基于87C51FB單片機的跳頻控制器的設計與實現

1 引言

跳頻就是“多頻、選碼、頻移鍵控”，即用偽碼序列構成跳頻指令來控制頻率合成器，并在多個頻率中進行選擇的移頻鍵控。

跳頻通信具有抗干擾、抗截獲的能力，并能做到頻譜資源共享，所以，在當前現代化的電子戰中，跳頻通信已顯示出巨大的優越性，它是戰術無線電通信抗干擾措施的具體體現。另外，跳頻通信也正應用到民用通信中，以抗衰落、抗多徑、抗網間干擾和提高頻譜利用率。

跳頻控制器是跳頻通信系統中的核心部件，具有跳頻圖案的產生、同步、自適應控制等功能。我們研制了超短波跳頻通信系統中的跳頻控制器。下面詳細討論其設計與實現。

2 跳頻控制器設計

2.1 主要技術參數設計

考察一下系統的跳頻技術性能，主要注意下列各項指標：跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長，跳頻系統的同步時間要短。

所設計的跳頻控制器的主要性能指標如下：
跳頻速率：203跳/ s；
跳頻帶寬：可在30MHz～87.975MHz范圍跳，也可分段跳；
跳頻頻率數：256個；
組網能力：能組128個網，有遲入網功能；
同步：首次同步時間0.5s，遲后入網同步時間為6s；
同步可靠性：誤碼率10-1時，同步概率為95%；
跳頻圖案：復雜非線性；
跳頻序列周期：>1011bit；
跳頻密鑰量：>264；
語音數據速率：16kb/s。

2.2 硬件系統的設計

2.2.1 硬件電路組成

整機電路如圖1所示。

它有五個主要模塊，其功能簡要說明如下。

（1）微處理器模塊（CPU）

是跳頻控制器的核心，CPU產生信號控制整個跳頻控制器工作。它由87C51FB單片機及外圍電路組成。

（2）基帶模塊（BBCC）

給收發信機模塊和音頻單元之間進出的發送和接收信號選定通路。BBCC模塊含有下列微電子模塊：
射頻音頻接口（RAI）；
增量調制器（DM）；
先入先出（FIFO）控制器（FC）；
Bit同步器（BIS）：使跳頻控制器的內部數據時鐘與接收數據同步；
偽隨機碼發生器（PRG）：產生確定跳頻圖案的碼，受CPU模塊控制。

（3）接收模塊（RC）

搜綜接收數據以得到同步數據，它包含下列微電子模塊；

相關器：將收到的數據和CPU模塊提供的數據序列（相關碼）進行比較，在相一致（相關）時作出指示；

同步檢測器和TOD（Time of Day）解碼器（SYTD）：譯碼同步數據并提供指示得到同步的定時信號，還譯碼TOD數據并將譯出數據送CPU模塊，SYTD由CPU模塊控制；

實時時鐘（RTC）：當電源由跳頻控制器斷開時，這塊微電子電路保持TOD的跟蹤。跟控器電源斷開時，一塊鋰電池給RTC饋電，由一個32.768kHz振蕩器作為RTC頻率基準。

（4）定時模塊（TC）

提供定時控制信號。

（5）系統模塊（SYS）

使系統的跳頻控制單元和其他單元接口。

2.2.2 跳頻控制器工作原理

首先介紹跳頻控制器發送通路的工作原理。

（1）數字化的發送信號加到FC的串入并出寄存器，FC把發送數據組織為16bit一組。當二個數據字節準備好時，FC對CPU發信號，CPU讀取兩個字節，并把它們存入作為FIFO寄存器的RAM部分。FIFO控制器的工作起點與跳頻周期（用信號HOP表示）的起點同步。

（2）FC還包括一個8bit并入串出寄存器。送到收發信機模塊去的數據從該寄存器取出。在發送同步序列期間和頻率變換期間，從FC的串入并出寄存器來的數據積累在作為FIFO的RAM部分中。

（3）以信號FOUT-STOPPED（頻率為18.3kHz）為時鐘將FC的并入串出寄存器的數據字節移出。移出的速率（18.3kHz）高于數據裝入 FC的速率（16kHz），這兩個數據速率之差允許CPU把同步數據插入發送數據流中，并在頻率變換期間停止發送數據。

（4）由FC移出的數據送到射頻音頻接口RAI模塊。RAI對發送信號濾波并把得到的信號TXBBR加到收發信機模塊系統連接器。

下面再敘述跳頻控制器接收通路的工作原理。

（1）RAI把接收信號RXBBR通到位同步器BIS、相關器COR，并經線性均衡器加到FC。

（2）COR將接收的數據和CPU提供的基準序列進行逐bit的比較，當一致bit數大于CPU提供的門限時，COR給出相關脈沖。

（3）正相關脈沖和負相關脈沖加到位于RC模塊的SYTD微電子模塊。SYTD監視正相關脈沖，以便檢測同步序列。當檢測到同步序列時，SYTD產生信號S4。S4的出現受一窗口信號W2的控制。

（4）bit同步器BIS使跳頻控制器的接收時鐘FOUT與接收數據的實際時鐘速率同步。在收發信機模塊的4ms換頻間隔期間和接收同步數據時，一窗口信號W1堵塞FOUT信號。

（5）FC把接收數據送到FIFO寄存器，然后從FIFO寄存器送到RAI或DM。接收方式時FC的工作方式和發送方式時的相反，即，數據以18.3kHz速率注入控制器，并以16kHz速率從控制器讀出。

（6）出現在FC輸出端的串序數據加到DM。DM把數據變換成模擬信號，并送到RAI。