原標(biāo)題：基于無線調(diào)制解調(diào)芯片MX919芯片實現(xiàn)高速無線MODEM設(shè)計方案

基于無線調(diào)制解調(diào)芯片MX919實現(xiàn)高速無線MODEM設(shè)計方案

引言

隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在移動通信、車輛調(diào)度指揮、空中交通管制系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，我國目前廣泛使用的VHF/UHF電臺多為模擬語音電臺，以短波、超短波話音通信為主，直接進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰^低，難以滿足當(dāng)前數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。針對這一問題，本文提出了一種基于無線調(diào)制解調(diào)芯片MX919的高速無線MODEM設(shè)計方案，旨在高效利用現(xiàn)有模擬電臺資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的無線傳輸。

MX919芯片概述

MX919是MX.COM公司推出的一款高性能無線調(diào)制解調(diào)芯片，它支持4電平FSK（Frequency Shift Keying）調(diào)制和解調(diào)，內(nèi)部集成有可編程工作寄存器，能夠方便地與主機和電臺進行通信。該芯片通過音頻接口與話音電臺相連，通過并口與CPU連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的無線傳輸。MX919具有半雙工工作方式，波特率高達19.2kbps，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率有較高要求的場合。

系統(tǒng)設(shè)計方案

1. 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)主要由通信控制器、MX919調(diào)制解調(diào)芯片和語音模擬電臺三大部分組成。通信控制器作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的主控制，包括與數(shù)據(jù)源（如GPS接收機、計算機等）的RS-232通信接口、對MX919的編程和控制，以及產(chǎn)生電臺必需的控制信號（如PTT、SPLINT等）。

2. MX919在系統(tǒng)中的作用

MX919調(diào)制解調(diào)芯片在系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。它作為數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)換橋梁，將來自主機的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過4電平FSK調(diào)制轉(zhuǎn)換為適合電臺傳輸?shù)哪M信號，并能在接收端將電臺傳來的模擬信號解調(diào)還原為原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。MX919的具體作用如下：

• 數(shù)據(jù)打包與解包：在數(shù)據(jù)發(fā)送模式下，MX919接收來自主機的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并按照預(yù)定的數(shù)據(jù)打包格式進行打包處理。在數(shù)據(jù)接收模式下，則對接收到的模擬信號進行解調(diào)，并恢復(fù)出原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

• 編碼與解碼：為了減少無線通信中的誤碼率，MX919對原始基帶信號進行編碼處理，并加入CRC（Cyclic Redundancy Check）檢錯和FEC（Forward Error Correction）糾錯功能。在接收端，MX919則對接收到的信號進行解碼處理，恢復(fù)出原始基帶信號。

• 交織編碼：為了抗突發(fā)錯誤，MX919還采用了交織編碼技術(shù)。該技術(shù)通過將數(shù)據(jù)分散存儲并交叉?zhèn)鬏?，使得在傳輸過程中即使發(fā)生局部錯誤，也能通過解碼恢復(fù)出大部分?jǐn)?shù)據(jù)。

• 調(diào)制與解調(diào)：MX919支持4電平FSK調(diào)制和解調(diào)，能夠?qū)?shù)字信號調(diào)制為適合電臺傳輸?shù)哪M信號，并在接收端進行解調(diào)處理。

3. 主控芯片型號及其作用

在本設(shè)計方案中，通信控制器作為系統(tǒng)的主控芯片，其型號選擇應(yīng)根據(jù)具體需求和系統(tǒng)復(fù)雜度來確定。常見的適用于此類應(yīng)用的主控芯片包括但不限于以下幾種：

• STM32系列單片機：STM32系列單片機以其高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口和易于開發(fā)的特點，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其強大的處理能力能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理和實時控制的需求。

• PIC系列單片機：PIC系列單片機也是一款性能優(yōu)異的嵌入式微控制器，具有指令集簡單、功耗低、成本低廉等優(yōu)點。對于資源受限的場合，PIC系列單片機是一個不錯的選擇。

• ARM Cortex-M系列處理器：ARM Cortex-M系列處理器是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的低功耗、高性能處理器，具有出色的實時性能和豐富的外設(shè)接口。其強大的處理能力能夠滿足系統(tǒng)對高速數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜控制算法的需求。

以STM32系列單片機為例，其在本設(shè)計方案中的作用主要包括：

• 系統(tǒng)控制：負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的時序控制、狀態(tài)監(jiān)測和異常處理等工作。

• 數(shù)據(jù)處理：接收來自外部數(shù)據(jù)源（如GPS接收機、計算機等）的數(shù)據(jù)，并進行必要的處理（如濾波、編碼等）。

• 通信控制：通過RS-232接口與數(shù)據(jù)源進行通信，通過并口與MX919調(diào)制解調(diào)芯片進行通信，并產(chǎn)生電臺所需的控制信號（如PTT、SPLINT等）。

• 軟件實現(xiàn)：負(fù)責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分，包括主控模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、初始化模塊等。其中，主控模塊負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制工作；數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收模塊負(fù)責(zé)與MX919調(diào)制解調(diào)芯片進行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；初始化模塊則負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化工作，包括定時器、串口、中斷寄存器等的初始化。

軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計方面，需要了解MX919各個寄存器的功能，特別是命令寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器。軟件設(shè)計主要包括以下幾個模塊：

• 主控模塊：該模塊是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個子模塊的工作。它根據(jù)系統(tǒng)需求，調(diào)度數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、處理以及電臺控制等功能。主控模塊通過中斷、輪詢或事件驅(qū)動等方式，確保各個任務(wù)的有序執(zhí)行。

• 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：當(dāng)系統(tǒng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊首先從數(shù)據(jù)源（如GPS接收機、計算機等）接收數(shù)據(jù)，并進行必要的預(yù)處理（如打包、編碼等）。然后，它通過并口將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給MX919調(diào)制解調(diào)芯片，并觸發(fā)MX919進行調(diào)制和發(fā)送。在此過程中，主控模塊還需控制電臺的PTT（Push-To-Talk）信號，確保在發(fā)送數(shù)據(jù)期間電臺處于發(fā)射狀態(tài)。

• 數(shù)據(jù)接收模塊：當(dāng)電臺接收到來自其他電臺的模擬信號時，這些信號首先被MX919調(diào)制解調(diào)芯片解調(diào)為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)接收模塊負(fù)責(zé)從MX919接收解調(diào)后的數(shù)據(jù)，并進行必要的后處理（如解包、解碼、校驗等）。如果數(shù)據(jù)校驗正確，則將其傳遞給上層應(yīng)用；如果校驗錯誤，則根據(jù)錯誤處理策略進行相應(yīng)的處理（如重傳、丟棄等）。

• 初始化模塊：在系統(tǒng)啟動或復(fù)位后，初始化模塊負(fù)責(zé)配置系統(tǒng)各個部分的初始狀態(tài)。這包括配置MX919調(diào)制解調(diào)芯片的工作模式、波特率、調(diào)制方式等參數(shù)，以及配置主控芯片的外設(shè)接口（如串口、并口、定時器等）和中斷向量表等。通過初始化模塊的設(shè)置，系統(tǒng)能夠進入正常工作狀態(tài)，準(zhǔn)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

• 電臺控制模塊：電臺控制模塊負(fù)責(zé)生成和控制電臺所需的控制信號（如PTT、SPLINT等）。這些控制信號根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸需求進行動態(tài)調(diào)整。例如，在發(fā)送數(shù)據(jù)前，電臺控制模塊會激活PTT信號，使電臺進入發(fā)射狀態(tài)；在數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，則會釋放PTT信號，使電臺回到接收狀態(tài)。

硬件接口設(shè)計

在硬件接口設(shè)計方面，需要確保MX919調(diào)制解調(diào)芯片與主控芯片、電臺之間的接口連接正確無誤。這包括并口連接、音頻接口連接以及控制信號連接等。

• 并口連接：MX919調(diào)制解調(diào)芯片通過并口與主控芯片進行通信。在并口連接中，需要確保數(shù)據(jù)線、地址線、控制線的連接正確，并且信號電平兼容。此外，還需要注意并口的時序要求和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無誤地傳輸。

• 音頻接口連接：MX919調(diào)制解調(diào)芯片通過音頻接口與電臺相連。在音頻接口連接中，需要選擇合適的音頻耦合方式（如變壓器耦合、電容耦合等），并確保音頻信號的幅度、頻率等參數(shù)與電臺的接收范圍相匹配。此外，還需要注意音頻接口的阻抗匹配和噪聲抑制等問題，以提高信號傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

• 控制信號連接：電臺控制模塊生成的控制信號（如PTT、SPLINT等）需要通過適當(dāng)?shù)碾娐愤B接到電臺的控制端子上。在控制信號連接中，需要注意信號的驅(qū)動能力和隔離保護等問題，以確?？刂菩盘柲軌蚍€(wěn)定可靠地控制電臺的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)測試與優(yōu)化

在系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要進行全面的測試以驗證系統(tǒng)的性能和可靠性。測試內(nèi)容應(yīng)包括功能測試、性能測試、穩(wěn)定性測試和兼容性測試等。

• 功能測試：驗證系統(tǒng)的各個功能模塊是否能夠正常工作。例如，測試數(shù)據(jù)發(fā)送模塊是否能夠正確發(fā)送數(shù)據(jù)；測試數(shù)據(jù)接收模塊是否能夠正確接收并處理數(shù)據(jù)；測試電臺控制模塊是否能夠準(zhǔn)確控制電臺的工作狀態(tài)等。

• 性能測試：測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、誤碼率等性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求。例如，可以通過發(fā)送大量數(shù)據(jù)并統(tǒng)計接收到的數(shù)據(jù)量和錯誤數(shù)據(jù)量來計算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和誤碼率。

• 穩(wěn)定性測試：在長時間連續(xù)工作的條件下測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，可以連續(xù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)數(shù)小時或數(shù)天，觀察系統(tǒng)是否出現(xiàn)死機、重啟或數(shù)據(jù)丟失等問題。

• 兼容性測試：測試系統(tǒng)與其他設(shè)備或系統(tǒng)的兼容性。例如，可以測試系統(tǒng)與其他品牌或型號的電臺的兼容性；測試系統(tǒng)在不同環(huán)境（如溫度、濕度、電磁干擾等）下的工作穩(wěn)定性等。

在測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題需要及時記錄并進行分析處理。對于系統(tǒng)性能不滿足設(shè)計要求的情況，可以通過優(yōu)化算法、調(diào)整硬件參數(shù)或改進軟件設(shè)計等方式進行改進。通過不斷的測試和優(yōu)化，可以確保系統(tǒng)達到最佳的性能和可靠性。

結(jié)論

基于無線調(diào)制解調(diào)芯片MX919實現(xiàn)的高速無線MODEM設(shè)計方案能夠有效地利用現(xiàn)有模擬電臺資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的無線傳輸。通過合理的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、軟件實現(xiàn)和硬件接口設(shè)計，可以確保系統(tǒng)具有高性能、高可靠性和易于維護的特點。在實際應(yīng)用中，該方案可以廣泛應(yīng)用于移動通信、車輛調(diào)度指揮、空中交通管制系統(tǒng)等領(lǐng)域，為數(shù)據(jù)傳輸提供有力的支持。