基于STC12C5A高精度铁路移频发生器的设计

摘 要 本文描述了利用STC12C5A系列单片机为主控核心和AD9833芯片实现连续相位的移频信号的设计，通过铁路专用移频表的测量和校验，AD9833在单片机的控制下所产生的连续相位的FSK移频信号，误差均在0.1Hz以下，可见该移频信号具有极高的精度。

关键词 STC12C5A；铁路移频；连续相位；AD9833

0 引言

文章在对连续相位移频信号分析的基础上，利用STC12C5A系列单片机为主控核心和AD9833芯片实现连续相位的移频信号的设计，并使用铁路专用移频表进行测量和校验，结果表明，在任何频率下，该信号误差均在0.1Hz以下，可见该移频信号具有极高的精度。

1 铁路移频信号表达形式

铁路移频率信号的生成方法有很多种，主要采用移频键控生成方法。在移频轨道电路中，相位连续[2-3]的移频信号表达式为

（1）

其中，频率偏移量为

瞬时相位可由载波信号经低频调制后计算得出：

（2）

2 利用单片机产生铁路移频信号

2.2 AD9833芯片

AD9833采用先进的直接数字合成技术集成高性能10位DAC的DDS芯片[5]，实现全数字编程控制，结合时钟源，方便实现各种调制方式输出信号，如QAM、FSK、PSK和GMSK等。

2.3 连续相位FSK信号

图1 系统连接图

当FSYNC为低电平时，向AD9833写入信号，SCLK信号在下一个脉冲的下降沿读入第一位，在随后的16个下降沿脉冲中读入16位数据，接着置SCLK为高电平，SDATA为串行数据输入端。

单片机通过采集处编码的变化，用于控制对应的上、下边频频率控制字，并送入相应的寄存器FREQ0和FREQ1中，以便输出不同的载频信号。

2.4 软件设计

根据设计的需要，采用模块化进行软件设计，由以下几个模块组成，初始化程序模块、单片机控制程序模块和定时中断程序模块。初始化程序模块主要的任务是单片机初始化设置和AD9832初始化配置。系统上电后，采用查询方法对外界编码条件进行扫描，读取相应的电平信号，当外界编码条件没有发生改变时，单片机送频率控制字，当外界编码条件被改变时，则重新送不同的频率控制字；并输出移频信号，直到定时时间到，如图2软件流程图。

图2 软件流程图

3 实验分析

表1 理论载频与实测载频[Hz]

理论载频 实测 误差

UM71 1700 1700±0.15 ±0.15

2300 2300±0.22 ±0.22

2600 2600±0.11 ±0.11

国产

移频 550 550±0.09 ±0.09

750 750±0.23 ±0.23

850 850±0.16 ±0.16

表2 理论低频与实测低频[Hz]

理论低频 实测 误差

10.3 10.3±0.08 ±0.08

11.4 11.4±0.04 ±0.04

13.6 13.6±0.01 ±0.01

14.7 14.7±0.05 ±0.05

16.9 16.9±0.01 ±0.01

18.0 18.0±0.08 ±0.08

19.1 19.1±0.06 ±0.06

20.2 20.2±0.04 ±0.04

22.4 22.4±0.01 ±0.01

23.5 23.5±0.02 ±0.02

24.6 24.6±0.05 ±0.05

25.7 25.7±0.04 ±0.04

26.8 26.8±0.08 ±0.08

27.9 27.9±0.05 ±0.05

29.0 29.0±0.02 ±0.02

4 结论

本文分析了利用STC12C5A系列单片机为主控核心和AD9833芯片实现连续相位的移频信号的设计，AD9833在单片机的控制下产生具有连续相位的FSK移频信号，通过铁路专用移频表进行测量和校验，结果表明，在任何频率下，该信号误差均在0.1Hz以下，具有极高的精度。与铁路运输需要相一致，可以应用到铁路信号系统。

参考文献

[2]刘荣，程荫杭.相位连续移频信号的数字化实现[J].铁道学报，2004，26.

[3]莫振栋，赵中华.基于MSP430单片机相位连续的ZPW2000轨道电路移频信号产生[J].科学技术与工程，

2013，9.

[4]宏晶科技，http：//www.stcmcu.com/.

[5]http：//www.analog.com/zh/digital- to-analog-converters/direct-digital- synthesis-dds/ad9833/products/product.html.