基于STM32的2FSK调制解调器源程序（标准库3.5）

一、系统概述

2FSK（二进制频移键控） 是一种常用的数字调制方式，通过两个不同频率的载波信号分别表示二进制“0”和“1”。本设计基于STM32F103C8T6（Cortex-M3，72MHz），实现2FSK调制（数字信号→两频率方波）与解调（方波→数字信号），核心包括：

• 调制：用定时器PWM生成f1（1kHz，对应“0”）和f2（2kHz，对应“1”）；
• 解调：通过外部中断+过零检测，根据信号频率恢复“0”/“1”；
• 应用：简单无线传输（如315MHz/433MHz模块）、低速数据通信。

二、硬件设计

2.1 核心组件

模块	型号/参数	功能说明
主控	STM32F103C8T6	2FSK调制（PWM生成）、解调（过零检测）
调制输出	PA0（TIM2_CH1，PWM）	输出2FSK方波（f1=1kHz，f2=2kHz）
解调输入	PA1（外部中断EXTI1）	接收2FSK方波，过零检测
调试接口	USART1（PA9-TX，PA10-RX）	打印解调结果（0/1）

2.2 硬件连接

模块	引脚（STM32F103C8T6）	说明
调制输出	PA0（TIM2_CH1）	2FSK方波输出（接解调输入）
解调输入	PA1（EXTI1）	2FSK方波输入（外部信号）
UART1	PA9（TX）→ USB-TTL RX	调试信息输出

三、软件设计（标准库3.5）

3.1 核心原理

• 调制：用TIM2_CH1生成PWM，通过改变ARR（自动重装载值）切换频率：

  • f1=1kHz：ARR1 = (72MHz / 1kHz) – 1 = 71999（预分频=0）；
  • f2=2kHz：ARR2 = (72MHz / 2kHz) – 1 = 35999。

• 解调：PA1配置为外部中断（下降沿触发），记录两次中断的时间间隔Δt，计算频率f=1/(2Δt)（方波周期=2Δt），若f≈1kHz判为“0”，f≈2kHz判为“1”。

3.2 源程序实现

3.2.1 头文件 2fsk_modem.h

#ifndef __2FSK_MODEM_H
#define __2FSK_MODEM_H

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"

// ==================== 宏定义 ====================
#define F1      1000    // 0对应频率1kHz
#define F2      2000    // 1对应频率2kHz
#define SYS_CLK 72000000 // 系统时钟72MHz
#define TIM_ARR1 (SYS_CLK/F1 - 1)  // 1kHz时ARR（预分频=0）
#define TIM_ARR2 (SYS_CLK/F2 - 1)  // 2kHz时ARR
#define THRESHOLD 500  // 过零检测时间阈值（μs，1.5kHz中间值）

// ==================== 函数声明 ====================
void RCC_Config(void);          // 时钟配置
void GPIO_Config(void);         // GPIO配置
void TIM2_PWM_Init(void);        // TIM2 PWM初始化（调制）
void EXTI1_Init(void);          // 外部中断1初始化（解调）
void FSK_Modulate(uint8_t bit);  // 2FSK调制（bit=0/1）
void FSK_Demodulate(void);      // 2FSK解调（主逻辑）
void USART1_Init(uint32_t baud);// USART1初始化（调试）

#endif

3.2.2 源文件 2fsk_modem.c

#include "2fsk_modem.h"

// 全局变量
volatile uint32_t last_time = 0;  // 上次过零时间（μs）
volatile uint8_t rx_bit = 0;      // 解调结果（0/1）
volatile uint8_t new_data = 0;    // 新数据标志

// ==================== 时钟配置 ====================
void RCC_Config(void) {
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
}

// ==================== GPIO配置 ====================
void GPIO_Config(void) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  // PA0（TIM2_CH1，调制输出）
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  // 复用推挽
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // PA1（EXTI1，解调输入）
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    // 上拉输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// ==================== TIM2 PWM初始化（调制） ====================
void TIM2_PWM_Init(void) {
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
  
  // 时基配置（初始频率1kHz）
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = TIM_ARR1;  // ARR=71999（1kHz）
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 0;       // 预分频0
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = 0;
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct);
  
  // PWM模式配置（CH1，PA0）
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = TIM_ARR1/2;  // 50%占空比
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);
  
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  // 使能TIM2
}

// ==================== 外部中断1初始化（解调） ====================
void EXTI1_Init(void) {
  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
  
  // 配置PA1为EXTI1
  GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource1);
  
  // EXTI1配置（下降沿触发）
  EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line1;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
  EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
  EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
  EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
  
  // NVIC配置（中断优先级）
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

// ==================== 2FSK调制（bit=0/1） ====================
void FSK_Modulate(uint8_t bit) {
  if (bit == 0) {
    TIM2->ARR = TIM_ARR1;  // 1kHz（0）
  } else {
    TIM2->ARR = TIM_ARR2;  // 2kHz（1）
  }
  TIM2->CCR1 = TIM2->ARR / 2;  // 50%占空比
}

// ==================== 外部中断1服务函数（过零检测） ====================
void EXTI1_IRQHandler(void) {
  if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET) {
    uint32_t current_time = TIM_GetCounter(TIM2);  // 用TIM2计数（需配置TIM2为时基）
    uint32_t delta_t = current_time - last_time;   // 时间差（μs，需校准）
    
    // 计算频率f=1/(2Δt)（方波周期=2Δt）
    if (delta_t > THRESHOLD*1.5) {  // 2kHz时Δt=250μs，1kHz时Δt=500μs
      rx_bit = 0;  // 低频（1kHz）→0
    } else {
      rx_bit = 1;  // 高频（2kHz）→1
    }
    new_data = 1;  // 置新数据标志
    
    last_time = current_time;
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
  }
}

// ==================== 2FSK解调主逻辑 ====================
void FSK_Demodulate(void) {
  if (new_data) {
    new_data = 0;
    USART1_SendByte(rx_bit + '0');  // 串口打印解调结果（0/1）
  }
}

// ==================== USART1初始化（调试） ====================
void USART1_Init(uint32_t baud) {
  USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  // PA9（TX）复用推挽
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // USART1配置
  USART_InitStruct.USART_BaudRate = baud;
  USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
  USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
  USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
  USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// ==================== 主函数 ====================
int main(void) {
  uint8_t test_data[] = {0, 1, 0, 1, 1, 0};  // 测试数据
  uint8_t i;
  
  RCC_Config();
  GPIO_Config();
  TIM2_PWM_Init();
  EXTI1_Init();
  USART1_Init(115200);
  delay_init();
  
  // 测试：调制+解调循环
  while (1) {
    for (i=0; i<sizeof(test_data); i++) {
      FSK_Modulate(test_data[i]);  // 调制发送0/1
      delay_ms(500);               // 每个符号持续500ms
      FSK_Demodulate();            // 解调（实际中调制和解调可分开）
    }
  }
}

参考代码 基于stm32的2FSK调制解调器源程序 www.youwenfan.com/contentcss/56456.html

四、关键函数说明

1. FSK_Modulate()：

   • 根据输入bit（0/1），设置TIM2的ARR为TIM_ARR1（1kHz）或TIM_ARR2（2kHz），生成对应频率的PWM方波。

2. EXTI1_IRQHandler()：

   • 外部中断下降沿触发（方波过零点），计算两次中断的时间差Δt，根据Δt判断频率：

     • Δt≈500μs（1kHz，周期1ms=2×500μs）→ 判为“0”；
     • Δt≈250μs（2kHz，周期0.5ms=2×250μs）→ 判为“1”。

3. FSK_Demodulate()：

   • 检测到新数据（new_data=1）时，通过串口打印解调结果（0/1）。

五、测试与优化

1. 硬件测试：

   • 用示波器观察PA0输出，确认0→1kHz方波、1→2kHz方波；
   • 用信号发生器输入1kHz/2kHz方波至PA1，观察串口输出是否为0/1。

2. 抗干扰优化：

   • 增加软件滤波：连续3次检测到相同频率才判为有效数据；
   • 调整阈值THRESHOLD：根据实测Δt微调（如1.5kHz对应Δt=333μs，取300~400μs为阈值）。

3. 性能提升：

   • 用定时器输入捕获替代外部中断，提高频率测量精度；
   • 增加曼彻斯特编码，增强抗干扰能力。

六、总结

本程序基于STM32F103实现了2FSK调制解调，核心是PWM频率切换（调制） 和过零检测（解调）。代码简洁，可直接用于低速无线传输（如配合315MHz模块），扩展后可实现多进制FSK（4FSK/8FSK）或QAM调制。