采用MCS-51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)CPFSK調(diào)制

　　對于一個(gè)周期函數(shù)可以進(jìn)行傅里葉級數(shù)的展開，級數(shù)的一般表達(dá)式為:

當(dāng)按上述方法進(jìn)行PWM調(diào)制時(shí)，圖2下圖函數(shù)傅里葉級數(shù)的an均為0，當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，bn也為0。所以正弦波PWM調(diào)制的傅里葉級數(shù)為:

根據(jù)階梯圖形表示連續(xù)曲線時(shí)，階梯越細(xì)圖形越精確的原理，認(rèn)為用PWM調(diào)制正弦波時(shí)，時(shí)段分割越多，調(diào)制出的正弦波越精確。如果不考慮級數(shù)中的直流成分，可以得到不同時(shí)段的諧波系數(shù)，如表1所示。

從表1可以看出，諧波系數(shù)隨著諧波次數(shù)的增加逐漸減小，但在n=K-1處系數(shù)會突然增大，之后又逐漸減小。而這種突然增大的比值隨著時(shí)段分割數(shù)的增加總體呈下降趨勢。

　　另一方面，突然增大的比值，隨著時(shí)段分割數(shù)的增加而向高次諧波方向移動。對這種遠(yuǎn)離基波的高次諧波，只要采用低通濾波器就能很容易將其去除，我們所關(guān)心的是如何盡可能減小基波附近諧波的系數(shù)。

　　從表1可以看出，隨著時(shí)段分割數(shù)的增加，離基波較近的諧波系數(shù)也呈下降趨勢。所以通過對時(shí)段的細(xì)分，信號的高次諧波，特別是接近基波的諧波成分會進(jìn)一步減少。

2 信號輸出

　　由于采用了正弦波PWM調(diào)制，單片機(jī)輸出信號只要經(jīng)過簡單的低通濾波器就可以得到平滑的正弦波信號。圖3中的74HC04是CMOS反相器，這里它起緩沖驅(qū)動作用。

因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)的P1～P3口是準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時(shí)低電平有一定的吸收電流能力，但高電平輸出電流的能力很小，這就使輸出信號的開關(guān)特性有較大差異。而CMOS反相器的輸出采用P溝道和N溝道MOS管構(gòu)成的對稱互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，使輸出信號的“0、1”有相同的開關(guān)特性，能保證低電平的吸收電流和高電平的輸出電流相同。圖3中R1、R2為1kΩ的電阻，C1、C2、C3為0.1μF的獨(dú)石電容。當(dāng)時(shí)段分割為20，正弦波信號頻率為1180Hz時(shí)，圖3中A、B、C三個(gè)端口的輸出波形如圖4所示。

3 CPFSK調(diào)制

　　軟件調(diào)制是將正弦波分為若干個(gè)時(shí)段，并計(jì)算出每個(gè)時(shí)段內(nèi)高電平和低電平所占用的時(shí)間，這些時(shí)間在單片機(jī)中用軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)。

　　為了敘述方便，首先定義幾個(gè)符號:

　　φ――軟件調(diào)制所在的相位;

　　T――相位角為φ時(shí)對應(yīng)時(shí)段的機(jī)器周期總和;

　　T1――相位角為φ時(shí)對應(yīng)時(shí)段的高電平機(jī)器周期;

　　T0――相位角為φ時(shí)對應(yīng)時(shí)段的低電平機(jī)器周期;

　　T1180――相位角為φ時(shí)頻率為1180Hz正弦波對應(yīng)時(shí)段的機(jī)器周期總和;

　　T980――相位角為φ時(shí)頻率為980Hz正弦波對應(yīng)時(shí)段的機(jī)器周期總和。

　　根據(jù)圖2中面積相等，即S1=S2的要求可以得到:

如果單片機(jī)的晶振頻率為11.0592MHz，完成頻率為980Hz的正弦波調(diào)制需要=940個(gè)機(jī)器周期，完成頻率為1180Hz的正弦波調(diào)制需要=781個(gè)機(jī)器周期。20等分能夠?qū)?40整除，得到每個(gè)時(shí)段的機(jī)器周期數(shù)T980=47。但=39余1，如果將余數(shù)1丟掉，就會造成頻率為1180Hz的正弦波頻率誤差變大。實(shí)際編程時(shí)可以將余數(shù)1插補(bǔ)在20個(gè)時(shí)段中的某個(gè)時(shí)段中，也就是19個(gè)時(shí)段為T1180=39個(gè)機(jī)器周期，1個(gè)時(shí)段為T1180=40個(gè)機(jī)器周期。T0和T1的計(jì)算如表2所示。