基于單片機(jī)的激光通信儀畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?013屆）</b></p><p>　題 目基于單片機(jī)的激光通信儀</p><p>　學(xué) 院</p><p>　專 業(yè)光信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>　班 級(jí)<

2、/p><p>　學(xué) 號(hào)</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　完成日期2013年5月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　無(wú)線激光通信比起傳統(tǒng)無(wú)線電通信有許多優(yōu)勢(shì)，尤其是在高數(shù)據(jù)速率。隨著信息時(shí)代不斷發(fā)展，

3、只靠電信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足不了人類日益劇增的需求，而光通信更大程度上能實(shí)現(xiàn)要求，比如光纖到戶等等。本論文主要對(duì)單片機(jī)激光通信系統(tǒng)的原理，單片機(jī)的應(yīng)用等進(jìn)行了分析；對(duì)AD轉(zhuǎn)換，串口通信，激光收發(fā)器，LED燈送顯，硬件制作和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。</p><p>　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的證明，本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)的很合理、實(shí)時(shí)性很好，抗干擾的能力強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)誤差的顯示表明，本設(shè)計(jì)在進(jìn)行短距離的測(cè)量時(shí)誤差比

4、較小，所以可以應(yīng)用在簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送等方面。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PIC16F877A；激光；通信；LED顯示；AD轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wireless laser communication has many advantages over traditional radio

5、communication especially in high data rate.With the faster and fater development of the information age,the electrical pulse signal transmission data can not meet the demand of the growing surge of mankind.In greater deg

6、ree,optical communication can realize the requirements,such as fiber to the home,and so on.The laser transceiver,ADC,master synchronous serial port,LED data show the principle of wireless laser communication </p>

7、<p>　　The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified,the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satis- factory.Experiments show that this

8、 error display design in short distance measurement error is less,so it can be used in a simple data transter.</p><p>　　Keywords: PIC16F877A; Laser;Synchronous serial port; LED display；AD conversion</p>

9、;<p><b>　　1.緒 論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2 激光通信的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，與應(yīng)用1</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外激光通信的現(xiàn)狀2</p><p>　　2.激光通信系統(tǒng)分析3</p>

10、<p>　　2.1 激光通信系統(tǒng)原理3</p><p>　　2.1.1 激光傳輸3</p><p>　　2.1.2 激光器4</p><p>　　2.1.3 調(diào)制與解調(diào)器4</p><p>　　2.1.4光接收系統(tǒng)5</p><p>　　2.1.5 大氣傳輸技術(shù)5</p><p

11、>　　3.激光通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　3.1激光通信系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀6</p><p>　　3.2 控制方法的確定6</p><p>　　3.3 可靠性設(shè)計(jì)9</p><p>　　4. 激光通信控制電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1 芯片的選擇11</p>

12、<p>　　4.2主要控制電路設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.4激光接受與發(fā)射電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.激光通信系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.1編程語(yǔ)言的選擇15</p><p>　　5.2 主程序設(shè)計(jì)16</

13、p><p>　　5.3 數(shù)據(jù)采集和處理程序設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.結(jié)論和展望19</p><p>　　6.1 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性改進(jìn)19</p><p><b>　　6.2 結(jié)論19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p>

14、<p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　附 錄22</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采

15、用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O接口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一種，它具有如下的特點(diǎn)：（1）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比（2）集成度高，體積小，可靠性高（3）控制功能強(qiáng)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便（4）低電壓，低功耗。</p>

16、<p>　　激光通信是以激光為載體來(lái)傳遞信息的一種通信方式。目前，激光通信技術(shù)由于其單色性好，通信容量大，方向性好，難以竊聽(tīng)，成本低，安裝快等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界信息技術(shù)的一大熱點(diǎn)，因此其發(fā)展局勢(shì)與潛力已引起高度重視。</p><p>　　隨著信息時(shí)代地不斷發(fā)展，只靠電信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足不了人類日益劇增的需求 ，而光通信更大程度上能實(shí)現(xiàn)要求，比如光纖到戶等等?？赡茉趯?lái)，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)，更能將以更快

17、的速度傳輸信息。因此對(duì)激光通信研究頗有意義[4]。</p><p>　　1.2 激光通信的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，與應(yīng)用</p><p>　　激光是一種方向性極好的單色相干光。利用激光來(lái)有效地傳送信息，叫做激光通信。</p><p>　　激光通信系統(tǒng)組成設(shè)備包括發(fā)送和接收兩個(gè)部分。發(fā)送部分主要有激光器、光調(diào)制器和光學(xué)發(fā)射天線。接收部分主要包括光學(xué)接收天線、光學(xué)濾波器、光探測(cè)器。要

18、傳送的信息送到與激光器相連的光調(diào)制器中，光調(diào)制器將信息調(diào)制在激光上，通過(guò)光學(xué)發(fā)射天線發(fā)送出去。在接收端，光學(xué)接收天線將激光信號(hào)接收下來(lái)，送至光探測(cè)器，光探測(cè)器將激光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大、解調(diào)后變?yōu)樵瓉?lái)的信息。</p><p><b>　　激光通信優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1、通信容量大。在理論上，激光通信可同時(shí)傳送1000萬(wàn)路電視節(jié)目和100億路電話；&l

19、t;/p><p>　　2、保密性強(qiáng)。激光不僅方向性特強(qiáng)，而且可采用不可見(jiàn)光，因而不易被敵方所截獲，保密性能好；</p><p>　　3、結(jié)構(gòu)輕便，設(shè)備經(jīng)濟(jì)。由于激光束發(fā)散角小，方向性好，激光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為幾十厘米，重量不過(guò)幾公斤，而功能類似的微波天線，重量則以幾噸、十幾噸計(jì)。</p><p>　　激光通信的一些弱點(diǎn)是：</

20、p><p>　　1、大氣衰減嚴(yán)重。激光在傳播過(guò)程中，受大氣和氣候的影響比較嚴(yán)重，云霧、雨雪、塵埃等會(huì)妨礙光波傳播。這就嚴(yán)重地影響了通信的距離；</p><p>　　2、瞄準(zhǔn)困難。激光束有極高的方向性，這給發(fā)射和接收點(diǎn)之間的瞄準(zhǔn)帶來(lái)不少困難。為保證發(fā)射和接收點(diǎn)之間瞄準(zhǔn)，不僅對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出很高的要求，而且操作也復(fù)雜。</p><p>　　激光通信的應(yīng)用主要有以下幾

21、個(gè)方面：1、地面間短距離通信；2、短距離內(nèi)傳送傳真和電視；3、由于激光通信容量大，可作導(dǎo)彈靶場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和地面間的多路通信。4、通過(guò)衛(wèi)星全反射的全球通信和星際通信，以及水下潛艇間的通信[5]。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外激光通信的現(xiàn)狀</p><p>　　雖然大氣的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某種界限，但是目前已利用氣體激光器制造出能在良好氣候的晚上傳輸信息達(dá)幾十公里的設(shè)備

22、。美國(guó)建立了一條24 km的24路雙音頻激光電話線路，采用40 mW連續(xù)波He－Ne器件，磷酸二氫鉀晶體脈位調(diào)制，作用距離達(dá)5 km。前蘇聯(lián)建成的兩條試驗(yàn)線路，一條通信距離25 km，帶寬為100MHz，可同時(shí)進(jìn)行4路通路；另一路通信距離為11km，224路可同時(shí)通話。 </p><p>　　20世紀(jì)90年代后期研制的激光通信系統(tǒng)功能強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、自動(dòng)化程度高。如美國(guó)研制的激光通信系統(tǒng)，備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

23、（GPS）、電子指南針、傾斜校準(zhǔn)儀，可自動(dòng)高速掃描接收定位，把定位信號(hào)用光束傳給通信機(jī)，很快進(jìn)行通信。還可以實(shí)現(xiàn)激光通信與無(wú)線電通信互相轉(zhuǎn)換，即在大雨、大霧的天氣可用無(wú)線電通信，其它時(shí)間則用激光通信。美國(guó)研制的激光通信系統(tǒng)還采用銫原子線路濾波器，可將光譜帶寬限制在0．01nm（傳統(tǒng)濾波器3．5nm）,視野增大到60°（傳統(tǒng)的狹窄），功率僅為5 W，傳輸性能得到較大提高。美國(guó)航天局（NASA）正在研制800～850 nm半導(dǎo)體激

24、光器地面和空間之間的通信技術(shù)，在2002年進(jìn)行容量為2．5 Gbit／s的地面到衛(wèi)星的通信實(shí)驗(yàn)。由此可見(jiàn)，各國(guó)對(duì)激光大氣通信的研制工作不斷深入，大氣激光通信技術(shù)勢(shì)必將有較大的提高和發(fā)展，尤其是在電磁頻譜復(fù)雜、電子干擾日益嚴(yán)重的環(huán)境中，光通信顯得尤為重要。因此研究和發(fā)展激光通信，加大通信距離，實(shí)現(xiàn)全天候移動(dòng)通信，是電子對(duì)抗和通信對(duì)抗的需要，也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一。 激光大氣通信要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下幾個(gè)方面：</p

25、><p>　?。?）開(kāi)展大氣激光通信相關(guān)技術(shù)的研究；</p><p>　?。?）研制大功率、高靈敏度、遠(yuǎn)距離的激光通信系統(tǒng)；</p><p>　?。?）研制目標(biāo)成像定位跟蹤的移動(dòng)光通信系統(tǒng)；</p><p>　?。?）建立實(shí)現(xiàn)多中繼、多方向的面?zhèn)鬏斖ㄐ啪W(wǎng)；</p><p>　?。?）建立大氣－空間一體化的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。<

26、;/p><p>　　2.激光通信系統(tǒng)分析</p><p>　　激光通信系統(tǒng)極其復(fù)雜，加上設(shè)備等因素需要建立合理的理論模型。本課題在激光通信系統(tǒng)方面做了研究工作。</p><p>　　2.1 激光通信系統(tǒng)原理 </p><p>　　大氣激光通信技術(shù)即無(wú)纖光通信技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，其原理是載波光信號(hào)通過(guò)大氣作為傳輸信道完成點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)

27、的信息傳輸。該技術(shù)采用半導(dǎo)體激光器為光源，所構(gòu)成的通信系統(tǒng)為無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)，主要用于固定點(diǎn)使用，也可用作應(yīng)急搶通，其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域是在數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)及微微蜂窩網(wǎng)的入網(wǎng)應(yīng)急設(shè)備及不便敷設(shè)電纜及光纜的近距離場(chǎng)合。大氣激光通信設(shè)備具有無(wú)電磁干擾、組網(wǎng)機(jī)動(dòng)靈活、安裝維護(hù)方便、通信可靠性高、保密性好、性能價(jià)格比優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，可傳輸多種速率的數(shù)據(jù)、話音、圖像，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷完善和新器件的不斷出現(xiàn)，大氣激光通信技術(shù)已成為當(dāng)今

28、信息技術(shù)的一大熱門技術(shù)，其作用和地位已能和光纖通信、微波通信相提并論，是構(gòu)筑未來(lái)世界范圍通信網(wǎng)必不可少的一種技術(shù)[6]。</p><p>　　2.1.1 激光傳輸</p><p>　　大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺(tái)激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng)，它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號(hào)（聲音或數(shù)據(jù)），接收并解調(diào)來(lái)自對(duì)方的激光脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖1所示的是一臺(tái)激光通信機(jī)的原理框圖。由圖可見(jiàn)，本系

29、統(tǒng)可傳遞語(yǔ)音以及進(jìn)行計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號(hào)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路使激光器發(fā)光，這樣載有語(yǔ)音信號(hào)的激光通過(guò)光學(xué)天線發(fā)射出去。接收是另一端的激光通信機(jī)通過(guò)光學(xué)天線將收集到的光信號(hào)聚到光電探測(cè)器上，將這一光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將這一光信號(hào)放大，用閾值探測(cè)方法檢出有用信號(hào)，再經(jīng)過(guò)解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量，還原出語(yǔ)音信號(hào)，最后通過(guò)功放經(jīng)耳機(jī)接收，完成語(yǔ)音通信。當(dāng)開(kāi)關(guān)K擲向下時(shí)，可傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)間通信，這相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)[2]。

30、它由計(jì)算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成，其基本模式如圖1中相關(guān)部分所示。</p><p>　　接口電路的作用是將計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來(lái)，使之能同步、協(xié)調(diào)工作。調(diào)制器的作用是把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ瓮ㄐ攀辜す馄靼l(fā)光，其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下，盡量減少激光器發(fā)射總功率。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，它是把接收的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行反變換，恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)送到接口電路。同步系統(tǒng)是

31、數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，使收端和發(fā)端步調(diào)一致。</p><p><b>　　2.1.2 激光器</b></p><p>　　激光器用于產(chǎn)生激光信號(hào)，并形成光束射向空間。激光器的好壞直接影響通信質(zhì)量及通信距離，對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響很大，因而對(duì)它的選擇是非常重要的。建議采用大光腔GaAs－AlGaAs激光器。該激光器

32、具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗震動(dòng)、易調(diào)整、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.1.3 調(diào)制與解調(diào)器</p><p>　　調(diào)制就是把信號(hào)疊加到載波上。調(diào)制器是一種電光轉(zhuǎn)換器，它是輸出光束的某個(gè)參數(shù)（強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等）隨電信號(hào)變化，完成光的調(diào)制過(guò)程。調(diào)制方式有內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。把被信息信號(hào)調(diào)制了的電信號(hào)直接加到光源上（或電源）上，使光源發(fā)出隨信息信號(hào)變化的光信號(hào)稱為內(nèi)調(diào)制。把

33、調(diào)制元件（如光電晶體等）放到光源之外，使被信息信號(hào)調(diào)制了的電信號(hào)加到調(diào)制晶體上，當(dāng)光束通過(guò)晶體后，其光束中的某個(gè)參數(shù)（強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等）隨電信號(hào)變化而變化，從而成為載有信息的光信號(hào)稱為外調(diào)制。無(wú)論是外調(diào)制還是內(nèi)調(diào)制，每一種調(diào)制方法都有各種不同的調(diào)制形式，主要有脈沖調(diào)幅、脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)頻。此外直接調(diào)制還有脈碼調(diào)制，外調(diào)制中有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、脈碼調(diào)制、偏振調(diào)制等。</p><p>　　2.1.4光接收系

34、統(tǒng)</p><p>　　光接收是把從遠(yuǎn)處傳來(lái)的已被調(diào)制的光信號(hào)通過(guò)光學(xué)接收透鏡匯聚、濾波器濾波、光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程。接收方法有直接檢測(cè)接收和外差檢測(cè)接收。直接檢測(cè)接收是利用光學(xué)系統(tǒng)和光電探測(cè)器把光學(xué)信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過(guò)程，它是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的接收方式，如砷化鎵激光通信就是直接檢測(cè)接收，缺點(diǎn)是靈敏度低，信噪比小。外差檢測(cè)接收的原理與無(wú)線電波的外差檢測(cè)接收相似，如圖2所示。光學(xué)系統(tǒng)接收到頻率為fc的光信

35、號(hào)，經(jīng)濾波器和有選擇反射鏡到光混頻器的光敏面上，同時(shí)本振激光器所產(chǎn)生的頻率為f0的激光通過(guò)反射鏡也反射到混頻器的光敏面上。混頻器就是一個(gè)光電檢測(cè)器，它對(duì)兩束疊加的光波起檢測(cè)和混頻作用，輸出差頻fm＝f0－fc中頻信號(hào)，經(jīng)中心頻率為fm的帶通濾波器還原成電信號(hào)。這種接收方式靈敏度高，信噪比大，但設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)難度大。 光電檢測(cè)器（或光電探測(cè)器）也是激光通信的核心部件，用于光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換。目前常用的光電探測(cè)器有光電子發(fā)射型光電倍增管、光

36、生伏特型PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）等，它們可用于半導(dǎo)體激光通信、Nd：YAG激光通信和CO2激光通信等系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.5 大氣傳輸技術(shù) </p><p>　　激光在大氣中傳輸受氣候條件影響很大，即光在傳輸時(shí)強(qiáng)度衰減很快，這主要是由于大氣的氣體分子和大氣氣溶膠分子的“散射”“吸收”造成的。大氣中使光的性質(zhì)受到影響的主要因素是CO2、氧、煙、灰塵、水滴、冰片

37、等。在較低的大氣層中大部分水份以水滴、霧和水蒸氣的形式集合起來(lái)，占大氣體積的4％，同時(shí)光的傳播也受到天氣的影響，它使大氣能見(jiàn)度變差。 大氣對(duì)激光強(qiáng)度的衰減程度，據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳輸損耗對(duì)雨是3～8 dB／km，對(duì)霧是3～10 dB／km，對(duì)雪是3～20 dB／km。不同波長(zhǎng)的激光在大氣中的吸收衰減也不同。克服大氣對(duì)通信的影響是大氣激光通信研究的主要內(nèi)容之一[11]。下面列出一些減少激光在大氣中傳輸損失、增加通信距離的辦法和措施：</

38、p><p>　　（1）采用處于大氣窗口的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光器作為光源進(jìn)行通信； </p><p>　?。?）提高激光器的輸出功率； </p><p>　?。?）提高光電探測(cè)器的靈敏度，降低自身的噪聲，以求探測(cè)更微弱的信號(hào)； （4）研制能同沿幾個(gè)方向進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ叛b置； </p><p>　?。?）設(shè)立多個(gè)中繼站，在通信傳輸線路

39、中設(shè)立一個(gè)或多個(gè)中繼站，中繼站可將變?nèi)醯?lt;/p><p>　　3.激光通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1激光通信系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　3.1.1 調(diào)制方法研究</p><p>　　在國(guó)外, 美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家是較早進(jìn)行大氣激光通信研究的國(guó)家。美國(guó)宇航局(NASA)在LCoS(Laser Communie

40、ation Demonstration System)系統(tǒng)中,對(duì)信號(hào)光的調(diào)制方式曾經(jīng)有開(kāi)關(guān)鍵控(00K)調(diào)制與差分脈沖位置(DPPM)調(diào)制兩種選擇,OOK調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)激光器光源頻率的穩(wěn)定性要求不高, 但是缺點(diǎn)是接收機(jī)不可能達(dá)到量子極限,DPPM調(diào)制方式可達(dá)到量子極限, 但對(duì)激光器光源頻率的穩(wěn)定性要求嚴(yán)格,NASA最終選擇了OOK調(diào)制,而信標(biāo)光采用連續(xù)波(CW)調(diào)制方式。八十年代,美國(guó)海軍學(xué)院(u.s Navy Academy)研制出一

41、種用于海島與海岸之間進(jìn)行圖象和數(shù)據(jù)交換的大氣激光傳輸通信系統(tǒng),利用聲光調(diào)制和雪崩光電二極管接收,具有SMHz的帶寬,可以傳送25路數(shù)據(jù)和一路視頻信號(hào)。日本從80年代中期就開(kāi)始星間激光通信的研究工作,主要有郵政省的通信研究實(shí)驗(yàn)室(CRL)、高級(jí)長(zhǎng)途通信研究所(ATR)的光學(xué)及無(wú)線電研究室。CRL研制的ETS一Vl/LCE系統(tǒng)中,信號(hào)光采用曼徹斯特碼脈沖調(diào)制,信標(biāo)光用SKHz的信號(hào)進(jìn)行20%的幅度調(diào)制。ATR主要對(duì)光束控制、調(diào)制等關(guān)<

42、/p><p>　　隨著我國(guó)通信事業(yè)的迅速發(fā)展, 也對(duì)大氣激光通信提出了要求,從70年代起便開(kāi)始了大氣激光通信的研究。國(guó)內(nèi)成都光機(jī)所、上海光機(jī)所、桂林電子工業(yè)學(xué)院、成都電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京大學(xué)等科研單位對(duì)大氣激光通信的調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究較多。桂林電子工業(yè)學(xué)院通信工程系在2000年1月份的飛機(jī)與水下潛艇的光通信系統(tǒng)中應(yīng)用即M調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信, 并采用單片機(jī)完成編碼,其硬件實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單。華中科技大學(xué)提出了一套完整

43、的大氣激光通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案,調(diào)制技術(shù)采用的是1M/DD在光的調(diào)制之后與解調(diào)之前均增加SOA(半導(dǎo)體光放大器),可以把光放大至少10DB以上</p><p>　　從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出來(lái),應(yīng)用于深空星際間或水下激光通信中的PPM 調(diào)制技術(shù)己經(jīng)有了比較深入的研究,國(guó)外已經(jīng)將該技術(shù)應(yīng)用到了實(shí)際系統(tǒng)中,并取得了性能良好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),但是應(yīng)用于近地大氣激光通信系統(tǒng)中的PPM調(diào)制的研究卻較少,尤其在國(guó)內(nèi)只有較少的科研單位涉及

44、這一領(lǐng)域的研究。因此,應(yīng)用于近地大氣激光通信系統(tǒng)中的PPM調(diào)制及解調(diào)技術(shù)是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域[1]。</p><p>　　3.2 控制方法的確定</p><p>　　3.2.1 該領(lǐng)域現(xiàn)有的控制方法 </p><p>　　PPM調(diào)制方式具有編碼簡(jiǎn)單、能量傳輸效率高的優(yōu)點(diǎn)，是激光無(wú)線通信中常用的調(diào)制方式。常見(jiàn)的PPM調(diào)制器一般以單片機(jī)或CPLD/FPGA作為主控芯片，

45、通過(guò)對(duì)芯片編程，加上外圍輔助電路來(lái)完成PPM信號(hào)的編碼解碼，是對(duì)傳統(tǒng)以模擬和數(shù)字邏輯器件組成的純硬件電路的提高。以單片機(jī)為核心的電路，其辦法是生成攜帶數(shù)據(jù)信息的PWM信號(hào)，然后通過(guò)觸發(fā)整形電路轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的PP,M信號(hào)，它需要額外的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，且產(chǎn)生的PPM信號(hào)的脈沖寬度是固定的，不可由軟件設(shè)定。而以CPLD/FPGA為核心的電路，在抗干擾和成本等方面比不上基于單片機(jī)的電路。另外，這些電路中常常是把調(diào)制和解調(diào)分成兩個(gè)模塊，各用一個(gè)主控芯

46、片，而不是由一個(gè)芯片同時(shí)完成，這使得電路相對(duì)復(fù)雜，且成本提高，本文所述的PPM調(diào)制全雙工激光無(wú)線通信收發(fā)器就克服了以上的不足。</p><p>　　在室外無(wú)線空間環(huán)境下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短距離通信，兩點(diǎn)直線距離間無(wú)障礙，且要求通信具有一定的保密性，用激光作載體是一種不錯(cuò)的選擇。一般使用半導(dǎo)體激光器件產(chǎn)生激光，用激光收發(fā)器完成PPM信號(hào)的編碼解碼、發(fā)射與接收，并通過(guò)RS一232異步串行口與數(shù)據(jù)終端PC機(jī)相連。收

47、發(fā)器完成數(shù)據(jù)傳送的功能，實(shí)際上就是為兩個(gè)數(shù)據(jù)終端之間提供一條物理通道，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中的物理層，高層協(xié)議借助物理層來(lái)通信，但并不需要了解物理層的具體結(jié)構(gòu)。因此收發(fā)器設(shè)計(jì)成與數(shù)據(jù)終端相對(duì)獨(dú)立的模塊，它為兩個(gè)數(shù)據(jù)終端提供一條全雙工異步串行數(shù)據(jù)傳輸通道，數(shù)據(jù)傳輸率為9600 bps(可通過(guò)修改軟件改變)，該通道對(duì)數(shù)據(jù)終端是“透明的”，相當(dāng)于用一條串口線纜連接了兩個(gè)數(shù)據(jù)終端。PPM 采用斷續(xù)的周期性脈沖作為調(diào)制信號(hào) 調(diào)制信號(hào)受到信源二進(jìn)制符號(hào)的控

48、制 脈沖的時(shí)間位置，隨之發(fā)生變化而傳遞信息G 在數(shù)字PPM 通信中信源經(jīng)過(guò)編碼 首先要有一個(gè)同步信號(hào) 為接收端提供同步信息 稱之為同步頭G 數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制成PPM 信號(hào) 就可以通過(guò)信道發(fā)送 但又不可能無(wú)限制連續(xù)發(fā)送 所以我們將其分組 類似于其他通信方式中的打包 送完一組數(shù)據(jù) 接著發(fā)送結(jié)束符G 這</p><p>　　PIC單片機(jī)系列產(chǎn)品齊全，性能優(yōu)越，久經(jīng)市場(chǎng)考驗(yàn)，2003年出貨量冠全球之首，業(yè)界應(yīng)用非常廣泛，它被普

49、遍認(rèn)為是抗干擾性能最優(yōu)異的單片機(jī)之一。這里的PPM收發(fā)器對(duì)選用的單片機(jī)要求片上資源有兩路同步PWM以產(chǎn)生PPM信號(hào)，有一個(gè)USART與PC作異步串行通信，有一定的RAM資源用作發(fā)送、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時(shí)要求有足夠快的運(yùn)行速度以同時(shí)完成PPM信號(hào)的編碼解碼。PIC單片機(jī)是最好的選擇之一，其中檔系列中很多都滿足要求。由于PIC單片機(jī)只有一個(gè)中斷入口、沒(méi)有硬件優(yōu)先級(jí)；而對(duì)于到來(lái)的PPM脈沖必需作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并且每次響應(yīng)時(shí)間必需嚴(yán)格相同，否則可

50、能解碼出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，因此讓PPM脈沖事件獨(dú)占單片機(jī)的中斷資源，通過(guò)細(xì)致合理的程序設(shè)計(jì)很好地完成了預(yù)期的功能。PIC單片機(jī)軟件部分主要有3個(gè)模塊：串口通信模塊、PPM編碼模塊和PPM解碼模塊。</p><p>　　串口通信模塊完成與數(shù)據(jù)終端PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換。模塊中設(shè)置了發(fā)送和接收兩個(gè)環(huán)形隊(duì)列緩沖區(qū)，以使模塊有較好的性能。本模塊將PC傳來(lái)的待發(fā)送數(shù)據(jù)存入發(fā)送緩沖區(qū)，而把解碼后存在接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)回傳給PC。</

51、p><p>　　PPM信號(hào)編碼關(guān)鍵在于找出數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的PPM信號(hào)在一個(gè)PPM周期中的位置，也即在PPM周期開(kāi)始后，需要在什么時(shí)刻發(fā)送出一個(gè)PPM脈沖。根據(jù)協(xié)議，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系變得很簡(jiǎn)單。系統(tǒng)上電初始化后，PPM編碼模塊被啟動(dòng)并一直不間斷地生成PPM周期。當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)為空時(shí)，．不發(fā)送PPM脈沖(或者認(rèn)為是在發(fā)送空周期)，這時(shí)保持CCP模塊中的CCPRIL和CCPR2L清空即可。CCP模塊的時(shí)基timer2作了1：4預(yù)分頻

52、，周期寄存器PR2設(shè)置為最大值255，則PPM周期為256個(gè)時(shí)基計(jì)數(shù)單位，共有32個(gè)時(shí)隙寬度，每個(gè)時(shí)隙T=256／32=8個(gè)肘基計(jì)數(shù)單位。這意味著待發(fā)送的半字節(jié)數(shù)據(jù)Ⅳ只需左移3位(相當(dāng)于乘以8)就被轉(zhuǎn)化成了對(duì)應(yīng)的PWM脈沖寬度，無(wú)需作查表或者復(fù)雜的運(yùn)算。當(dāng)緩沖區(qū)中有待發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，取半字節(jié)數(shù)據(jù)Ⅳ，其PWM一1信號(hào)脈寬為Ⅳ7-，PWM一2信號(hào)脈寬為(Ⅳ7-+7-)，把Ⅳ左移3位(乘以8)送入CCPR2L，CCPR2L的值加上8后送入CCPRl

53、L。則在下一個(gè)PPM周期，生成相應(yīng)的PPM脈沖并被發(fā)送出去，每一個(gè)PPM周期CCPR2L和CCPRlL被加載一次。</p><p>　　PPM信號(hào)解碼相對(duì)復(fù)雜。解碼模塊不光要正確地從PPM信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)，而且要有足夠的容錯(cuò)能力以消除誤碼。解碼模塊用16位計(jì)數(shù)器timerl對(duì)PPM信號(hào)計(jì)數(shù)，在無(wú)數(shù)據(jù)傳送的空閑期間，timerl不動(dòng)作并被清零； PPM周期計(jì)數(shù)器PPMPrCt也被清零。一旦檢測(cè)到數(shù)據(jù)包的第一個(gè)脈沖，即

54、啟動(dòng)timerl開(kāi)始計(jì)數(shù)，為了保持同步信息，timerl將一直不停頓地計(jì)數(shù)直到數(shù)據(jù)包結(jié)束，然后被復(fù)位準(zhǔn)備下一次記錄。每個(gè)脈沖到來(lái)的時(shí)刻，觸發(fā)一次中斷并用PPM計(jì)數(shù)器PPMCt記錄下該時(shí)刻timerl的值；同時(shí)PPM周期計(jì)數(shù)器PPMPrCt加上一個(gè)周期的長(zhǎng)度(即PPMPrCt加上1024)。以同步開(kāi)始處為起始位置，那么對(duì)于每個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)的PPM計(jì)數(shù)器值PPMCt代表了該脈沖在整個(gè)數(shù)據(jù)包中的位置，對(duì)應(yīng)的周期計(jì)數(shù)器值PPMPrCt代表了該脈沖

55、所在周期的起始位置。二者相減，差值△就是該脈沖在對(duì)應(yīng)的PPM周期中的位置。根據(jù)△就可恢復(fù)出原始的4 bit數(shù)據(jù)信息[9]。</p><p>　　3.2.2 激光通信系統(tǒng)組成</p><p>　　激光通信系統(tǒng)由：激光發(fā)射與APD激光收發(fā)系統(tǒng)、廣角PIN激光接受系統(tǒng)，調(diào)制與解調(diào)，電磁兼容控制等部分組成[9]。激光通信的系統(tǒng)組成原理圖如下：</p><p>　　3.2.3

56、 本課題設(shè)計(jì)方法的提出 </p><p>　　以激光通信系統(tǒng)為理論背景，本文充分利用PIC外設(shè)資源，設(shè)計(jì)了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的激光串行通信：通過(guò)單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)激光信號(hào)的發(fā)送與接收。</p><p>　　單片機(jī)對(duì)按鍵信號(hào)的處理。</p><p>　　單片機(jī)通信協(xié)議的采用及編程。</p><p>　　激光收發(fā)模塊與單片機(jī)的連接。</p

57、><p>　　最終實(shí)現(xiàn)雙單片機(jī)通過(guò)激光實(shí)現(xiàn)通信。</p><p><b>　　3.3 可靠性設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾技術(shù)的應(yīng)用變得越來(lái)越重要。本設(shè)計(jì)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)探討一些提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的方法。 </p><p><

58、;b>　　一、供電系統(tǒng) </b></p><p>　　為防止從電源系統(tǒng)引入干擾，采取直流穩(wěn)壓電源保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過(guò)壓和欠壓。 </p><p>　　二、注意印刷電路板的布線與工藝 </p><p>　　印制電路板布置接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。 </p><p>　　印制電路板合理分區(qū)。模擬電路區(qū)

59、、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)盡量分開(kāi)，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。</p><p>　　元件面和焊接面采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平行以減少寄生耦合；避免相鄰導(dǎo)線平行段過(guò)長(zhǎng)，加大信號(hào)線間距。高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短，使用45 度或者圓弧折線布線，不要使用90 度折線，以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。 </p><p>　　印制電路板按單點(diǎn)接電、單點(diǎn)接地的原則送電。三個(gè)區(qū)域的電源線、

60、地線分三路引出。地線、電源線要盡量粗，噪聲元件與非噪聲元件盡量離遠(yuǎn)一些。時(shí)鐘振蕩電路部分用地線圈起來(lái)，讓周圍電場(chǎng)趨近于零。 </p><p>　　三、用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件。在石英晶體振蕩器下面加大接地的面積而不走其它信號(hào)線。 </p><p>　　四、驅(qū)動(dòng)器件、功率放大器件盡量靠近印制板的邊、靠近引出接插件。重要的信號(hào)線盡量短并要盡量粗，并在

61、兩側(cè)加上保護(hù)地。 </p><p>　　五、原則上每個(gè)IC元件要加一個(gè)去耦電容，布線時(shí)去耦電容盡量靠近電源腳和接地腳。去耦電容焊在印制電路板上時(shí)，引腳盡量短。 </p><p>　　六、閑置不用的IC管腳不要懸空以避免干擾引入。單片機(jī)不用的I/O口定義成輸出。 </p><p>　　七、提高元器件的可靠性 </p><p>　　選用質(zhì)量好的電

62、子元件并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、篩選和老化。設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。提高印制板和組裝的質(zhì)量。</p><p>　　4. 激光通信控制電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 芯片的選擇</b></p><p>　　由于激光通信系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間在戶外使用，要求單片機(jī)的性能不受天氣的影響，對(duì)單片機(jī)的穩(wěn)定性要求較高，激光對(duì)接等要求，因此采用廣泛應(yīng)用

63、于工業(yè)控制的pic系列單片機(jī)。此外考慮到激光通信系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同步串行的時(shí)鐘，因此對(duì)于AD轉(zhuǎn)換速度及精度要求較為苛刻，綜上所述采用PIC16F877A單片機(jī)作為控制芯片。</p><p>　　該單片機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：1、采用高性能的RISC精簡(jiǎn)指令集，只有35條常用匯編指令；2、待機(jī)電流很小，只有50nA，當(dāng)用4M晶振的時(shí)候，電流為200nA；3、帶有片上振蕩器的增強(qiáng)型低電流看門狗定時(shí)器（Watchdog Time

64、r，WDT），可軟件使能（在軟件選擇最大分頻比時(shí)，標(biāo)稱周期為268秒）；4、帶有10位分辨率和11個(gè)通道的A/D 轉(zhuǎn)換器。5、集成同步串行端口SSP的模塊。考慮到實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景，已經(jīng)該芯片的這些優(yōu)點(diǎn)，因此本文采用了該芯片。</p><p>　　PIC16F877A的最小系統(tǒng)電路如圖3所示：</p><p>　　圖4 PIC16F877A最小系統(tǒng)</p><p>

65、　　采用4M的晶振，晶振兩端分別接一22pf的電容，兩電容直接接地，然后分別接到PIC的13與14引腳。在正負(fù)電源直接一106的獨(dú)石電容，起到濾波，穩(wěn)壓的作用。采用5V直流給單片機(jī)供電，需要注意的是，要把單片機(jī)的兩個(gè)電源都供電，即11和32引腳接5V正，12和31引腳接5V的地。此外復(fù)位電路中，通過(guò)一個(gè)10K的電阻把1腳的電平拉高，再連接一個(gè)按鈕，按鈕的另一端接地，當(dāng)按下按鈕，低電平持續(xù)20ms就能起到復(fù)位的作用。完成上述操作后，單片機(jī)

66、才能正常工作[4]。</p><p>　　4.2主要控制電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　激光通信系統(tǒng)是一個(gè)典型的應(yīng)用型控制系統(tǒng)。它的工作原理是：首先，單片機(jī)的一個(gè)引腳收到模擬電壓，然后單片機(jī)開(kāi)始等待指令轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字電壓，并顯示在LED燈上，接著在通過(guò)同步串行通信把二進(jìn)制數(shù)值傳送給另一片單片機(jī)，并顯示結(jié)果。兩塊單片機(jī)之間數(shù)據(jù)線利用激光二極管，實(shí)現(xiàn)電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)光信號(hào)，再通過(guò)大氣信道，接

67、觸光電二極管，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，完成激光無(wú)線通信。</p><p>　　激光通信系統(tǒng)的組成框圖如圖5所示。該系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊、激光發(fā)射模塊、激光接收模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換和顯示模塊五個(gè)部分。</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) </p><p>　　PIC16F877A自帶10位的ADC模塊,ADC的任務(wù)就是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。通過(guò)

68、ADC從外部電阻器把模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，形成一次數(shù)據(jù)采集。而且設(shè)置RA0為模擬入口。如圖6所示：</p><p><b>　　圖6 采集電路</b></p><p>　　4.4激光接受與發(fā)射電路設(shè)計(jì)</p><p>　　采用激光二極管與在由集成電路構(gòu)成的收發(fā)電路中，我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中采用激光二極管，光電二極管，主要是考慮到系統(tǒng)的調(diào)試簡(jiǎn)單、成本

69、低、可靠性好。如圖9所示：</p><p>　　圖9.1 光電二極管 圖9.2 激光二極管</p><p><b>　　4.5顯示模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)顯示。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方，廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。如圖8

70、所示：</p><p><b>　　圖8 顯示電路</b></p><p>　　4.6 串行通信電路</p><p>　　PIC芯片上集成SPI同步串行模塊，SDI為數(shù)據(jù)輸入，SDO為數(shù)據(jù)輸出,SCK為同步時(shí)鐘,SS為從機(jī)選擇線。如圖9所示：</p><p>　　圖9 同步串行電路</p><p&

71、gt;　　4.7 控制電路實(shí)物</p><p>　　控制電路事物如圖10所示，左下角是電位器，采集模擬電壓數(shù)據(jù)；中間左右兩塊的是主要的控制芯片pic16f877a，所有邏輯的處理，以及AD轉(zhuǎn)換，串行通信都由該芯片來(lái)完成，是該電路中最重要的部件；當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完畢主機(jī)就把數(shù)據(jù)顯示在紅LED燈上，然后通過(guò)串行通信把數(shù)據(jù)傳送給從機(jī)，顯示在綠LED燈上。</p><p>　　圖10 控制電路實(shí)物圖&l

72、t;/p><p>　　5.激光通信系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1編程語(yǔ)言的選擇</p><p>　　采用匯編語(yǔ)言完成程序，匯編語(yǔ)言特有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是C語(yǔ)言做不到的。</p><p>　　1、因?yàn)橛脜R編語(yǔ)言設(shè)計(jì)的程序最終被轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令，故能夠保持機(jī)器語(yǔ)言的一致性，直接、簡(jiǎn)捷，并能象機(jī)器指令一樣訪問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲(chǔ)器、

73、CPU、I/O端口等。使用匯編語(yǔ)言，可以訪問(wèn)所有能夠被訪問(wèn)的軟、硬件資源。</p><p>　　2、目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用，以改善程序的執(zhí)行速度和效率，彌補(bǔ)高級(jí)語(yǔ)言在硬件控制方面的不足，應(yīng)用十分廣泛。</p><p>　　歷史上，匯編語(yǔ)言曾經(jīng)是非常流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。隨著軟件規(guī)模的增長(zhǎng)，以及隨之而來(lái)的對(duì)軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)度和效率的要求

74、，高級(jí)語(yǔ)言逐漸取代了匯編語(yǔ)言。但即便如此，高級(jí)語(yǔ)言也不可能完全替代匯編語(yǔ)言的作用。就拿Linux內(nèi)核來(lái)講，雖然絕大部分代碼是用C語(yǔ)言編寫的，但仍然不可避免地在某些關(guān)鍵地方使用了匯編代碼。由于這部分代碼與硬件的關(guān)系非常密切，即使是C語(yǔ)言也會(huì)顯得力不從心，而匯編語(yǔ)言則能夠很好揚(yáng)長(zhǎng)避短，最大限度地發(fā)揮硬件的性能。</p><p>　　首先，匯編語(yǔ)言的大部分語(yǔ)句直接對(duì)應(yīng)著機(jī)器指令，執(zhí)行速度快，效率高，代碼體積小，在那些存

75、儲(chǔ)器容量有限，但需要快速和實(shí)時(shí)響應(yīng)的場(chǎng)合比較有用，比如儀器儀表和工業(yè)控制設(shè)備中。</p><p>　　其次，在系統(tǒng)程序的核心部分，以及與系統(tǒng)硬件頻繁打交道的部分，可以使用匯編語(yǔ)言。比如操作系統(tǒng)的核心程序段、I/O接口電路的初始化程序、外部設(shè)備的低層驅(qū)動(dòng)程序，以及頻繁調(diào)用的子程序、動(dòng)態(tài)連接庫(kù)、某些高級(jí)繪圖程序、視頻游戲程序等等。</p><p>　　再次，匯編語(yǔ)言可以用于軟件的加密和解密、計(jì)

76、算機(jī)病毒的分析和防治，以及程序的調(diào)試和錯(cuò)誤分析等各個(gè)方面。</p><p>　　最后，通過(guò)學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言，能夠加深對(duì)計(jì)算機(jī)原理和操作系統(tǒng)等課程的理解。通過(guò)學(xué)習(xí)和使用匯編語(yǔ)言，能夠感知、體會(huì)和理解機(jī)器的邏輯功能，向上為理解各種軟件系統(tǒng)的原理，打下技術(shù)理論基礎(chǔ)；向下為掌握硬件系統(tǒng)的原理，打下實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)。</p><p><b>　　5.2 主程序設(shè)計(jì)</b></p&

77、gt;<p>　　程序的主控制流程如下圖11所示：</p><p>　　圖11 程序控制流程圖</p><p>　　程序的初始化主要分為三個(gè)部分：</p><p><b>　　I/O端口初始化</b></p><p>　　單片機(jī)的D口全部設(shè)置為輸出態(tài)，全部輸出低電。RA0為模擬通道入口，設(shè)置為輸入態(tài)，輸出

78、高電平。RC3，RC5主機(jī)位輸出態(tài)，輸出低電。RC3,RC5從機(jī)位輸入態(tài)，輸出高電。程序代碼如下所示：</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換器初始化</b></p><p>　　A通道全部設(shè)置為輸入態(tài)，寄存器ADCON1設(shè)置為b'00001110'，ADCON2為b'01000001',即AD轉(zhuǎn)換時(shí)采用左對(duì)齊的模式。RA0為模擬通道入

79、口。程序代碼如下所示：</p><p><b>　　延時(shí)函數(shù)初始化</b></p><p>　　本控制電路主機(jī)采用的是8M的晶振，從機(jī)采用4M的晶振，因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換需要同步時(shí)鐘，SPI也需要同步時(shí)鐘，兩者要一致，所以成2倍關(guān)系，通信與轉(zhuǎn)換同步完成。本人采用TMRO外部定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，延時(shí)函數(shù)如下所示：</p><p><b>　　同步串行

80、通信初始化</b></p><p>　　空閑時(shí)，時(shí)鐘停留在低電平，主機(jī)時(shí)鐘上升沿開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，從機(jī)上升沿開(kāi)始接受數(shù)據(jù)。SSPEN置1，允許串行端口工作，SS從動(dòng)選擇，置0。SSPM3~SSPM0設(shè)置為0001，SPI主控工作方式，程序如下所示：</p><p>　　5.3 數(shù)據(jù)采集和處理程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)寄存器的ADGO置為1的時(shí)候，AD轉(zhuǎn)

81、換開(kāi)始。Adresh用來(lái)存放AD轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值，送PORTD顯示。具體程序如下:</p><p><b>　　6.結(jié)論和展望</b></p><p>　　6.1 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性改進(jìn)</p><p>　　為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，激光一定要對(duì)準(zhǔn)，天氣也很有影響。本設(shè)計(jì)充分利用了PIC單片機(jī)的片上外設(shè)資源和高速特性，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)可全部由軟件設(shè)定、編解碼由一

82、塊單片機(jī)芯片同時(shí)完成的PPM調(diào)制全雙工激光無(wú)線通信收發(fā)器。經(jīng)測(cè)試，收發(fā)器本身有0.5％左右的誤碼率而在上層通信軟件中使用校驗(yàn)、糾錯(cuò)技術(shù)后，整個(gè)通信系統(tǒng)誤碼率已降至很低，具有可靠的通信質(zhì)量。收發(fā)器顯示出很高的性價(jià)比和良好的實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　6.2 結(jié)論</b></p><p>　　21世紀(jì)是高科技迅速發(fā)展的年代, 也是光電技術(shù)突飛猛進(jìn)的年代, 移動(dòng)

83、大氣激光通信技術(shù)勢(shì)必將有很大的提高和發(fā)展, 尤其是在電磁頻譜復(fù)雜、電子干擾日益強(qiáng)烈的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下, 移動(dòng)大氣激光通信顯得尤為重要。研究和發(fā)展大氣激光通信, 加大通信距離, 實(shí)現(xiàn)全天候移動(dòng)通信, 是電子對(duì)抗和通信對(duì)抗的需要, 也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一。而進(jìn)一步研究光信號(hào)的調(diào)制解調(diào)技術(shù), 將會(huì)對(duì)移動(dòng)大氣激光通信技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生很大的推動(dòng)作用。</p><p><b>　　致 謝</b></p&

84、gt;<p>　　大學(xué)本科的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束。在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過(guò)我的老師和關(guān)心過(guò)我的同學(xué)，他們?cè)谖页砷L(zhǎng)過(guò)程中給予了我很大的幫助。本文能夠順利完成，要特別感謝我的導(dǎo)師XX老師，感謝各位系的老師的關(guān)心和幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 常敏，王涵.范江波.單片機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[M]. 北京：電子工

85、業(yè)出版社,2009： 219-234.</p><p>　　[2] 馬正強(qiáng).Keil與proteus完美結(jié)合教程[D]. 四川：涼山機(jī)電學(xué)校.</p><p>　　[3] 龍之一.易幼慶.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：科學(xué)出版社.2004 </p><p>　　[4] 李學(xué)海.PIC單片機(jī)實(shí)用教程——基礎(chǔ)篇[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2002．</p

86、><p>　　[5] 李學(xué)海.PIC單片機(jī)實(shí)用教程——提高篇[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2002．</p><p>　　[6] 竇振中.汪立森．PIC系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2002．</p><p>　　[7] 高慧芳.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2010</p><p>　　[

87、8] 彭樹(shù)生.PIC單片機(jī)時(shí)間與系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[9] 李天松, 敖發(fā)良.“一種PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的即M 調(diào)制器”,桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),第2 2卷第3期2 00 2年6月</p><p>　　[10]Smither,M.A.,Pugh,D.R.and Woolard,L.M. “C.M.R.R.Analysis of the 3-Op-Amp

88、Instrumentation Amplifier” [D]. Electronics Letters,2 Feb.1989</p><p>　　[11]Sedra,A.S.andSmith,K.C.“MicroelectronicCircuits”[J].4thEdition.OxfordUniversity Press.1998</p><p><b>　　附 錄</

89、b></p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　主機(jī)：status equ 03h</p><p>　　sspstat equ 94h</p><p>　　sspcon equ 14h</p><p>　　sspbuf equ 13h</p><p&

90、gt;　　portd equ 08h</p><p>　　trisd equ 88h</p><p>　　tmr0 equ 01h</p><p>　　status equ 03h</p><p>　　portc equ 07h</p><p>　　adcon0 equ 1fh</p><p>

91、　　option_reg equ 81h</p><p>　　trisc equ 87h</p><p>　　adcon1 equ 9fh</p><p>　　intcon equ 0bh</p><p>　　pir1 equ 0ch</p><p>　　adresh equ 1eh </p><

92、p><b>　　org 0x000</b></p><p><b>　　nop</b></p><p>　　start: bsf status,5</p><p>　　movlw b'11010100'</p><p>　　movwf trisc</p><

93、p>　　clrf sspstat</p><p>　　clrf trisd</p><p><b>　　movlw 07h</b></p><p>　　movwf option_reg</p><p>　　movlw b'00001110'</p><p>　　movwf a

94、dcon1</p><p>　　bcf status,5</p><p>　　movlw b'00110010'</p><p>　　movwf sspcon</p><p>　　clrf portc </p><p>　　clrf portd</p><p>　　movlw b

95、'01000001'</p><p>　　movwf adcon0</p><p>　　main: btfss intcon,2</p><p><b>　　goto main</b></p><p>　　bcf intcon,2</p><p>　　bsf adcon0,2 &l

96、t;/p><p>　　wait: btfss pir1,6</p><p><b>　　goto wait</b></p><p>　　movf adresh,0</p><p>　　movwf portd</p><p>　　movwf sspbuf</p><p>　　lo

97、op2: btfss sspstat,0</p><p>　　goto loop2</p><p><b>　　goto main</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　從機(jī)：</b></p><p>　　sta

98、tus equ 03h</p><p>　　portc equ 07h</p><p>　　trisc equ 87h</p><p>　　portd equ 08h</p><p>　　trisd equ 88h</p><p>　　sspstat equ 94h</p><p>　　sspc

99、on equ 14h</p><p>　　pir1 equ 0ch</p><p>　　sspbuf equ 13h</p><p>　　trisa equ 85h</p><p>　　start: nop</p><p>　　clrf portc</p><p>　　bsf status,

100、5</p><p>　　movlw b'11011100'</p><p>　　movwf trisc</p><p>　　clrf trisd </p><p>　　bsf trisa,5</p><p>　　clrf sspstat</p><p>　　bcf status,

101、5 </p><p>　　movlw b'00110100'</p><p>　　movwf sspcon</p><p>　　clrf portd</p><p>　　loop0: btfss pir1,3</p><p>　　goto loop0</p><p>　　bcf