引脚与SYM20C15兼容性的详细信息,请参见引脚说明和功能描述部分。 A5191HRT使用每秒1200位的相位连续频移键控(FSK)。为了节省功率,接收电路在发送操作期间被禁用,反之亦然。这提供了HART通信中使用的半双工操作。 低功耗 Bell 202移位频率为1200 Hz和2200 Hz 单芯片,半 - 双工1200比特FSK调制解调器 发送信号波形整形 接收带通滤波器 满足HART物理层要求 CMOS兼容 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:13 18次 阅读
A5191HRT 工业HART协议调制解调器

CAT25128 128-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25128是一个128 kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为16kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25128设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。适用于新产品(Rev. E) ) 20 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V操作 硬件和软件保护 低功耗CMOS技术 SPI模式(0,0和1,1) 工业和扩展温度范围 自定时写周期 64字节页写缓冲区 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 1,000,000编程/擦除周期 100年数据保留< / li> 8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 具有永久写保护的附加标识页...
发表于 04-18 19:13 18次 阅读
CAT25128 128-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25256 256-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25256是一个256 kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为32kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。输入可用于暂停与CAT25256设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。适用于新产品(Rev. E) ) 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0)和(1,1) ) 64字节页面写缓冲区 具有永久写保护的附加标识页(新产品) 自定时写周期 硬件和软件保护 100年数据保留 1,000,000编程/擦除周期 低功耗CMOS技术 块写保护< / li> - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 工业和扩展温度范围 8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘UDFN和TDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...
发表于 04-18 19:13 20次 阅读
CAT25256 256-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25040是一个4-kb SPI串行CMOS EEPROM器件,内部组织为512x8位。安森美半导体先进的CMOS技术大大降低了器件的功耗要求。它具有16字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25040设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0和1,1) 16字节页面写入缓冲区 自定时写入周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000编程/擦除周期 100年数据保留 工业和扩展温度范围 PDIP,SOIC,TSSOP 8引脚和TDFN,UDFN 8焊盘封装 这些器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...
发表于 04-18 19:13 22次 阅读
CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25160 16-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25080 / 25160是8-kb / 16-kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为1024x8 / 2048x8位。它们具有32字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25080 / 25160设备的任何串行通信。这些器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 10 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0和1,1) 32字节页写缓冲区 自定时写周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000个编程/擦除周期 100年数据保留 工业和扩展温度范围 符合RoHS标准的8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装...
发表于 04-18 19:13 22次 阅读
CAT25160 16-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器

信息 MC10 / 100EP32是一个集成的2分频器,具有差分CLK输入。 V 引脚是内部产生的电源,仅适用于该器件。对于单端输入条件,未使用的差分输入连接到V 作为开关参考电压。 V 也可以重新连接AC耦合输入。使用时,通过0.01μF电容去耦V 和V ,并限制电流源或吸收至0.5mA。不使用时,V 应保持开路。复位引脚是异步的,并在上升沿置位。上电时,内部触发器将达到随机状态;复位允许在系统中同步多个EP32。 100系列包含温度补偿。 350ps典型传播延迟 最大频率> 4 GHz典型 PECL模式工作范围:V = 3.0 V至5.5 V V = 0 V NECL模式工作范围:V = 0 V ,其中V = -3.0 V至-5.5 V 打开输入默认状态< / li> 输入安全钳位 Q输出打开或V 无铅封装可用时默认为低电平 < / DIV>...
发表于 04-18 19:13 14次 阅读
MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器