一种基于Cortex-M3内核新型解调机制的调制解调电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于Cortex-M3内核新型解调机制的调制解调电路，由MCU单元（STM32F103VCT6）、调制信号处理单元、解调信号处理单元、数字信号通讯单元、数字信号光电隔离单元、模拟信号变压器隔离单元、485通讯单元及看门狗监测单元等组成,它替代了传统的FSK调制解调芯片，不仅优化了电路设计，对外接口丰富、处理信号的能力更加快速、稳定、可靠、安全、灵敏，而且具有通道切换和通道保持功能，保障了系统的可靠性。可以广泛的应用于相关产品的开发之中，为整个系统提供最为可靠的底层支持以及运行支持。
【专利说明】—种基于CorteX-M3内核新型解调机制的调制解调电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于CorteX-M3内核新型解调机制的调制解调电路，属于数字信号处理【技术领域】。
[0002]【背景技术】
近年来，传统的电网已经不能满足现代人的需求了，智能电网逐渐发展起来了。智能电网不仅实现了配电的自动化，同时也越来越人性化，有效地避免了大规模停电事故的发生。智能电网一般由总站和子站组成。总站控制子站，子站在进行相应的调度和监测。而通常总站与子站的距离都比较远，普通的数字通讯已经不能满足需求。总站与子站需要进行稳定可靠地通讯，必须要借助通讯设备。虽然有的远程通讯正在不断发展，如光纤，GPRS等，但造价毕竟偏高。常用的通讯设备还是电力调制解调器。传统的电力调制解调器往往由专门的FSK调制解调芯片实现，外围的辅助电路设计较为复杂，信号处理涉及多种芯片，而随着技术的革新，这种类型的芯片逐渐有点力不从心，更新换代慢，逐渐面临淘汰。传统的FSK调制解调芯片功能较为单一，不能灵活更改，不符合现代复杂化的通讯环境。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种基于CorteX-M3内核新型解调机制的调制解调电路，替代了传统的FSK调制解调芯片，不仅优化了电路设计，对外接口丰富、处理信号的能力更加快速、稳定、可靠、安全、灵敏，而且具有通道切换和通道保持功能，保障了系统的可靠性。可以广泛的应用于相关产品的开发之中，为整个系统提供最为可靠的底层支持以及运行支持。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种基于CorteX-M3内核新型解调机制的调制解调电路，该电路以STM32F103VCT6作为微处理器，主要由单片机最小系统，FSK调制电路，及解调电路，数字通讯模块，信号电磁隔离电路及电源模块等组成。
[0005]数字信号调制过程:STM32F103VCT6微控制器单元通过二进制频移键控2FSK对数字信号进行调制，用DA产生的载波信号的频率是根据数字信号传输过来的信号在两个不同的模拟频率间变化。就是把二进制的数据借助软降算法将信号调制处理。
[0006]STM32F103VCT6微控制器单元内部的D/A模块产生原始模拟信号后，DA本身自己输出的电压幅度最大到3.3V，直接传输信号幅度偏小，通过外围调制信号处理电路进行放大处理后就得到FSK产生的信号。
[0007]模拟信号解调过程:C0rteX-M3内核处理器在电网上的二进制频移键控解调就是通过借助直接脉冲计数式鉴频法原理的部分功能，再加上合适的处理电路实现的。当模拟信号到来时首先会经过一个低通滤波器，然后再经过两级运放放大器将信号先放大10倍，再放大5倍，这样总共放大50倍，此时信号会变成最大值+5V、最小值-5V的方波。这样幅度的信号MCU的引脚不可以直接接入。所以又经过了一个74HC14触发器，信号就可以接入MCU处理器了。注意此时的74HC14的供电电源为+3.3V。为了更好的保护MCU的管脚，可以对信号进行钳位，加上两个二极管。[0008]STM32F103VCT6微控制器单元通过定时器对方波的波宽、周期及个数进行捕捉，就可分析出频率成分代表的是O还是1，从而实现解调功能。
[0009]系统提供看门狗功能可以防止程序出现死循环。
[0010]本发明技术方案是这种基于CorteX-M3内核的调制解调电路采用全新的硬件框架结构和新型解调机制设计思想，吸收了以往嵌入式最小系统的优点。本发明具有以下优
占-
^ \\\.(1)集成度高，本发明采用基于Cortex-M3内核的STM32F103VCT6微控制器单元，代替了传统的FSK调制解调芯片及信号处理电路，由一个单一的功能更强大的设备替换三个或四个传统的8位器件，实现更多的功能。采用可编程逻辑器件技术，简化电路板的设:计，使得电路设计更加精简，集成度闻，提闻稳定性；
(2)灵活度高。本发明采用基于Cortex-M3内核的STM32F103VCT6微控制器单元对信号进行FSK 二进制频移键控调制，支持多种波特率及FSK频率，为适应不同的模拟通道，安排了多种中心频率供用户选用，使用灵活方便；
(3)稳定性高。本发明采用基于Cortex-M3内核的MCU处理器，模拟通道采用FSK调制技术，数字通道采用将通信双方从电气上完全隔离的方法，因此它们的抗干扰能力较强，稳定性高；
(4)应用范围广、效率高。自动增益电路及软件解调方式使接收电平的范围很宽，传输的数据代码格式不受限制，为用户提供了无记忆效应的“透明”通道。对数据信号不存储，不分析，时延较小，传输效率较高；
(5)采用先进的工业级芯片，`电气隔离和电磁屏蔽设计符合国际标准，装置的硬件系统具有极高的抗干扰能力和工作可靠性；
(6)本发明性价比高，故障率极低，可以替代其他调制解调设计电路。可以很好的应用于调制解调器开发。
[0011]【专利附图】
【附图说明】
图1是本发明的总体逻辑框架图。
[0012]本发明由MCU单元(STM32F103VCT6)、调制信号处理单元、解调信号处理单元、数字信号通讯单元、数字信号光电隔离单元、模拟信号变压器隔离单元、485通讯单元及看门狗监测单元等组成。
[0013]图2是本发明STM32F103VCT6微控制器单元的管脚定义图。
[0014]图3是调制信号处理单元电路及模拟信号变压器隔离单元电路原理图。
[0015]数字信号经过MCU内部的D/A模块产生原始的模拟信号，模拟信号经过外围的调制信号处理单元将信号反向放大处理，处理后的信号经过模拟信号变压器隔离单元处理，获得更好的电气性能。
[0016]图4是解调信号处理单元电路原理图。
[0017]模拟信号通过低通滤波器，然后再经过两级运放放大器将信号放大变成最大值+5V、最小值-5V的方波。又经过了一个74HC14触发器接入到微控制器单元。为了更好的保护MCU的管脚，可以对信号进行钳位，加上两个二极管。
[0018]【具体实施方式】下面结合附图进一步说明本发明的实施方式:
信号调制部分:外部信号通过数字信号光电隔离单元的光耦隔离处理，通过信号处理单元进入到STM32F103VCT6微控制器单元，输入输出口检测到数字信号的O或I时，DA模块会对应输出高频或者低频的正弦波，正弦波输出到外围的调制信号处理单元(图3)，经过放大器反向放大处理，得到的处理信号经过变压器隔离单元输出到外部。
[0019]信号解调部分:外部模拟信号经过变压器隔离单元电气隔离后进入到解调信号处理单元(图4)，模拟信号首先经过一个低通滤波器，然后再经过两级运放放大器将信号放大50倍，得到最大值+5V、最小值-5V的方波。方波经过74HC14触发器引入到MCU处理器。通过MCU内部的定时器捕获模块分析调制波形，通过捕获方波，对方波的波宽、周期及个数进行分析，得到数字信号，完成解调功能，解调出来的数字信号经过数字信号通讯单元传输与数字信号光电隔离单元隔离处理后发送出去。
【权利要求】
1.一种基于Cortex-M3内核新型解调机制的调制解调电路，其特征在于:其由MCU单元(STM32F103VCT6)、调制信号处理单元、解调信号处理单元、数字信号通讯单元、数字信号光电隔离单元、模拟信号变压器隔离单元、485通讯单元及看门狗监测单元等组成。
2.如权利要求1所述的基于Cortex-M3内核新型解调机制的调制解调电路，其特征在于:其中MCU单元STM32VCF103T6由Cortex_M3内核、存储器、模拟数字转换器、I/O端口、通信接口组成；Cortex-M3处理器采用ARMv7-M架构，包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架构。
3.如权利要求1所述的基于Cortex-M3内核新型解调机制的调制解调电路，其特征在于:需要调制的信号通过数字信号光电隔离单元和数字信号通讯单元，进入到MCU单元的D/A模块产生原始模拟信号，再加上外部的调制信号处理单元调制信号处理就产生的FSK模拟信号，模拟信号变压器隔离单元将模拟信号进行隔离后发送出去。
4.如权利要求1所述的基于CorteX-M3内核新型解调机制的调制解调电路，其特征在于:需要解调的信号通过模拟信号变压器隔离单元进入到解调信号处理单元，经过信号放大后得到信号方波，信号进入到MCU单元进行解调得到数字信号，再通过数字信号通讯单元和数字信号光电隔离单元得到所需要的数字信号。
【文档编号】H04L27/14GK103532893SQ201310371822
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】张建光, 刘福玉, 李建军 申请人:北京和信瑞通电力技术有限公司