基于STC12C2052的對講機加密系統(tǒng)設計

摘要：將亞音頻信號應用于對講機中，提出了一種基于單片機STC12C2052的亞音頻信號發(fā)生器的設計方案，實現(xiàn)對講機的加密功能。利用單片機自身的PWM產(chǎn)生正弦波，從而產(chǎn)生各種頻率不同的亞音頻信號。該系統(tǒng)結(jié)構簡單，可靠性高，操作簡便，可廣泛應用于無線電通信的各種場合。
關鍵詞：亞音頻；STC12C2052；脈沖寬度調(diào)制

引言
CTCSS(Continuous Tone Controlled Squelch Systern，連續(xù)語音控制靜噪系統(tǒng))是一種將低于音頻頻率的頻率(67．O～250．3 Hz)附加在音頻信號中一起傳輸?shù)募夹g。國際標準的CTCSS編碼一共有38組頻率，因為這些靜噪信號頻率為67．0～250．3 Hz，低于話音通信帶寬的下限，所以被稱為“亞音頻”。CTCSS技術已經(jīng)廣泛用于無線電通信中，是傳統(tǒng)無線電臺通信中一種常見的收發(fā)限制手段。在電臺的中繼站和對講機中，采用CTCSS技術可以避免接收到不相干的呼叫。
在對講機設計中采用亞音頻技術，其目的是避免不同用戶的相互干擾，避免收聽無關的呼叫和干擾信號。因為它可以在共同信道中制止來自其他用戶的話音和信令干擾，故也稱為音鎖(tone lock)。當對講機的發(fā)射機發(fā)送話音信號的同時不斷發(fā)出亞音頻連續(xù)信號，經(jīng)調(diào)制后在同一信道發(fā)射出去。當接收機收到載波信號和亞音頻信號后進行調(diào)解。亞音頻信號經(jīng)過濾波器整形輸入CPU中進行解碼后，與本機預置的CTC-SS碼進行比較以決定是否開啟靜噪電路。只有亞音頻碼相同時，靜噪電路音頻輸出才能打開，通過揚聲器發(fā)出聲音。如果沒有檢測到CTCSS信號，或者信號和當前設置不符，則關閉靜噪，揚聲器聽不到聲音。本文就此提出一種基于STC12C2052單片機的對講機加密系統(tǒng)設計方案。

1 STCl2C2052單片機簡介
STC12C2052是宏晶科技推出的STC12系列增強型8051單片機，速度比普通的8051快12倍，具有較寬的操作電壓范圍。其片上集成：256字節(jié)的RAM；15個通用可編程I／O口，可以設置成準雙向口／弱上拉、推挽／強上拉、僅為輸入／高阻、開漏(復位后為準雙向口／弱上拉模式)4種模式；EEPROM功能；2個16位定時器／計數(shù)器；RC振蕩器，在精度要求不高時可以省略外部晶振；獨立的片內(nèi)看門狗定時器。
1．1 STC12C2052的PCA／PWM工作原理
STC12C2052單片機中的PCA可編程計數(shù)器陣列含有一個特殊的16位定時器，它可與2個16位捕獲／比較模塊相連。每個模塊可編程工作在4種模式下，即上升／下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出和可調(diào)制脈沖輸出。設計時，可將模塊0連接到P3．7(CEX0／PCA0／PWM0)，模塊1連接到P3．5(CEX1／PCA1／PWM1)。由于寄存器CH和CL的內(nèi)容是正在自由遞增計數(shù)的16位PCA定時器的值，因此，PCA定時器可作為2個模塊的公共時間基準，并可通過編程工作在1／12振蕩頻率、1／2振蕩頻率、定時器0溢出或ECI腳的輸入(P3.4)。定時器的計數(shù)源由CMOD SFR的CPS1和CPS0位來確定。
1．2 STC12C2052的PCA脈寬調(diào)節(jié)模式
所有PCA模塊都可用作PWM輸出。其輸出頻率取決于PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的PCA定時器，所以它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器對EPCnL、CCAPnL有關。當CL SFR的值小于EPCnL、CCAPhL時，輸出為低；而當PCA CLSFR的值等于或大于EPCnL、CCAPnL時，輸出為高。當CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，EPCnH、CCAPnH的內(nèi)容將被裝載到EPCnL、CCAPnL中，這樣就可無干擾地更新PWM。使能PWM模式時，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。由于PWM是8位的，所以可用下式來計算PWM的信號頻率：

2 PWM調(diào)制原理
脈寬調(diào)制(Pulse WidthModulation，PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。脈沖寬度調(diào)制原理如圖1所示。

簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(0FF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(0FF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通，即直流供電被加到負載上時；斷，即供電被斷開時。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。
PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)／模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。只有噪聲在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?，或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。
PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點是對噪聲抵抗能力強，這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波，并將信號還原為模擬形式。
許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，STC12C2052內(nèi)含兩個PWM控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：
①設置提供調(diào)制方波的片上定時器／計數(shù)器的周期；
②在PWM控制寄存器中設置接通時間；
③設置PWM輸出的方向，這里是通用I／O引腳；
④啟動定時器；
⑤使能PWM控制器(雖然具體的PWM控制器在編程細節(jié)上會有所不同，但它們的基本思想是相同的)。