ATmega103单片机在跳频系统数字信号处理中的应用

    关键词：单片机；跳频；SPI；数字信号处理；ATmega103

ＡＴｍｅｇａ１０３单片机是ＡＴＭＥＬ公司推出的精简指令集（ＲＩＳＣ）ＡＶＲ（ＡＤＶＡＮＣＥ ＲＩＳＣ）系列单片机产品，这是一种增强型ＲＩＳＣ结构，采用了ＣＭＯＳ技术的８位微控制器?该结构能有效支持高级语言以及密集度极大的汇编器代码程序。

跳频系统（ＦＨ）是指载波频率按某种跳频图案（跳频序列）在很宽的频带范围内跳变的通信系统，由于该系统具有抗干扰、抗多径和抗衰落性等能力，故在军用和民用领域都得到了广泛的应用。本系统方案中，信号处理模块主要完成跳频模式（ＦＨ）下有关数字信号的处理，包括话音编解码、话音组织及与同步有关的操作等，这些技术目前是跳频系统的关键技术之一。

本文介绍ＡＴｍｅｇａ１０３单片机的特点及其在ＦＨ系统数字信号处理模块中的使用方法，同时详细介绍ＳＰＩ(Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)的特点和应用。

１　ＡＴｍｅｇａ１０３单片机概述

ＡＴｍｅｇａ１０３是基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ结构的８－ｂｉｔ低功耗ＣＭＯＳ微处理器，它吸取了ＰＩＣ系列及８０５１系列单片机的优点，并作了重大改进，其特点如下：

●供电电压为２．７～６Ｖ，主频最高可达１２ＭＨｚ；

●具有１２０条指令，大多数指令执行时间为单个时钟周期；

●带有１２８ｋ字节片内可下载的Ｆｌａｓｈ存储器（ＳＰＩ串行下载１０００次寿命）和４ｋ字节的片内ＲＡＭ以及４ｋ字节的片内ＥＥＰＲＯＭ；

●有３２条可编程Ｉ／Ｏ线、８条输入线和８条输出线；

●具有３２个８位通用寄存器；

●内含２个８位定时器和１个１６位定时器；

●带有可编程串行ＵＡＲＴ＋ＳＰＩ接口；

●具有内部中断源和８个外部中断源；

●带有８通道１０位Ａ／Ｄ转换器、片内模拟比较器以及看门狗等电路；

●可在线编程。
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    ＡＴｍｅｇａ１０３因其上述特点使其成为一种适合于多功能、快速，且具有高度灵活性和高性价比的微控制器。

２　跳频信号处理对单片机的要求

跳频信号处理模块是ＦＨ电台的关键部分之一，主要用于完成电台的同步及有关数据处理组织等任务。单片机是该模块的核心，模块的许多功能都是在单片机的直接或间接参与下完成的。综合考虑，单片机在该模块中的作用大致如下：

（１）完成大量数据交换，因为电台在工作时需要接收或传送大量其它单片机以及模块内部的有关参数数据；

（２）完成快速实时处理功能，因为模块对许多信息要求立即处理，例如ＴＯＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｄａｙ）信息、话音数据、实时工作频率计算等。

（３）用于数据交换，包括单片机接口、ＴＯＤ、同步信息、控制状态参数数据接口等。

（４）完成大量运算。一般电台在ＦＨ工作方式时，每跳都需要计算ＴＯＤ、工作频率、接收或发送数据的重新组织。

（５）通过足够的Ｉ／Ｏ口来提供多种控制状态线，以供电台及模块内部使用。

（６）通过片内大量数据来存储区存取运算过程中产生的大量中间数据。

３　设计思路

根据电台ＦＨ信号处理模块对单片机的要求，如果选用８９Ｃ５Ｘ系列单片机，不但在实现功能上比较困难（如运算速度、Ｉ／Ｏ口数量等），而且所需的外围扩展电路也必须增加（如ＲＡＭ，通信口等）。而选用ＡＴｍｅｇａ１０３单片机则能