MSP430单片机的特点及在接收机中的应用

一、 引言

　　一款数据广播编码器和微型低功耗调频数据广播接收机，整套系统采用连续相位频移键控（CPFSK）调制方式，副载波频率为72KHz，占用带宽约16Khz，数据传输速率4.8KHZ。采用CPFSK调制方式使接收机易于实现，与QPSK的调制方式相比对相位稳定度要求不高，不易受外界温度噪声的影响，而且在信号解调处理时实现低功耗。硬件结构框图如下：

二、MSP430单片机的特点及在接收机中的应用

　　MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。MSP430系列中的各成员集成了较多的片上外围资源，包含：12位A/D，精密模拟比较器，硬件乘法器，2组频率可达8MHZ 的时钟模块，2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器，看门狗，2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。

　　MSP430单片机的特点:处理能力强。MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。运算速度快。MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。超低功耗。MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1μA。其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。

　　MSP430F123单片机作为CPFSK数据广播接收机的CPU主要对基带数据进行处理，完成数据链路层的工作：

三、数字通信中的同步问题

　　数据通信中，同步是非常重要的问题，通信系统是否可靠、接收灵敏度是否达到标准，很大程度上依赖于同步技术的优劣。

　　1、同步不确定性的来源

　　实际通信系统中，收发站之间会由于电波传播中的多径效应引起码相位、载波中心频率相位的延迟，而且在传输信道中随机噪声的叠加引起传输波形的失真，连接在接收滤波器之后的判决电路也很难保证"无差错"的恢复基带信号。

　2、实现同步的几种方法

　　按同步功用分类可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。

　　按传输同步信息的方式可分为外同步法和自同步法。外同步法：是由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号。自同步法：发送端不发送专门的同步信息，而是由接收端设法从接收信号中提取同步信息。

四、位同步

　　由于本接收机接收的码元速率为4.8KHZ，用CPU捕捉位同步信息，然后进行采样，在配合RS纠错，即可达到数据准确传输的要求。

　　（一）、位同步的方法：

　　方法一、

设置接收端恢复出的同步时钟的频率为5倍的码元频率，这样就在一个码元周期内，设置了5个采样点。位同步可以分为两个过程：捕获、同步跟踪。

　　1、捕获

    即找到正确的同步时钟起始点。在接收的数据中，只有0、1跳变沿才能为我们提供位同步信息，如果数据长时间为1或为0，这将给接收端恢复位定时信息造成一定困难。

　　2、同步跟踪

    在接收数据的过程中，还要保证同步时钟的变化跟随码元相位或频率的偏移。同样，依据数据流中0、1跳变沿来实现同步时钟的跟踪。如图1：如果同步时钟与码元之间没有任何偏差时，数据的跳变沿每次都应出现在第5个计数时刻与下一个计数时刻之间，这时把第三个计数时刻作为数据采样时刻；当同步时钟与码元之间有偏差时，数据跳变沿不能准确的落在第5个与下一个计数时刻之间，如果数据跳变沿出现在第4 与第5个计数时刻之间，说明同步时钟相对于码元相位滞后，为保证每次采样时刻在码元的中心位置，就要把采样点提前至第2个计数时刻。

　　方法二、

　　根据MSP430单片机硬件特点，我们对上述同步方法进行了优化，并达到了良好的同步跟踪效果。

　　设置接收端恢复出的同步时钟的频率等于码元频率。每一个计数中点均为采样时刻。与5倍时钟法相同，它也需要捕获和同步跟踪两个步骤。捕获的过程与上述的方法相同。同步跟踪，可以使采样时刻基本稳定在码元中心位置。如图2，恢复出的同步时钟与码元同步时，数据跳变沿的发生时刻与前一采样时刻的距离（D）等于二分之一码元宽度（M）。