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1、毕业设计（论文）题目： 车载台的软件设计与实现 院（系） 信息科学与工程学院 专 业 电子信息工程 届 别 2012届 学 号 姓 名 指导老师 华侨大学教务处印制 年 月摘 要车载台是一种能安装在车辆、船舶等交通工具上直接由外部电源供电的，并使用外部天线的无线电对讲设备。本设计采用单片机M16C/62群为核心控制，配合一系列模拟、数字电路，实现对无线对讲机系统的智能化控制。该论文首先讲述车载台的结构与功能；紧接着讲述了系统各个部分的软件设计，主要包括按键、锁相环合成、亚音频信号CTCSS/CDCSS等；然后是测试分析，主要对按键与显示模块进行了具体测试分析以及整机调试；最后对车载台需要改善的
2、性能进行分析描述。整个系统通过各部分的调试以及最终的整机测试基本能够达到设计所要求的功能指标。关键词： 无线对讲设备，M16C/62，CTCSS/CDCSSABSTRACTThe machine is a wireless intercom equipment which is directly from the external power supply installed in vehicles, ships and other transport, and use an external antenna. This design uses the MCU M16C/62 group as
3、 the core control, with a range of analog, digital circuit, realize the intelligent control of the wireless intercom system.The paper first describes the vehicle structure and function. Followed about the various parts of the system software design, including buttons,the phase-locked loop synthesis,
4、 sub-audio signal CTCSS/CDCSS. Then the test analysis, the main buttons and the display module specific test analysis and the overall debugging. Finally, the car needs to improve performance analysis and description. Through various parts of the debugging and the whole test, the entire system can ac
5、hieve the design of the required functions.KEYWORDS: wireless intercom equipment，M16C/62，CTCSS/CDCSS目 录摘 要- 2 -ABSTRACT- 3 -目 录- 4 -引 言- 7 -第一章 车载台概述- 8 -1.1 车载通信系统在我国的发展概况- 8 -1.2 研究车载通信的目的及意义- 8 -第二章 车载台的结构与功能简介- 10 -2.1 对讲机的工作原理- 10 -2.1.1 发射部分- 10 -2.1.2 接收部分- 10 -2.1.3 调制信号及调制电路- 11 -2.1.4 信令处理
6、- 11 -2.2 影响对讲效果的因素- 11 -2.2.1 系统参数- 11 -2.2.2 环境因素- 11 -2.2.3 其他影响因素- 12 -2.3 对讲机功能- 12 -第三章 车载台控制系统软件设计- 14 -3.1 系统主程序设计- 14 -3.2按键读取设计- 15 -3.2.1 手咪按键读取- 15 -3.2.2 旋转按键读取（rotary key）- 16 -3.3 MB15A02锁相频率合成器控制程序设计- 18 -3.4 DA转换程序设计- 19 -3.5 Data Flash数据闪存读写子程序- 20 -3.6 液晶显示程序设计- 21 -3.7 与PC机的通信- 2
7、3 -3.7.1从对讲机读取数据- 23 -3.7.2向对讲机写入数据- 24 -3.8 亚音频编码- 26 -3.8.1 CTCSS编码- 26 -3.8.2 DCS编码- 27 -3.9 亚音频解码- 29 -3.9.1 CTCSS解码- 29 -3.9.2 DCS解码- 32 -3.10 静噪开关控制程序- 32 -第四章 测试分析- 34 -4.1 手咪按键部分的测试- 34 -4.2 显示部分的测试- 35 -4.3 整机联调- 36 -第五章 对讲机的性能改善- 38 -第六章 结论与展望- 41 -6.1 结论- 41 -6.2 对讲机的展望- 41 -致 谢- 42 -参 考
8、文 献- 42 -附 录- 43 -附录一 显示部分电路图- 43 -附录二 手咪按键的原理图- 44 -附录三 手咪按键读取程序- 44 -外文翻译- 46 -外文原文- 46 -1 Introduction- 46 -2 Cellular Radio System- 49 -英文翻译- 53 -1 概述- 53 -2 蜂窝无线系统- 55 - 引 言在手机非常普及的今天，为什么人们还会选择对讲机呢？与手机相比，对讲机不受网络的限制，在网络不能覆盖的地方，对讲机可以让你轻松的沟通；另外对讲机提供了一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作十分简单，令沟通更自由，尤其在紧急调度和集体协作工作的情
9、况下，这些特点是非常重要的。无线对讲机具有即时沟通、一呼百应、经济实用、运营成本低、不耗通话费用、使用方便，同时还具有组呼通播、系统呼叫、机密呼叫等功能。随着经济的发展，社会的进步，人们更关注自身的安全、工作效率和生活质量的提高，对无线电对讲机的需求也将日益增长。公众对讲机的大量使用，更促进了无线电对讲机和有线电话机成为人们喜爱和依赖的通信工具。第一章 车载台概述1.1 车载通信系统在我国的发展概况我国专用移动通信网的出现早于公用移动通信网，1980年在上海建成了第一个150MHz的大区制专用移动通信网。八十年代，主要是引进国外的集群通信产品，如美国MOTOROLA公司的SMART智慧网系统、
10、芬兰NOKIA公司的ACTIONET系统、新西兰的TAIT系统以及美国UNIDEN公司的FAS.T系统等。九十年代初期，国内一些大学和科研院所己开始对集群通信技术做预研工作，但真正开始研究集群通信技术是在九十年代以后。虽然新型的模拟集群通信系统已完全采用了标准的MPTl327数字信令，信道控制技术采用了集中控制方式，可以实现话音的数字交换，大大提高了模拟通信系统的通信性能，但随着数字集群通信技术的发展，全数字化的集群通信系统势必替代模拟集群通信系统，成为第二代专用移动通信系统。目前，我国正在组织一些大专院校和科研院所专业人员联合多家企业对数字集群系统进行研制和开发。相信在不久的将来一定会研制出
11、符合我国国情的先进的数字集群通信系统。1.2 研究车载通信的目的及意义集群通信系统作为一种多用途、高效率、低投入的先进移动通信系统，近年来发展极为迅速，已经成为既是一种频率资源共享、服务费用分担的高级指挥调度系统，又是一种功能完备、可向用户提供优质通信服务的移动电话通信系统。随着集群通信系统应用领域的不断拓展以及现代通信技术的飞速发展，一方面，集群通信系统的网络规模正不断扩大，特别是随着漫游联网技术的应用，集群通信系统已经由单一地域的单系统单基站通信网，逐步发展成为单系统多基站自动漫游通信网以及跨地域的多系统间自动漫游通信网。另一方面，在集群通信系统网络规模不断扩大的同时，集群通信系统正向小型
12、化、集成化方向发展。一些特殊部门迫切需要一种比传统固定基站集群通信系统使用更加灵活、具有高度的机动性能、操作和维护更加方便的小型集群通信系统。车载式集群通信系统正是为满足这种特殊用途而研制的较为理想的小型化的移动通信系统。车载式集群通信系统不但能够为部队、公安、交通、水利、地震等部门的机动通信、指挥抢险、应急调度等提供高效灵活的通信保障，而且它与固定基站集群通信系统信令完全一致、用户设备完全兼容，并具备固定基站集群通信系统的主要功能。通过中继设备的链接，车载式集群通信系统还可做为固定基站集群通信系统的一个基站使用，为某些通信覆盖盲区或需临时重点保障的地区提供机动灵活的补点或重点覆盖，以增强通信
13、保障能力。研制开发出符合中国国情、满足某些部门特殊需要的小型车载式集群通信系统，非常必要，发展前景亦十分广阔，因此，加强这一方面的开发研究，必将会产生很大的经济利益和社会利益。 第二章 车载台的结构与功能简介2.1 对讲机的工作原理对讲机的系统框图如下：图2-1 对讲机系统框图2.1.1 发射部分锁相环和压控振荡器（VCO）产生发射的射频载波信号，经过缓冲放大，激励放大、功放，产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。2.1.2 接收部分接收部分为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，再经过带通滤波器，进入混频，将来自
14、射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器，得到人们所需的信息。2.1.3 调制信号及调制电路人的话音通过麦克风转换成音频的电信号，音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制。2.1.4 信令处理CPU产生CTCSS/CDCS
15、S信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。接收鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，其结果控制音频功放和扬声器的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器。2.2 影响对讲效果的因素2.2.1 系统参数1）发射机输出功率越强，发射信号的覆盖范围越大，通信距离也越远。但发射功率也不能过大，发射功率过大，不仅耗电，影响功放元件寿命，而且干扰性强，影响他人的通话效果，还会产生辐射污染。各国的无线电管理机构对通信设备的发射功率都有明确规定。2）通信机的接收灵敏度越高，通信距离就越远。3）天线的增益，在天线与机器匹配时，通常情况，天线高度增加，
16、接收或发射能力增强。手持对讲机所用天线一般为螺旋天线，其带宽和增益比其他种类的天线要小，更容易受人体影响。2.2.2 环境因素环境因素主要有路径、树木的密度、环境的电磁干扰、建筑物、天气情况和地形差别等。这些因素和其他一些参数直接影响信号的场强和覆盖范围。2.2.3 其他影响因素1）电池电量不足，当电池电量不足时，通话质量会变差。严重时，会有噪音出现，影响正常通话。2）天线匹配，天线的频段和机器频段不一致，天线阻抗不匹配，都会严重影响通话距离。对于使用者来说，在换用天线时要注意将天线拧紧，另外不能随便使用非厂家提供的天线，也不能使用不符合机器频点的天线。3）音质的好坏主要取决于预加重和去加重电
17、路，目前还有较先进的语音处理电路语音压扩电路和低水平扩张电路的应用，这对于保真语音有很好的效果。4）影响对讲机通话距离和效果的因素还与季节有关,夏季优于冬季。2.3 对讲机功能1）发射功率等级：高功率与低功率2）具有记忆信道功能：记忆频道可以存储常用的频率，这样用户无需为记过多频道而烦恼，并且每个记忆信道可以编写名称，方便记忆。3）静噪等级调节：可在功能菜单中调节静噪等级，静噪等级设置的越高，要求接收到的信号的强度越高。4）自动关机：可在菜单中设定对讲机在没有任何操作一定时间后自动关机，亦可以关闭此功能。5）具有宽窄带选择功能;6）遇忙禁发（也叫繁忙闭锁）功能：遇忙禁发功能打开（此功能可用电脑
18、设置）时，当没有设置CTCSS/DCS时，若接收到信号，扬声器打开，按PTT键不能发射。当有设置CTCSS/DCS时，若接收到信号，但CTCSS/DCS不正确，扬声器没有打开，则按PTT键不能发射，若接收到信号，CTCSS/DCS也正确，扬器打开，则按PTT键能发射。7）具备亚音频添加功能：在发射信号中混入亚音频信号，当接收方接收到该信号后需有对应的亚音频信号才能听到该信号。8）具备倒频功能：当两台对讲机远离中继台且相距不会太远时，使用倒频功能（以发射的频率接收，接收的频率发射）能够检测两台机器的范围是否足够来使用正负差频互换。9）具备扫描添加功能：用户可以通过需要在扫描列表中添加扫描信道，不
19、同的扫描列表可以添加相同的信道。10）可设置优先信道，可删除信道：将某信道设置为优先信道时，打开优先扫描功能，则系统将会每3s扫描一次优先信道，如果发现没有信号则会返回到原来的信道扫描。11）紧急呼叫功能：车载台上设置了一个按键（CALL）用于紧急呼叫，不管对讲机此时处于何种状态，当按下该键后会转为呼叫紧急信道，该信道频率可以通过功能设置改变。12）远程监听：开启目标对讲机的麦克风，而不给予任何指示。使用远程监听功能来打开目标对讲机上的麦克风。无语音或可见指示出现在目标对讲机上。可以使用该功能远程监听目标对讲机四周的任何声音活动。13）多种扫描方式：一般扫描、记忆扫描、呼叫扫描以及优先扫描。1
20、4）四个可编程按键：手咪按键上设置了四个可编程按键，用户可以根据需要选择如何使用这四个按键，这四个可编程按键可设置为VFO,MR,CALL,ENTER,REV等。15）发射时间限制：该功能用于限制用户在一个信道上超时间发射，同时也避免对讲机因长时间发射而造成损坏。第三章 车载台控制系统软件设计本系统采用瑞萨单片机R16C/62群。R16C/62群采用了高性能的硅栅CMOS，工艺采用M16C/60系列CPU的核心。单片机具有高指令效率，1M字节的存储空间以及高速执行指令的能力。系统单片机具有96KB的ROM与5KB的RAM，有25个内部中断，8个外部中断，4个软件中断以及7个中断等级。内置2通道
21、的DMAC，8通道的10位AD转换器，2通道的8位DA转换器，多功能16位定时器，5通道的串口，两内置时钟产生电路。该单片机具有功耗低，处理速度快的特点。3.1 系统主程序设计系统主程序主要包含对整个系统的初始化，包括单片机寄存器初始化，PLL频率设置的初始化，发射或接收状态的初始化等，然后判断系统是否处于低功耗状态（对讲机关机），如果是，则程序进入低消费模式执行，此时所有按键（除了开机键）均为无效操作;反之系统则会循环扫描按键，判断哪些按键被按下同时执行相应的功能。所有按键扫描（旋转key，panel key，手咪key等）均放在按键扫描模块进行。系统主程序流程图如下：图3-1 系统流程图3
22、.2按键读取设计3.2.1 手咪按键读取手机按键分配如下：图3-2 手咪按键A,B,C,D为可编程按键。该按键的读取不像平常51单片机用8个I/O来获取键值，该手咪按键通过结合一些硬件，只需占用单片机的一个I/O口，就能读取相应的按键值。该电路具有联线数量少，电路简单，抗干扰性强的优点。该按键读取的程序流程图如下：图3-3 读取按键流程图3.2.2 旋转按键读取（rotary key）旋转按键通过单片机的两个I/O口读取按键编码值从而确定旋钮的旋转方向以及旋转的步数。当旋钮正转时，PIN4的波形图相对PIN2有所延迟，因此编码值变化为00-10-11-01。反之，当旋钮反转时，编码值变化为00
23、-01-11-10。正反转引脚的波形图如下：图3-4 旋钮正反转波形图读取按键的软件流程图为：图3-5 读取旋钮的程序流程图3.3 MB15A02锁相频率合成器控制程序设计MB15A02是日本富士通公司开发的集成PLL频率合成器，它采用变模分频技术，是一个单片串行输入PLL频率合成器。具有如下特点：1）工作频率很高，最大输入频率为1.1GHz;2）功耗低，工作时只需提供5V电压以及7mA电流;3）工作温度范围宽：-4085度;4）具有两类相位检波器输出;5）采用变模分频技术，可在保证频率分辨率的条件下，提高合成器的工作频率，且不影响频率的转换时间;6）内含一个1.1GHz的双模前置分频器;7）
24、内含串行输入18位可编程分频器和串行输入15位可编程参考分频器;单片机通过串行口输入19位数据控制锁相环压控振荡频率的大小，频率计算式：。程序流程图如下：图3-6 压控振荡频率控制流程图3.4 DA转换程序设计M62363FP是一个集成电路半导体，具有8通道多功能DA转换器的CMOS结构。输入的数据是一个易于使用的3-wire串行方法,能够使用级联做终端。它具有以下特点：1）数字数据转换方法：3线串行数据传输方法;2）DA转换系统：使用附加的高阶R-2R方法比传统的R-2R方法精度增加了一倍;3）设置时间较短;4）四象限乘法;应用：1）用于从数字控制数据格式转换到模拟控制数据的家用和工业设备;
25、2）通过结合电可擦可编程只读存储器和微机自动调整;3）信号增益控制显示监控或彩色电视机;通过单片机给该芯片传送数据调节输出电压，达到控制输入电压的效果，单片机传送12位数据控制，前4位用于选择通道，后8位用于DA转换计算。DA输出的电压计算式如下：D0D1D2D3D4D5D6D7D-A Output00000000Vref10000000(Vin Vref)/256*1+Vref01000000(Vin Vref)/256*2+Vref11000000(Vin Vref)/256*3+Vref11111111(Vin Vref)/256*255+Vref表3-1 DA输出电压的计算程序流程图如
26、下：图3-7 控制DA输出电压流程图3.5 Data Flash数据闪存读写子程序Data Flash数据闪存读写子程序完成是从指定的cpu内部ROM地址读取、写入或擦除数据的任务。Data Flash数据闪存读写程序流程图如下图所示。图3-8 Flash 数据读写子程序3.6 液晶显示程序设计系统采用LC75854W液晶驱动器，LC75854W是1/4占空比液晶驱动器，能够直接驱动164段以及控制4通用端口，这种芯片也包含了一个按键扫描电路，最多能扫描30个按键，系统的按键扫描电路具有防抖功能，因此不必另外进行软件防抖。对讲机的某些按键就是通过该芯片扫描读取，如MR,CALL,FUNC，VF
27、O等主功能键。该芯片有如下特点：1）按键输入功能，最多能达到30个按键;2）能够通过串口数据控制驱动显示;3）具有低功耗模式，在该模式下所有的串口数据控制将会失效;4）串口数据控制端口可以作为段输出口与普通端口两种形势;5）直接显示发送的数据，无需经过编码外围的30个按键中，当有按键按下时，相应的位将会被置一，没按下的按键对应的位为0，单片机会通过串口读取31位数据，从而确定哪个按键被按下，按键对应的位如下：KI1KI2KI3KI4KI5KS1KD1KD2KD3KD4KD5KS2KD6KD7KD8KD9KD10KS3KD11KD12KD13KD14KD15KS4KD16KD17KD18KD19
28、KD20KS5KD21KD22KD23KD24KD25KS6KD26KD27KD28KD29KD30表3-2 各个按键所对应的位单片机通过写数据到该芯片的存储器中来显示内容，该芯片存储空间中的数据与显示屏上的灯管一一对应，因此只要向驱动芯片相应的存储空间写数据就能显示预期的内容，显示以及读取按键程序流程图如下：图3-9 液晶显示及按键读取程序流程图3.7 与PC机的通信对讲机通过UART与上位机进行串口通信，让使用者能够方便的设置对讲机的发射和接收的频率以及各项功能。控制符说明： 向对讲机写入数据 0D 49 44 0D 43 51 0D 54 59 0D 46 4C 0D 4D 4E 20
29、+ 3个字节ASCII码信道序号0D 50 43 20 0D（Power） 50 56 0D 4D 53 0D 4C 4B 0D 42 52 0D 0D 49 44 0D 54 59 0D 43 51 20 31 0D 56 4D 20 30 0D （VFO模式） 4D 4E 20 + 3个字节ASCII码信道序号 2C + 6字节ASCII码信道名称 0D 50 56 20 30 34 34 31 2C 30 34 37 38 0D （8个字节频率范围） 50 43 20 30 0D（Power） 44 4D 20 30 2C + 自动拨号DTMF CODE 0D （序号和DTMF码，有几个
30、写几个） 4D 53 20 54 4D 2D 34 37 31 0D 4C 4B 20 30 0D 42 52 20 33 31 0D 42 52 20 33 31 0D3.8 亚音频编码3.8.1 CTCSS编码CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System)，连续语音控制静噪系统，俗称亚音频，是一种将低于音频频率的频率（67Hz-250.3Hz）附加在音频信号中一起传输的技术。因其频率范围在标准音频以下，故称为亚音频。国际标准的CTCSS 编码一共有38组频率,而该系统有42组频率，如表3-3. CTCSS静噪的原理是当信号发射的时候, 发
31、射机将CTCSS信号混合在话音信号中一起发送出去。 接收机器收到后, 检测其中的CTCSS信号。如果检测到符合当前设置的CTCSS频率的时候, 即打开了静噪开关, 送出话音; 如果没有检测到CTCSS信号或者信号和当前设置不符, 则关闭静噪, 所以扬声器听不到声音。因为话音送到功放前要经过滤波器, 所以亚音频信号不会泄露到功放, 也就不会影响话音质量。使用亚音频的以下优点：1）防止非法用户盗用信道入网。 2）抗干扰能力强，特别在中转通信系统中可有效地防止干扰信号对中转台的干扰。 3）实现小区域频率复用，提高频率的利用率，达到频率共享。4）可以实现不同组别的组呼、全呼等选呼功能，操作简单、方便实
32、用。了解亚音频技术在对讲机中的应用，可以更好地发挥它的功能。42种音调频率(Hz)67.085.4107.2136.5173.8218.169.388.5110.9141.3179.9225.771.991.5114.8146.2186.2229.174.494.8118.8151.4192.8233.677.097.4123.0156.7203.5241.879.7100.0127.3162.2206.5250.382.5103.5131.8167.9210.7254.1表3-3 42种音调频率本设计采用单片机M16C/62群计算CTCSS的频率控制字，然后模拟DDS算法查表进行合成正弦波形
33、,合成的波形通过单片机内置的DAC再传送到LPF电路输出。DDS技术实质上是实现了一个数字分频器的功能。对于一个周期的正弦波连续信号, 可以沿其相位轴方向, 以等量的相位间隔对其进行相位/幅度采样,得到一个周期性的正弦信号的离散相位的幅度序列,对模拟幅度进行量化后的幅值采用二进制数据编码,这样就把一个周期的正弦波连续信号转换成一系列离散的二进制数字量, 然后存入存储器RAM中, 每个存储器单元的地址即是相位取样地址, 存储单元的内容是已经量化了的正弦波幅值。一个这样的只读存储器构成了一个与2周期相位取样对应的正弦波函数表。DDS的基本原理如图3-10所示。它主要由标准参考频率源、相位累加器、波
34、形存储器和数/模转换器构成。在时钟脉冲的控制下, 频率控制字K由累加器得到相应的相码。相码寻址波形存储器进行相码幅码变换输出不同的幅度编码,经过数/模变换器得到相应的阶梯波, 最后经过低通滤波器对阶梯波进行平滑,即得到由频率控制字K决定的连续变化的输出波形。相位累加器是实现DDS的核心,它由一个N位字长的二进制加法器和一个由固定时钟脉冲取样的N位相位寄存器组成, 在每个时钟脉冲到达时, 相位寄存器采用上个时钟周期内相位寄存器的值与频率控制字K之和,并作为相位累加器在这一时钟周期的输出。图3-10 DDS基本原理图3.8.2 DCS编码DCS是一种由发射机发出用于控制接收机打开静噪的数字静噪方案
35、。DCS被设计用来在所谓的“亚音频”部分（小于300HZ）工作，DCS发射的数字码其实是一种格雷码23，12，23，12中的23 表明一个格雷码字有23个位组成，其中12位是原始数据，其他11位是这12位数据的校验数据。格雷码的一个重要特性是它可以检测并纠正3个位的错误。DCS的信号是一种数字方波信号，使用方波的电平代表数字信号的1和0。DCS数字是用八进制来表示的，一共三个八进制码（每一位代表三位的二进制码），每个数字可以从0到7，所以从000到777一共512个可能的DCS值.该设计中采用了104种DCS码，如表3-4所示。一个23位的DCS码是以异步串行方法，持续重复发射的方式传送出来的
36、。这意味着没有其他信号用于解决发射机和接收机的位同步问题。我们需要一些其他方法来获得必要的同步，让接收机可以将位与其他位区分开来。异步协议里面是通过固定的波特率来完成这个功能的，由于发射机和接收机都使用同样的波特率，所以接收机可以成功地将发射机的信号解码，对DCS码而言，这个波特率是134.3Hz.时序图如下： 图3-11 DCS码的时序图该系统通过单片机的定时器准确产生134.3Hz的波特率将DCS信号发射出去，单片机将校验码，标志位以及DCS值存入数据缓冲区，在串口脉冲时钟的作用下发送出去。104种DCS代码02306513220525533141346561273102507113421
37、2261332423466624732026072143223263343431503627734031073145225265346432506631743032074152226266351445516632754036114155243271356446523654043115156244274364452526662047116162245306365454532664051122165246311371455546703053125172251315411462565712054131174252325412464606723表3-4 DCS代码3.9 亚音频解码3.9.1 CTCS
38、S解码CTCSS解码的原理：FFT计算在信号分析与测量方面具有广泛的应用。一个典型的测量系统需要完成对信号的采集、数据存储、FFT计算、波形显示，其中的FFT计算，占用资源多、运算速度慢，很少用单片机实现。但是在一些成本要求严、所测信号频率低、体积功耗要求高的场合，采用单片机实现是一种比较可行的选择。信号分析领域经常利用FFT估计正弦信号频率，本系统利用FFT算法对CTCSS模拟亚音频（67.0250.3Hz）进行识别与处理。单片机通过AD采样128点正弦波数据，利用FFT算法进行频谱分析，然后用频率校正公式计算出输入信号的频率。 式中k为谱线号(k=0，1，2，N2-1)，N为分析点数，fs
39、为采样频率，v为最高谱线号与第二高谱线号的比值。对于一个周期信号：,在0，T内N等分采样数据，其离散傅里叶变换为:,FFT是离散傅里叶变换的快速算法，在单片机实现中，采用实数蝶形运算算法实现，其运算算法如图3-12所示。图3-12 蝶形运算算法蝶形公式:;其中。设：，。有：继续推倒可得到： 同理可得： 经过以上分析，只要将公式(1)、(2)、(3)、(4)转化为C语言即可。由于N点FFT运算可以分成级，每一级都有N2个碟形。FFT的基本思想是用3层循环完成全部运算(N点FFT)。第一层循环：由于需要m级计算，第一层循环对运算的级数进行控制。第二层循环：由于第L级有个蝶形因子(乘数)，第二层循环
40、根据乘数进行控制，保证对于每一个蝶形因子第三层循环要执行一次，这样，第三层循环在第二层循环控制下，每一级要进行次循环计算。第三层循环：由于第L级共有个群，并且同一级内不同群的乘数分布相同，当第二层循环确定某一乘数后，第三层循环要将本级中每个群中具有这一乘数的蝶形计算一次，即第三层循环每执行完一次要进行个碟形计算。可以得出结论：在每一级中，第三层循环完成个碟形计算；第二层循环使第三层循环进行次，因此，第二层循环完成时，共进行个碟形计算；实质是：第二、第三层循环完成了第L级的计算。几个要注意的数据：1）在第L级中，每个碟形的两个输入端相距个点。2）同一乘数对应着相邻间隔为个点的个碟形。3）第L级的个碟形因子中的P，可表示为，其中J=0，1，2 ，()。由于FFT得到的是离散频谱，若信号观测时间为r，则谱线之间隔为，因此直接利用FFT频谱最大值对应的频率估计正弦信号的频率精度，受观测时间长度的限制，其误差范围为。为了抑制旁瓣，通常在FFT之前对采样数据进行加窗处理，加窗使主瓣变宽，主瓣之内出现三条以上谱线，能量重心法就是利用了主瓣内的多条谱线来提高频率估计精度。3.9.2 DCS解码DCS解码的原理是单片机通过定时器产生134.3HZ的采样频率检测输入的方波数据，然后对23位DCS字串里面内部循环直到发现了100的标志码，如果发现了标志码
