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隨著(zhù)通信技術(shù)的快速發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)的層出不窮，無(wú)線(xiàn)通信以其方便、靈活、易于組網(wǎng)等特點(diǎn)獲得了廣泛的應用。其中特別是擴頻通信技術(shù)由于其抗干擾、抗多徑的突出優(yōu)點(diǎn)，獲得了各方的青睞，無(wú)線(xiàn)擴頻產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制已成為國內外通信界的一個(gè)熱點(diǎn)。同時(shí)擴頻通信技術(shù)也已經(jīng)超出了無(wú)線(xiàn)通信的領(lǐng)域，在一些“有線(xiàn) ”的領(lǐng)域內得到了充分應用，如電力線(xiàn)通信系統等�！� HARRIS公司的HSP3824直接序列擴頻基帶處理器是其24GHz天線(xiàn)芯片組的一部分，它包含了全雙工或半雙工收發(fā)機的所有功能。該芯片的最突出特點(diǎn)是靈活，其數據率、擴頻比、調制方式以及PN碼等都可以根據需要而動(dòng)態(tài)調整，也可以通過(guò)設置HSP3824內部寄存器來(lái)實(shí)現大量的應用，為設計提供了較大的靈活性。實(shí)踐證明該芯片可靠易用，是開(kāi)發(fā)擴頻通信產(chǎn)品的良好選擇。 1 HSP3824主要功能和特點(diǎn) HSP3824是HARRIS（Intersil）公司開(kāi)發(fā)的用于直接序列擴頻通信的基帶處理器。其基本功能是將接收到的基帶數據擾碼、調制、直接序列擴頻輸出至中頻調制�；蚍粗�，將中頻解調后的信號經(jīng)A/D變換、解擴、解調、解擾后得到基帶數據并輸出。 它的主要特點(diǎn)如下[1]:
HSP3824內置57個(gè)寄存器，這些寄存器的值決定了它的工作狀態(tài)，外部控制器可對這些寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。通過(guò)正確配置寄存器，可實(shí)現HSP3824的各種功能，且可以動(dòng)態(tài)調整。 除了基本的發(fā)送、接受模塊之外，HSP3824還包括8位的測試總線(xiàn)，用于測試芯片的內部信號，實(shí)時(shí)反映芯片的工作情況;輸入信號強度檢測和信道空檢測(CCA)可避免數據阻塞，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )傳輸;還可以由外部控制端口設置為各種功耗模式。 2 HSP3824內部結構及使用要點(diǎn) 2.1 內部結構及外部接口 HSP3824可大體上分為三部分:控制、發(fā)送及接收。相應地對外分別提供三個(gè)數字端口與控制器相連，即控制端口 (CONTROL_PORT)、發(fā)送端口(TX_PORT)及接收端口(RX_PORT)，且這三個(gè)端口可分別獨立工作或同時(shí)工作。此外，還具有一個(gè)測試端口(TEST_PORT)，供外部控制器監控HSP3824的工作狀態(tài)。 HSP3824的內部結構簡(jiǎn)圖如圖1所示。 IIN:接收到的I路模擬信號; QIN:接收到的Q路模擬信號; RSSI:接收信號強度檢測(模擬信號); IOUT:I路輸出擴頻基帶數字信號; QOUT:路輸出擴頻基帶數字信號; HSP3824外部端口如圖2所示。除四個(gè)數字端口外，還有模擬輸入(ANALOG INPUTS)、A/D參考電壓(A/D REFERENCE)及省電模式控制信號(POWER DOWN SIGNALS)等接口。需要強調的是每個(gè)數字端口都有其嚴格的時(shí)序關(guān)系，只有在滿(mǎn)足時(shí)序的條件下HSP3824才能正常工作。其中尤其是控制端口，是設置并保證HSP3824良好工作狀態(tài)的關(guān)鍵。 2.2 控制端口時(shí)序圖 為確保HSP3824按照設計者的要求正確工作，關(guān)鍵的一點(diǎn)是實(shí)現HSP3824內部控制寄存器的正確讀寫(xiě)。這些內部寄存器包括發(fā)送/接收PN 碼長(cháng)度寄存器，發(fā)送/接收PN碼字寄存器，調制/解調方式寄存器等57個(gè)，存儲了HSP3824正常工作所需的全部參數及一些內部狀態(tài)。因此在每次重新上電時(shí)，都必須首先由外部控制器通過(guò)HSP3824的控制端口實(shí)現這些寄存器的正確配置，之后才能正常工作。在正常工作時(shí)，也可通過(guò)該控制端口讀出內部寄存器的值，供控制器分析、監控系統運行狀態(tài)，還可以在需要時(shí)通過(guò)改變寄存器的配置來(lái)調整HSP3824的工作方式。 要實(shí)現內部寄存器的正確讀寫(xiě)，必須滿(mǎn)足HSP3824控制端口要求的時(shí)序關(guān)系。其時(shí)序分為讀寫(xiě)兩種，分別如圖3及圖4所示。 其中，各數據線(xiàn)的含義及作用如下: SCLK:數據時(shí)鐘，HSP3824在它的上升沿采樣或送出數據，由它決定了讀寫(xiě)操作的速度。需要引起注意的是SCLK應提前SD幾個(gè)周期就準備好，且SCLK的速度不能大于1/2倍的系統主時(shí)鐘MCLK。 SD:串行輸入/輸出的數據，包括寄存器的地址和值。在每次讀/寫(xiě)一個(gè)寄存器時(shí)，SD的前8位都應該是地址，后8位為數據，且均是低位在前。 AS:區分數據線(xiàn)SD上送的信號是寄存器的地址還是數值，AS=1表示SD為地址，AS=0表示SD為數值。 R/:表示對于HSP3824而言，控制端口進(jìn)行的是讀還是寫(xiě)操作，RS=0為寫(xiě)操作，RS=1為讀操作。 為使能信號，只有在=0時(shí)控制端口才能進(jìn)行讀寫(xiě)。 2.3 應注意的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決 HSP3824內部寄存器的讀寫(xiě)除要求滿(mǎn)足以上條件外，還必須滿(mǎn)足如圖5所示的HSP3824主時(shí)鐘MCLK和數據時(shí)鐘SCLK之間的時(shí)序關(guān)系[2]。 從圖中可以看出此條件要求很高，特別是因為SCLK是由外部控制器給出，而MCLK是由一個(gè)晶振送給HSP3824的工作時(shí)鐘，兩者之間沒(méi)有任何邏輯上的關(guān)系。因此必須采取一些額外的措施來(lái)解決此問(wèn)題。 在硬件上，可增加如圖6所示的電路。其中DCLK由外部控制器提供，由晶振提供。利用的反相信號CLK的上升沿(即MCLK的下降沿)觸發(fā)DCLK，輸出SCLK。同時(shí)CLK再經(jīng)過(guò)一級反相器，得到MCLK。圖中的D觸發(fā)器和反相器都需要選擇快速的74F系列。這樣得到的MCLK和SCLK才能滿(mǎn)足圖5所示的條件。同時(shí)，可以在軟件上采取些措施，如每寫(xiě)一個(gè)寄存器之后馬上讀該寄存器，并與預期值比較，若不符則重新寫(xiě)入，否則繼續下一個(gè)寄存器的讀寫(xiě)。通過(guò)以上兩方面的措施，可確保寄存器的正確配置。 HSP3824的工作速度由MCLK決定，這個(gè)工作速度可以很高(高達44MHz)。因此，在確定的工作速度下，必須要求MCLK無(wú)抖動(dòng)，特別是無(wú)毛刺，否則HSP3824會(huì )產(chǎn)生誤動(dòng)，致使工作狀態(tài)不正常�？赏ㄟ^(guò)在MCLK送入HSP3824之前串接一個(gè)小電阻，對地并接一個(gè)小電容來(lái)防止毛刺的干擾。 3 利用HSP3824實(shí)現擴頻通信的應用舉例 在HARRIS公司研制的24GHz天線(xiàn)芯片組中包括與HSP3824配套使用的中頻調制解調器、頻率綜合器、上下變頻器及雙工器等芯片。但其價(jià)格昂貴，不適用于現有的工程項目。故筆者僅利用了HSP3824芯片，自行設計了其它相關(guān)電路，實(shí)現擴頻通信模塊。其中利用單片機89C52作為控制器，控制整個(gè)系統工作狀態(tài)及實(shí)現基帶數據處理;利用EPROM及D/A變換器構成直接數字頻率綜合器(DDS)，實(shí)現中頻調制解調;其它外圍電路包括地址鎖存器、靜態(tài)RAM、EEPROM及其它輔助電路。系統框圖如圖7所示。 在圖7中，計算機完成兩個(gè)功能。其一是模擬以后實(shí)際工程中的數據采集單元或控制中心，利用它的RS232接口與89C52通信[3]，提供或接受數據;另一個(gè)功能就是用作將來(lái)在現場(chǎng)調整一些參數的設置，包括擴頻碼長(cháng)度的選擇、對應的擴頻碼、數據率、功率等。其中對擴頻碼及其長(cháng)度，通信的數據率這幾個(gè)參數的調整，實(shí)際上是改變HSP3824內部寄存器的設置。其工作流程主要是工作人員通過(guò)計算機的人機界面設定滿(mǎn)足實(shí)際條件的參數，利用計算機的串行通信口遵循RS232C協(xié)議，將命令傳達至89C52。單片機利用這些收到的參數去修改HSP3824內部對應的寄存器，同時(shí)將這些參數存儲在 EEPROM中。之后系統將一直維持這些選定的參數設置，直至下一次被修改。 筆者以直接序列擴頻通信基帶處理器HSP3824為核心設計了擴頻通信模塊，并使之工作在較低頻率及數據率上，實(shí)踐證明其外圍電路簡(jiǎn)單，性能可靠。同時(shí)也說(shuō)明HSP3824具有廣泛的應用領(lǐng)域，其處理的數據率可以從低至幾千，到高達幾十兆;并且對它的控制簡(jiǎn)單、靈活，可動(dòng)態(tài)調整若干參數，實(shí)現最有效的應用;若結合其測試功能及輸入信號強度檢測和信道空檢測功能，可以設計出功能更強大、更靈活、可靠的產(chǎn)品。但它也有其固有的缺點(diǎn)，主要是擴頻碼長(cháng)較短，不能獲得較高的擴頻增益，限制了系統的抗噪聲及抗多徑效應的能力。以上優(yōu)缺點(diǎn)需要設計人員綜合考慮，以充分發(fā)揮其功能，設計出最佳的產(chǎn)品。 |
