基于STC12C2052的對講機加密系統設計

摘要：將亞音頻信號應用于對講機中，提出了一種基于單片機STC12C2052的亞音頻信號發生器的設計方案，實現對講機的加密功能。利用單片機自身的PWM產生正弦波，從而產生各種頻率不同的亞音頻信號。該系統結構簡單，可靠性高，操作簡便，可廣泛應用于無線電通信的各種場合。
關鍵詞：亞音頻；STC12C2052；脈沖寬度調制

引言
CTCSS(Continuous Tone Controlled Squelch Systern，連續語音控制靜噪系統)是一種將低于音頻頻率的頻率(67．O～250．3 Hz)附加在音頻信號中一起傳輸的技術。國際標準的CTCSS編碼一共有38組頻率，因為這些靜噪信號頻率為67．0～250．3 Hz，低于話音通信帶寬的下限，所以被稱為“亞音頻”。CTCSS技術已經廣泛用于無線電通信中，是傳統無線電臺通信中一種常見的收發限制手段。在電臺的中繼站和對講機中，采用CTCSS技術可以避免接收到不相干的呼叫。
在對講機設計中采用亞音頻技術，其目的是避免不同用戶的相互干擾，避免收聽無關的呼叫和干擾信號。因為它可以在共同信道中制止來自其他用戶的話音和信令干擾，故也稱為音鎖(tone lock)。當對講機的發射機發送話音信號的同時不斷發出亞音頻連續信號，經調制后在同一信道發射出去。當接收機收到載波信號和亞音頻信號后進行調解。亞音頻信號經過濾波器整形輸入CPU中進行解碼后，與本機預置的CTC-SS碼進行比較以決定是否開啟靜噪電路。只有亞音頻碼相同時，靜噪電路音頻輸出才能打開，通過揚聲器發出聲音。如果沒有檢測到CTCSS信號，或者信號和當前設置不符，則關閉靜噪，揚聲器聽不到聲音。本文就此提出一種基于STC12C2052單片機的對講機加密系統設計方案。

1 STCl2C2052單片機簡介
STC12C2052是宏晶科技推出的STC12系列增強型8051單片機，速度比普通的8051快12倍，具有較寬的操作電壓范圍。其片上集成：256字節的RAM；15個通用可編程I／O口，可以設置成準雙向口／弱上拉、推挽／強上拉、僅為輸入／高阻、開漏(復位后為準雙向口／弱上拉模式)4種模式；EEPROM功能；2個16位定時器／計數器；RC振蕩器，在精度要求不高時可以省略外部晶振；獨立的片內看門狗定時器。
1．1 STC12C2052的PCA／PWM工作原理
STC12C2052單片機中的PCA可編程計數器陣列含有一個特殊的16位定時器，它可與2個16位捕獲／比較模塊相連。每個模塊可編程工作在4種模式下，即上升／下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出和可調制脈沖輸出。設計時，可將模塊0連接到P3．7(CEX0／PCA0／PWM0)，模塊1連接到P3．5(CEX1／PCA1／PWM1)。由于寄存器CH和CL的內容是正在自由遞增計數的16位PCA定時器的值，因此，PCA定時器可作為2個模塊的公共時間基準，并可通過編程工作在1／12振蕩頻率、1／2振蕩頻率、定時器0溢出或ECI腳的輸入(P3.4)。定時器的計數源由CMOD SFR的CPS1和CPS0位來確定。
1．2 STC12C2052的PCA脈寬調節模式
所有PCA模塊都可用作PWM輸出。其輸出頻率取決于PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的PCA定時器，所以它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器對EPCnL、CCAPnL有關。當CL SFR的值小于EPCnL、CCAPhL時，輸出為低；而當PCA CLSFR的值等于或大于EPCnL、CCAPnL時，輸出為高。當CL的值由FF變為00溢出時，EPCnH、CCAPnH的內容將被裝載到EPCnL、CCAPnL中，這樣就可無干擾地更新PWM。使能PWM模式時，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。由于PWM是8位的，所以可用下式來計算PWM的信號頻率：

2 PWM調制原理
脈寬調制(Pulse WidthModulation，PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。脈沖寬度調制原理如圖1所示。

簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(0FF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(0FF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通，即直流供電被加到負載上時；斷，即供電被斷開時。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。
PWM的一個優點是從處理器到被控系統信號都是數字形式的，無需進行數／模轉換。讓信號保持為數字形式可將噪聲影響降到最小。只有噪聲在強到足以將邏輯1改變為邏輯0，或將邏輯0改變為邏輯1時，才能對數字信號產生影響。
PWM相對于模擬控制的另外一個優點是對噪聲抵抗能力強，這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡可以濾除調制高頻方波，并將信號還原為模擬形式。
許多微控制器內部都包含有PWM控制器。例如，STC12C2052內含兩個PWM控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調制頻率為周期的倒數。執行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：
①設置提供調制方波的片上定時器／計數器的周期；
②在PWM控制寄存器中設置接通時間；
③設置PWM輸出的方向，這里是通用I／O引腳；
④啟動定時器；
⑤使能PWM控制器(雖然具體的PWM控制器在編程細節上會有所不同，但它們的基本思想是相同的)。