基于CMX469A的无线MODEM设计

liyf · 发表于 2014-10-4 23:13:25

基于CMX469A的无线MODEM设计

摘要：CMX469A是CML公司推出的FFSK／MSK全双工MODEM芯片，它内部集成了载波检测、RX时钟恢复电路和振荡电路，并具有很好的信噪比以及低电压、低功耗等特性，能够接收、发射FFSK／MSK信号，同时可提供收发时钟。文中给出了CMX469A的工作原理、应用电路和程序控制流程。 关键词：快速移频键控；CMX469A；调制解调器
１ＣＭＸ４６９Ａ的主要特点
ＣＭＸ４６９Ａ是ＣＭＬ(公司新推出的全双工无线Ｍｏｄｅｍ芯片)它采用ＣＭＯＳ工艺制造，工作电压为２．７Ｖ～５．５Ｖ，当电源电压为３Ｖ时，它的典型工作电流为２ｍＡ，数据传输速率可设定为１２００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ和４８００ｂｐｓ。在这三种波特率下，逻辑高、低电平的频率相应为１２００／１８００Ｈｚ，１２００／２４００Ｈｚ，２４００／４８００Ｈｚ。
ＣＭＸ４６９Ａ采用快速移频键控ＦＦＳＫ／ＭＳＫ调制方式，可广泛应用于无线通讯系统中（例如水文检测系统、船载监控系统等）。ＣＭＸ４６９Ａ的主要特性如下：

●具有独立的发送、接收使能控制；
●可以接外部１．００８ＭＨｚ或４．０３２ＭＨｚ晶振;
●可选择三种波特率：１２００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ、４８００ｂｐｓ（４８００ｂｐｓ传输时，需要外接４．０３２ＭＨｚ晶振）；
●具有载波检测、接收时钟故障恢复功能；
●低电压、低功耗（电源为３Ｖ时，典型工作电流为２ｍＡ；节能模式下，供电电流只有３００μＡ）；
●抗干扰性能优良，在信号条件比较差的情况下具有优良的灵敏度，同时可通过外部电容设置载波检测周期，以使器件在高噪音环境下具有更完善的性能。

２ＣＭＸ４６９Ａ的引脚说明
ＣＭＸ４２９Ａ有２２脚ＰＤＩＰ、２０脚ＳＯＩＣ、２４脚ＴＳＳＯＰ三种封装，这三种封装的对应引脚不同。表１是２０脚ＳＯＩＣ封装所对应的引脚功能介绍，其余两种封装只是引脚序号不相同。

表1 CMX469AD3的引脚说明

引脚	名称	类型	功能描述
1	CLOCK/XTAL	I	片内振荡器的输入端或外部时钟输入端
2	XTALN	O	片内振荡器的输出端
3	Tx SYNC	O	发送同步时钟输出
4	TxSIGNAL	O	FFSK/MSK信号输出
5	TxDATA	I	发送数据串行输入端
6	TxENABLEN	I	发送使能
7	BAND PASS		RX带通滤波器输出
8	RxENABLE	I	接收使能
9	VBIAS	BI	偏置电压输出
10	VSS	P	地
11	UNCLK DATA	O	接收异步数据输出
12	CLK DATA	O	接收同步数据输出
13	CD OUT	O	载波检测输出
14	RxSIGNAL	I	FFSK/MSK信号输入
15	RxSYNC	O	接收同步时钟输出
16	BAUD SELECT	I	1200/2400波特率选择
17	BAUD SELECT	I	4800波特率选择
18	COLOCK RATE	I	4.032MHz/1.008MHz外晶振选择
19	CD TIME CINSTANT	BI	载波检测响应时间调整端，影响抗干扰能力
20	VDD	P	接电源2.7~5.5V

３　与单片机的硬件接口设计
基于ＣＭＸ４６９Ａ的无线调制解调器的硬件设计主要包括ＣＭＸ４６９Ａ与电台的接口电路以及与单片机的接口电路两部分。
ＣＭＸ４６９Ａ与电台的接口主要用于实现输入、输出模拟电路部分的放大。这部分电路设计非常简单，用运放ＬＭ３５８就可以实现，这里就不再多说，以下主要说明ＣＭＸ４６９Ａ与单片机的接口设计。硬件接口电路如图１所示。

ＣＭＸ４６９Ａ与单片机接口时，ＣＭＸ４６９Ａ内部产生的ＴｘＳＹＮＣ和ＲｘＳＹＮＣ同步时钟线可以同步单片机的发送和接收串行数据。由于发送数据时，从单片机输出的串行数据在ＴｘＳＹＮＣ的上升沿必须有效且稳定，因此，应该在时钟的下降沿输出单片机的串行数据。同样，在ＲｘＳＹＮＣ的下降沿读取单片机同步数据线(ＣＬＯＣＫＤＡＴＡ)上的串行数据，同时在ＲｘＳＹＮＣ的上升沿忽略同步数据线的状态。而在接收数据时，载波检测端口的输出状态可表明有效的ＦＦＳＫ数据是否进入ＣＭＸ４６９Ａ，并可通过载波检测来防止ＣＭＸ４６９Ａ接收虚假的数据。
ＣＭＸ４６９Ａ与单片机的接口电路设计主要分为两部分：发送接口电路设计和接收接口电路设计。发送接口电路由发送允许（ＴｘＥＮ）、发送时钟线（ＴｘＳＹＮＣ）、发送数据线（ＴｘＤＡＴＡ）三部分构成。此时的ＦＦＳＫ数据输出线（ＴｘＳＩＧＮＡＬ）用于输出经过调制的ＦＦＳＫ信号。接收接口则由接收允许（ＲＸＥＮ）、接收时钟线（ＲｘＳＹＮＣ）、载波检测（ＣａｒｒｉｅｒＤｅｔｅｃｔ）、时钟同步接收数据线（ＣＬＯＣＫＤＡＴＡ）等四部分构成。此时，ＦＦＳＫ数据输入线ＲｘＳＩＧＮＡＬ为需要解调的ＦＦＳＫ／ＭＳＫ信号的输入端口。
ＴＸＥＮ为发送使能控制端口，当低电平发送使能后，在时钟信号ＴｘＳＹＮＣ的同步下，ＴＸＤＡＴＡ数据线上的信号将依次被采样，同时经过调制即可在ＴｘＳＩＧＮＡＬ引脚输出调制后的ＦＦＳＫ信号。在１２００ｂｐｓ下，该系统可将高电平“１”转换为１２００Ｈｚ的正弦波，而将低电平“０”转换为１８００Ｈｚ的正弦波，并由ＴｘＳＩＧＮＡＬ端口输出。其发送时序如图２所示，Ｔｘ-ＤＡＴＡ引脚信号将在时钟信号ＴＸＳＹＮＣ的上升沿被采样，因此，ＴＸＳＹＮＣ的上升沿必须有效并且保持稳定。设计程序时，应该在时钟信号的下降沿依次串行输出要发送的数据。拉高ＴｘＥＮ将使发送电路进入节能状态，这时ＴＸＳＹＮＣ将输出逻辑高电平，ＴｘＳＩＧＮＡＬ进入高阻态。ＴｘＥＮ由内部上拉为ＶＣＣ。

ＲｘＥＮ为接收使能引脚。ＲｘＥＮ为高时，使能接收电路，为低时则使接收电路进入节能状态。此时，ＲｘＳＹＮＣ和接收数据端将输出固定电平。接收使能时，输入ＲｘＳＩＧＮＡＬ的ＦＦＳＫ信号经过内部滤波器后可被恢复为串行数据输出。同时，从接收的数据中还可恢复出同步时钟，单片机通过采样此同步时钟来同步接收数据。接收时序如图３所示。设计该程序时，应该在同步时钟ＲｘＳＹＮＣ的下降沿采样ＣＬＯＣＫＤＡＴＡ引脚的数据。

４　软件设计
该ＭＯＤＥＭ的软件设计主要包括ＦＦＳＫ发送程序和ＦＦＳＫ接收程序，其程序流程图如图４所示。发送ＦＦＳＫ数据时，首先需要拉低发送使能端口ＴｘＥＮ，接着检测时钟线（ＴｘＳＹＮＣ）并在每一个时钟下降沿移位输出一位数据，一直到数据全部发送完成，然后拉高发送使能端口。至此，ＦＦＳＫ发送数据结束。
接收ＦＦＳＫ数据时，由于接收时钟线ＲｘＳＹＮＣ被接在单片机的中断引脚上，因此，只要有ＦＦＳＫ数据到达，接收时钟线就会输出经过恢复的时钟信号，并引起单片机中断。为了防止误操作，进入中断子程序以后，应该首先判断载波检测端口是否有效。如果无效，表明是误操作，此时应退出接收子程序；如果有效，则继续接收ＦＦＳＫ数据。在每一个ＲｘＳＹＮＣ时钟的下降沿，都要锁存接收数据线（ＣＬＯＣＫＥＤＤＡ-ＴＡ）的状态，一直到接收数据结束。同时，在接收数据时，为了防止单片机由于等待数据而死机，必须加上码间隔判断，如果超过一定的时间没有收到预期的数据，则将以前接收的数据废弃，并进行数据接收初始化，以重新进行接收。

发送、接收ＦＦＳＫ数据内容可以按照自定义协议来完成，具体为：第一字节为数据长度，然后为若干个字节的数据内容，最后为和校验码以及异或校验码。经笔者实践证明，这种协议可以比较有效地实现数据的发送和接收，同时检测传输误码的效果也比较好。

５　结束语
利用ＣＭＸ４６９Ａ实现的无线ＭＯＤＥＭ具有抗干扰能力强、电路简单、程序设计方便等优点，对于只有一个串行口的５１系列单片机来说，由于ＣＭＸ４６９Ａ不占用串行口，因此，单片机可以利用串行口方便地与计算机或者其它设备进行串口通信，从而为整个系统的设计提供方便。

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