一種基于Cortex-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于Cortex-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，由MCU單元（STM32F103VCT6）、調(diào)制信號(hào)處理單元、解調(diào)信號(hào)處理單元、數(shù)字信號(hào)通訊單元、數(shù)字信號(hào)光電隔離單元、模擬信號(hào)變壓器隔離單元、485通訊單元及看門狗監(jiān)測(cè)單元等組成,它替代了傳統(tǒng)的FSK調(diào)制解調(diào)芯片，不僅優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)，對(duì)外接口豐富、處理信號(hào)的能力更加快速、穩(wěn)定、可靠、安全、靈敏，而且具有通道切換和通道保持功能，保障了系統(tǒng)的可靠性?？梢詮V泛的應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)之中，為整個(gè)系統(tǒng)提供最為可靠的底層支持以及運(yùn)行支持。
【專利說(shuō)明】—種基于CorteX-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CorteX-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，屬于數(shù)字信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】
近年來(lái)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人的需求了，智能電網(wǎng)逐漸發(fā)展起來(lái)了。智能電網(wǎng)不僅實(shí)現(xiàn)了配電的自動(dòng)化，同時(shí)也越來(lái)越人性化，有效地避免了大規(guī)模停電事故的發(fā)生。智能電網(wǎng)一般由總站和子站組成?？傉究刂谱诱荆诱驹谶M(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度和監(jiān)測(cè)。而通常總站與子站的距離都比較遠(yuǎn)，普通的數(shù)字通訊已經(jīng)不能滿足需求?？傉九c子站需要進(jìn)行穩(wěn)定可靠地通訊，必須要借助通訊設(shè)備。雖然有的遠(yuǎn)程通訊正在不斷發(fā)展，如光纖，GPRS等，但造價(jià)畢竟偏高。常用的通訊設(shè)備還是電力調(diào)制解調(diào)器。傳統(tǒng)的電力調(diào)制解調(diào)器往往由專門的FSK調(diào)制解調(diào)芯片實(shí)現(xiàn)，外圍的輔助電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，信號(hào)處理涉及多種芯片，而隨著技術(shù)的革新，這種類型的芯片逐漸有點(diǎn)力不從心，更新?lián)Q代慢，逐漸面臨淘汰。傳統(tǒng)的FSK調(diào)制解調(diào)芯片功能較為單一，不能靈活更改，不符合現(xiàn)代復(fù)雜化的通訊環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于CorteX-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，替代了傳統(tǒng)的FSK調(diào)制解調(diào)芯片，不僅優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)，對(duì)外接口豐富、處理信號(hào)的能力更加快速、穩(wěn)定、可靠、安全、靈敏，而且具有通道切換和通道保持功能，保障了系統(tǒng)的可靠性?？梢詮V泛的應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)之中，為整個(gè)系統(tǒng)提供最為可靠的底層支持以及運(yùn)行支持。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:一種基于CorteX-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，該電路以STM32F103VCT6作為微處理器，主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)，F(xiàn)SK調(diào)制電路，及解調(diào)電路，數(shù)字通訊模塊，信號(hào)電磁隔離電路及電源模塊等組成。
[0005]數(shù)字信號(hào)調(diào)制過(guò)程:STM32F103VCT6微控制器單元通過(guò)二進(jìn)制頻移鍵控2FSK對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用DA產(chǎn)生的載波信號(hào)的頻率是根據(jù)數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)在兩個(gè)不同的模擬頻率間變化。就是把二進(jìn)制的數(shù)據(jù)借助軟降算法將信號(hào)調(diào)制處理。
[0006]STM32F103VCT6微控制器單元內(nèi)部的D/A模塊產(chǎn)生原始模擬信號(hào)后，DA本身自己輸出的電壓幅度最大到3.3V，直接傳輸信號(hào)幅度偏小，通過(guò)外圍調(diào)制信號(hào)處理電路進(jìn)行放大處理后就得到FSK產(chǎn)生的信號(hào)。
[0007]模擬信號(hào)解調(diào)過(guò)程:C0rteX-M3內(nèi)核處理器在電網(wǎng)上的二進(jìn)制頻移鍵控解調(diào)就是通過(guò)借助直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻法原理的部分功能，再加上合適的處理電路實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)模擬信號(hào)到來(lái)時(shí)首先會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，然后再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大器將信號(hào)先放大10倍，再放大5倍，這樣總共放大50倍，此時(shí)信號(hào)會(huì)變成最大值+5V、最小值-5V的方波。這樣幅度的信號(hào)MCU的引腳不可以直接接入。所以又經(jīng)過(guò)了一個(gè)74HC14觸發(fā)器，信號(hào)就可以接入MCU處理器了。注意此時(shí)的74HC14的供電電源為+3.3V。為了更好的保護(hù)MCU的管腳，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行鉗位，加上兩個(gè)二極管。[0008]STM32F103VCT6微控制器單元通過(guò)定時(shí)器對(duì)方波的波寬、周期及個(gè)數(shù)進(jìn)行捕捉，就可分析出頻率成分代表的是O還是1，從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。
[0009]系統(tǒng)提供看門狗功能可以防止程序出現(xiàn)死循環(huán)。
[0010]本發(fā)明技術(shù)方案是這種基于CorteX-M3內(nèi)核的調(diào)制解調(diào)電路采用全新的硬件框架結(jié)構(gòu)和新型解調(diào)機(jī)制設(shè)計(jì)思想，吸收了以往嵌入式最小系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具有以下優(yōu)
占-
^ \\\.(1)集成度高，本發(fā)明采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VCT6微控制器單元，代替了傳統(tǒng)的FSK調(diào)制解調(diào)芯片及信號(hào)處理電路，由一個(gè)單一的功能更強(qiáng)大的設(shè)備替換三個(gè)或四個(gè)傳統(tǒng)的8位器件，實(shí)現(xiàn)更多的功能。采用可編程邏輯器件技術(shù)，簡(jiǎn)化電路板的設(shè):計(jì)，使得電路設(shè)計(jì)更加精簡(jiǎn)，集成度聞，提聞穩(wěn)定性；
(2)靈活度高。本發(fā)明采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VCT6微控制器單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行FSK 二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制，支持多種波特率及FSK頻率，為適應(yīng)不同的模擬通道，安排了多種中心頻率供用戶選用，使用靈活方便；
(3)穩(wěn)定性高。本發(fā)明采用基于Cortex-M3內(nèi)核的MCU處理器，模擬通道采用FSK調(diào)制技術(shù)，數(shù)字通道采用將通信雙方從電氣上完全隔離的方法，因此它們的抗干擾能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性高；
(4)應(yīng)用范圍廣、效率高。自動(dòng)增益電路及軟件解調(diào)方式使接收電平的范圍很寬，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)代碼格式不受限制，為用戶提供了無(wú)記憶效應(yīng)的“透明”通道。對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)不存儲(chǔ)，不分析，時(shí)延較小，傳輸效率較高；
(5)采用先進(jìn)的工業(yè)級(jí)芯片，`電氣隔離和電磁屏蔽設(shè)計(jì)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，裝置的硬件系統(tǒng)具有極高的抗干擾能力和工作可靠性；
(6)本發(fā)明性價(jià)比高，故障率極低，可以替代其他調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)電路。可以很好的應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器開(kāi)發(fā)。
[0011]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1是本發(fā)明的總體邏輯框架圖。
[0012]本發(fā)明由MCU單元(STM32F103VCT6)、調(diào)制信號(hào)處理單元、解調(diào)信號(hào)處理單元、數(shù)字信號(hào)通訊單元、數(shù)字信號(hào)光電隔離單元、模擬信號(hào)變壓器隔離單元、485通訊單元及看門狗監(jiān)測(cè)單元等組成。
[0013]圖2是本發(fā)明STM32F103VCT6微控制器單元的管腳定義圖。
[0014]圖3是調(diào)制信號(hào)處理單元電路及模擬信號(hào)變壓器隔離單元電路原理圖。
[0015]數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)MCU內(nèi)部的D/A模塊產(chǎn)生原始的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)外圍的調(diào)制信號(hào)處理單元將信號(hào)反向放大處理，處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)變壓器隔離單元處理，獲得更好的電氣性能。
[0016]圖4是解調(diào)信號(hào)處理單元電路原理圖。
[0017]模擬信號(hào)通過(guò)低通濾波器，然后再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大器將信號(hào)放大變成最大值+5V、最小值-5V的方波。又經(jīng)過(guò)了一個(gè)74HC14觸發(fā)器接入到微控制器單元。為了更好的保護(hù)MCU的管腳，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行鉗位，加上兩個(gè)二極管。
[0018]【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式:
信號(hào)調(diào)制部分:外部信號(hào)通過(guò)數(shù)字信號(hào)光電隔離單元的光耦隔離處理，通過(guò)信號(hào)處理單元進(jìn)入到STM32F103VCT6微控制器單元，輸入輸出口檢測(cè)到數(shù)字信號(hào)的O或I時(shí)，DA模塊會(huì)對(duì)應(yīng)輸出高頻或者低頻的正弦波，正弦波輸出到外圍的調(diào)制信號(hào)處理單元(圖3)，經(jīng)過(guò)放大器反向放大處理，得到的處理信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器隔離單元輸出到外部。
[0019]信號(hào)解調(diào)部分:外部模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器隔離單元電氣隔離后進(jìn)入到解調(diào)信號(hào)處理單元(圖4)，模擬信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，然后再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大器將信號(hào)放大50倍，得到最大值+5V、最小值-5V的方波。方波經(jīng)過(guò)74HC14觸發(fā)器引入到MCU處理器。通過(guò)MCU內(nèi)部的定時(shí)器捕獲模塊分析調(diào)制波形，通過(guò)捕獲方波，對(duì)方波的波寬、周期及個(gè)數(shù)進(jìn)行分析，得到數(shù)字信號(hào)，完成解調(diào)功能，解調(diào)出來(lái)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)通訊單元傳輸與數(shù)字信號(hào)光電隔離單元隔離處理后發(fā)送出去。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Cortex-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，其特征在于:其由MCU單元(STM32F103VCT6)、調(diào)制信號(hào)處理單元、解調(diào)信號(hào)處理單元、數(shù)字信號(hào)通訊單元、數(shù)字信號(hào)光電隔離單元、模擬信號(hào)變壓器隔離單元、485通訊單元及看門狗監(jiān)測(cè)單元等組成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于Cortex-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，其特征在于:其中MCU單元STM32VCF103T6由Cortex_M3內(nèi)核、存儲(chǔ)器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、I/O端口、通信接口組成；Cortex-M3處理器采用ARMv7-M架構(gòu)，包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于Cortex-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，其特征在于:需要調(diào)制的信號(hào)通過(guò)數(shù)字信號(hào)光電隔離單元和數(shù)字信號(hào)通訊單元，進(jìn)入到MCU單元的D/A模塊產(chǎn)生原始模擬信號(hào)，再加上外部的調(diào)制信號(hào)處理單元調(diào)制信號(hào)處理就產(chǎn)生的FSK模擬信號(hào)，模擬信號(hào)變壓器隔離單元將模擬信號(hào)進(jìn)行隔離后發(fā)送出去。
4.如權(quán)利要求1所述的基于CorteX-M3內(nèi)核新型解調(diào)機(jī)制的調(diào)制解調(diào)電路，其特征在于:需要解調(diào)的信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)變壓器隔離單元進(jìn)入到解調(diào)信號(hào)處理單元，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后得到信號(hào)方波，信號(hào)進(jìn)入到MCU單元進(jìn)行解調(diào)得到數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字信號(hào)通訊單元和數(shù)字信號(hào)光電隔離單元得到所需要的數(shù)字信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04L27/14GK103532893SQ201310371822
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】張建光, 劉福玉, 李建軍 申請(qǐng)人:北京和信瑞通電力技術(shù)有限公司