基于FM的双音频通信方案介绍

摘要：阐述双音频通信的基本工作原理；结合FM有线/无线遥控广播系统中的具体应用，介绍一种适合单片机系统的双音频通信方案，设计具体的硬件接口电路，说明其工作原理；给出应用于双音频的程序流程及在工作中应注意的一些问题。

引言

在许多单片机应用系统中，常常利用电信号与非电信号，来传送控制信号和数据信息，以实现遥控或遥测的功能，例如光信号、超声波信号、电脉冲信号等。而本FM有线/无线遥控广播系统中，是使用双音频电信号发送接收挖出，实现对FM有线/无线广播的远程控制管理。这种双音频通信具有控制简单，实施方便，传输可靠，而且造价低廉的特点，也是一种较为常用的通信方式。实现单片机系统双音频通信的关键在于双音频接收电路设计和应用，以及检测程序的设计。

1 遥控广播系统的基本原理

基本原理如图1所示。

遥控广播系统的通信是电话拨号收发的一种双音频通信方式，是一项可靠、成熟的通信技术。它取代了传统的电话拨号脉冲通信方式，成为现代电话通信拨号的主要通信方式。它对传输电路的要求低，传送的距离远，而且具有通用多种型号的双音频元器件以备选用，通过普通的电话就可以获得发送信号和编码。再经过FM捷变频立体声调频调制器的调制，采用立体声的两个声道，左声道输入广播音频信号，右声道输入用于控制双音频信号，以避免控制信号干扰广播音频信号。FM调制信号可经过有线电视网络，或者经过发射到空间的电磁波传送到收发端的接收机。接收机天线接收到射频信号后，检波获得立体声两个通道的音频信号。从立体声输出的左声广播音频信号经功放放大输出；而右声道的双音频控制信号经双音频解码电路解码，获得二进制代码送到OTP单片机端口。根据设置在接收机内单片机的机号编码开启和关闭接收机功放部分的电源，实现远程控制FM接收机的各个广播点目的。

2 遥控广播系统发送接收器的硬件电路设计

2.1 遥控广播系统发送器

其发送器可以自行设计，也可以采用一台质量较好，带有拨号数字显示和存储电话号码功能的电话机改装。如图2所示，是遥控广播系统发送器。按图连接上+48V电源，选择调整R1的电阻值，使A点电压在电话拿线的情况下为6～12V，再加上一台FM捷变频立体声调频制器和广播音源。

遥控广播系统发送器的操作可以像打电话一样用按键的方法，或用存入存储器，或重拨等方式输出被遥控的广播点密码，并经过FM捷变频立体声调频调制器的调制输出。

2.2 遥控广播系统接收器

其接收器工作原理是，当广播音频和遥控信号从FM调制器，通过空间（无线）或者射频电缆（有线）传送到FM接收机后，从左右声道分别输出广播音频和控制双音频代码信号。双音频代码信号经CD22204双音频解码器输出二进制代码代码给AT89C2051单片机的P1输入口，检测密码并执行开启或关闭功放的控制动作。CD22204是美国无线电公司（RCA）的产品，内部工作原理如图3所示。它对标准的双音频编码信号具有检测和输出的能力。其工作原理是，当模拟信号加到输入端，首先抑制50Hz干扰，再进行前置放大，高频滤波电路对高频点火花有较好的滤波作用，经过过零检测、带通滤波、鉴幅电路、时间电路处理后，0～9、*、#等每一个键按下，DV就有一个正脉冲输出。D1、D2、D4、D8输出端上的解码输出，EN允许端输入高电平时，才有D1、D2、D4、D8的输出。CD22204输出二进制代码是正逻辑，如图4中接收及CPU原理图所示。

D1、D2、D4、D8输出数据信号经过BG1、BG2、BG3、BG4组成的反相器反相后输入到AT89C 2051的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口。设计液晶显示屏便于观察通信和检测情况，个位显示代码总位数5，千位显示动态被检测的位数5～1，十位显示动态的本机密码0～9，百位显示动态代码0～9。当输入五位代码与本机五位密码相等，并收到开关信号（0—开，#—关），功放开关才动作。若密码不对或不按开或关按键，无动作。

    在使用系统时，应将代码预先存入存号存储器或用重拨键，一次输出代码，以便快速准确地输入代码。当MCU检测输入代码等于本机密码和开（*）或关（#）时，将从P3.5口输出高电平，使BG6导通继电器吸合打开功放电源，或输出低电平使BG6载上关断功放电源，以达到点对点，或点对多点的控制。    3.2 程序软件设计

3 遥控广播系统接收器的软件设计

3.1 RAM分配

10H 个位显示寄存器，显示密码位数5。

11H 十位显示寄存器，显示动态密码数0～9。

12H 百位显示寄存器，显示动态输入代码数0～9。

13H 千位显示寄存器，显示动态密码位数5～1。

17H 1ms延时初值寄存器。

30H 个位密码数，本机为1。

31H 十位密码数，本机为2。

32H 百位密码数，本机为3。

33H 千位密码数，本机为4。

34H 万位密码数，本机为5。

 

软件由主程序、密码校对子程序、液晶显示器子程序、T0定时中断、10ms延时子程序组成。T0中断是为液晶提供250Hz方波驱动信号而设置的，目的是使液晶笔划不会烧死。10ms延时是稳定显示而设置的。液晶显示软件设计是从个位逐位将字型送入液晶屏。密码校对子程序中，从P1.4～P1.7读入负逻辑二进制代码，需反相恢复正逻辑。在主程序中设置了大循环和小循环，目的是循环完成以后重新装一次设定值，以保持有异常输入，延迟一定时间恢复正常工作。密码校对子程序也可以采用中断方式设计。



4 总结

设计和制造的样机使用以来，性能稳定、工作可靠、运转正常，基本没有发现控制错误。这种控制方案还可以推广到闭路电视管理系统，不过接收装置要专门设置。可以采用一个接收机控制多个用户方法，以降低成本费用。可以用于摄像头云台的控制方案，降低监控系统的造价。进一步地完善和提高系统的设计并在大量的使用中发现问题，解决问题提高系统的水平和质量。本方法属于单向通信方式，还存在一些不足。