使用FPGA器件和無線收發(fā)模塊實現(xiàn)編解碼應用設(shè)計

前言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展 ,計算機應用的普及，計算機與計算機，計算機與數(shù)據(jù)終端，以及數(shù)據(jù)終端與數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信的應用也日益廣泛。從工業(yè)控制，軍事應用，到醫(yī)療儀器，家用電器，到處都涉及到數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。目前這些數(shù)據(jù)傳輸主要有無線和有線這兩種方式。有線方式由于它的傳統(tǒng)性而在現(xiàn)代的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域占據(jù)著主要地位。而無線方式的出現(xiàn)彌補了有線傳輸?shù)牟糠秩毕?，如線路的成本等。FPGA(FieldProgrammable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)是一種高密度的可編程邏輯器件，其編程靈活，可在系統(tǒng)編程中通過寫入不同的配置數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)不同的邏輯功能?；?FPGA設(shè)計的產(chǎn)品集成度高、體積小、功耗低、開發(fā)周期短，現(xiàn)在很多應用產(chǎn)品都是基于 FPGA的開發(fā)。對于應用系統(tǒng)而言，只要拿出 FPAG其中的一部分區(qū)域完成特定的專項工作，并不影響其他部分的工作，模塊之間具有相互獨立性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為接收和發(fā)射兩部分，使用非編碼的無線發(fā)射模塊和接收模塊進行無線數(shù)據(jù)的傳輸，發(fā)送和接收部分各自具有獨立的邏輯模塊進行編碼或解碼，可以和系統(tǒng)其他部分進行數(shù)據(jù)交互，如圖 1。

2.5數(shù)據(jù)接收過程

根據(jù)發(fā)送脈沖寬度，很容易判斷信號高低電平，接收采用檢測電平時間的方法來判斷0、1數(shù)據(jù)，過程如下：

①接收到輸入信號變化，重置計數(shù)器計數(shù)以判斷前導信號，這里時間判斷需要有個裕度，本來是 0.6ms的信號，判斷在 0.3ms—0.9ms是正確的，其他的丟棄處理，如果是有兩個以上的前導信號就進入引導信號的判斷；

②判斷引導信號是不是1.8ms，此處裕度判斷為1.5ms--2.1ms；如果此信號正確，進入數(shù)據(jù)接收，否則返回空閑態(tài)；

③數(shù)據(jù)接收：數(shù)據(jù)‘0’判斷 0.3ms—0.9ms是正確的，數(shù)據(jù)‘1’ 判斷 0.9ms—1.5ms 是正確的，并將判斷所得數(shù)據(jù)暫放臨時變量對應的位空間，過程中如果出現(xiàn)錯誤則作丟棄整個數(shù)據(jù)處理，返回空閑態(tài)；

④數(shù)據(jù)接收完成后，接收引導信號，該信號如果判斷為 1.8ms即以 1.5ms--2.1ms為準則，則完成數(shù)據(jù)的接收，將暫存數(shù)據(jù)輸出，否則，整個數(shù)據(jù)丟棄處理，返回空閑態(tài)。

3 實例仿真

非編碼無線模塊硬件連接只需要電源、地、信號（發(fā)射模塊對應輸出，接收模塊對應輸入）三根線的電氣連接，使用非常方便。其中要注意的問題就是電源的濾波，因為無線模塊極易受到干擾，也容易干擾外界，所以對模塊的供電要經(jīng)過一定的處理，一般的方法是通過LC網(wǎng)絡(luò)（電感電容網(wǎng)絡(luò)）對系統(tǒng)電源進行濾波后再對無線模塊供電。試驗表明濾波電路的有無對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂斜容^大的影響。

對 FPGA的程序可以使用 VHDL語言，Verilog語言，AHDL語言以及圖形等方法進行設(shè)計，而在用 VHDL語言的設(shè)計中，有限狀態(tài)機的使用使設(shè)計控制的靈活性和高速運算性能大大提高，而且程序的結(jié)構(gòu)清晰明了。

根據(jù)無線模塊的編碼原則與算法，使用 VHDL語言實現(xiàn)狀態(tài)機，完成無線發(fā)射模塊數(shù)據(jù)編碼發(fā)送的主體程序如下：

圖 3為數(shù)據(jù)編碼發(fā)送時序仿真圖形，所發(fā)送的數(shù)據(jù)為十六進制的 19H和99H。

根據(jù)無線模塊數(shù)據(jù)接收的解碼方法，使用 VHDL語言實現(xiàn)狀態(tài)機，完成無線接收模塊數(shù)據(jù)解碼的主體程序如下:

圖 4為數(shù)據(jù)接收解碼時序仿真圖形，接收數(shù)據(jù)為十六進制的 19H和99H。如果在接收數(shù)據(jù)人為加入干擾，這種方式可以有效地將干擾濾除。

4結(jié)論

實驗表明，數(shù)據(jù)可以通過無線模塊使用此編解碼方式進行正確傳輸，減少了零電平干擾的影響，而且，此種編解碼方法實現(xiàn)靈活簡單，占用資源少，具有獨立性，電路簡潔。設(shè)計是 8位數(shù)據(jù)的編碼發(fā)送與接收的系統(tǒng)模塊，也適合于單片機等 8位處理器接口，當然這種設(shè)計可以很方便的擴展為 16位或32位等，并增加校驗位，提高數(shù)據(jù)的吞吐速度以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕部梢栽黾拥刂返木幋a，實現(xiàn)單一的點對點通信。