該數據采集與傳輸系統以89C51及89C2051為核心，由數據采集模塊、調制解調模塊、模擬信道、測試碼發生器、噪聲模擬器、結果顯示模塊等構成。在本方案中僅使用通用元器件就較好的實現了題目要求的各項指標。其中調制解調模塊、噪聲模擬器分別采用單片機和可編程邏輯器件實現。本數據采集與傳輸系統既可對8路數據進行輪檢，也可設置為對一路數據單獨監控。本系統硬件設計應用了EDA工具，軟件設計采用了模塊化的編程方法。傳輸碼元速率為16kHz～48kHz的二進制數據流。另外，還使用了 “1”：“01”、“0”：“10”的Manchester編碼方法使數據流的數據位減少，從而提高傳輸速率。

　　一、方案設計與論證

　　首先，我們分析一下信道與信噪比情況。本題中碼元傳輸速率為16k波特，而信號被限定在30k～50kHz的范圍內，屬于典型的窄帶高速率數字通信。而信噪比情況相對較好。這是因為信號帶寬僅為20kHz，而噪聲近似為0～43kHz（）的窄帶白噪聲，這樣即使在信號和噪聲幅度比值為1：1的情況下，帶內的噪聲功率仍然比較小，所以系統具有較高的信噪比。

　　方案一：

　　常用的數字調制系統有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有較強的抗干擾能力，但其要求的的帶寬最寬，頻帶利用率最低，所以首先排除。ASK理論上雖然可行，但在本題目中，由于一個碼元內只包括約兩個周期的載波，所以采用包絡檢波法難以解調，也不可行。另外，對于本題目，還可以考慮采用基帶編碼的方法進行傳輸，如HDB3碼，但這種編碼方法其抗干擾能力較差，因此也不太適合。

　　方案二：

　　PSK調制方式具有較強的抗干擾能力，同時其調制帶寬相對也比較窄，因此我們考慮采用這種調制方式。為了簡化系統，在實際實現時，我們采用了方波作為載波的PSK調制方式。當要求的數據傳輸速率較低（≤24kbps）時，對原始數據處理的方法如下：

　　“1”用“1010”（0相位兩個周期的方波）表示；

　　“0”用“0101”（π相位兩個周期的方波）表示。

　　上述調制方法能傳輸的最大碼元速率為24kbps，當要求的數據傳輸速率大于24kbps時，對原始數據處理的方法如下：

　　“1”用“10”（0相位一個周期的方波）表示；

　　“0”用“01”（π相位一個周期的方波）表示。

　　同時我們為了避免PSK調制方式復雜的載波提取電路的設計，在具體設計時采用了異步傳輸和軟件解調相結合的解調方法，即：首先利用異步傳輸的起始位，確定數據的初始相位，避免了PSK解調時相位的隨機性；然后利用簡單的軟件判決進行數據的解調。這樣做有以下優點：

　　1、只使用兩個電平，有足夠的定位信息，直流漂移較小。

　　2、信號頻譜的主要部分在30k～50kHz的通帶范圍內，利于傳輸。

　　3、實現方法簡單，避免了PSK解調時復雜的載波提取和位同步提取電路。

　　4、在數據速率較低時，系統具有一定的糾錯能力。例如當收到1110時可判為1（1010），當收到0111時可判為0（0101）。本系統通過軟件加入了自動糾錯，能糾正碼距為1的誤碼。

　　5、系統具有比較寬的數據傳輸范圍：16kbps～48kbps。雖然在高端和低端傳輸速率時，已調信號的帶寬已超出了信道的3dB帶寬的范圍，但由于已調信號的大部分能量仍然在信道的帶寬范圍之內，而信道噪聲又比較小，所以對于正確解調影響不大。

　　在具體實現上采用單片機完成調制與解調，通信采用單片機間的串行通信來完成。這樣做的好處是：

　　1、采用單片機串口通信，便于同步，定位方便。

　　2、單片機本身對于串行信號具有多次抽判的功能。

　　3、單片機可對接收到的1010四位序列進行軟件判決，提高系統的抗噪性能。

　　4、系統可升級性好，可以根據需要，進行糾錯編碼。當信道條件改變時也能較快適應。

　　系統原理框圖如下