原标题：USB自动莫尔斯键控器设计方案

基于PIC16F886 MCU实现USB自动莫尔斯键控器设计方案

1. 引言

莫尔斯电码在无线电通信中被广泛应用，特别是在业余无线电领域中仍具有重要地位。随着USB技术的普及，设计一款支持USB接口的自动莫尔斯键控器，可以显著提高通信效率，同时简化硬件设计。本设计基于Microchip公司的PIC16F886微控制器，结合USB接口和键控电路，详细介绍了系统的软硬件实现。

2. 主控芯片选择及其作用

主控芯片是整个系统的核心，负责读取用户输入、生成莫尔斯电码信号并控制输出。本设计选用Microchip公司的PIC16F886微控制器。以下是选择该芯片的主要原因及其在系统设计中的作用。

2.1 PIC16F886的主要特性
PIC16F886是一款低功耗、高性能的8位单片机，基于RISC架构，具有以下特性：

• 程序存储器：14 KB Flash存储，可满足自动莫尔斯键控器的代码需求。

• 数据存储器：368字节RAM和256字节EEPROM，可用于存储动态数据和用户配置。

• I/O端口：25个通用I/O引脚，满足键控输出、按键输入和指示灯驱动的需求。

• 通信接口：支持USART模块，可用于与USB-串口桥接芯片通信。

• 定时器：内置3个定时器，能够准确生成莫尔斯电码信号的时间间隔。

• 工作电压范围：2.0V至5.5V，适应各种供电需求。

2.2 PIC16F886在设计中的作用

1. 输入读取：通过GPIO引脚读取按键状态或外部输入信号，决定输出的莫尔斯电码内容。

2. USB通信：利用USART模块与USB桥接芯片通信，实现与PC的USB接口连接。

3. 莫尔斯电码生成：基于定时器中断和软件逻辑，生成不同长度的信号以匹配电码规则。

4. 信号输出：通过控制I/O引脚输出高低电平，驱动键控电路实现莫尔斯信号的物理输出。

5. 用户设置存储：利用EEPROM保存用户偏好设置，如发报速度和点划比例。

3. 硬件设计

本设计的硬件部分包括主控单元、USB接口、键控电路和供电模块。每个模块的设计细节如下。

3.1 主控单元
主控单元以PIC16F886为核心，外围包含复位电路和晶振电路。

1. 复位电路：使用10kΩ电阻和0.1µF电容构成RC复位电路，确保系统上电后稳定复位。

2. 晶振电路：采用20 MHz外部晶振，提供稳定时钟信号以支持高速操作。

3.2 USB接口电路
由于PIC16F886不直接支持USB协议，本设计采用CP2102作为USB-串口桥接芯片。CP2102与PIC16F886通过UART连接，实现PC与键控器的通信。

• CP2102的USB D+和D-引脚通过匹配电阻直接连接到USB接口。

• 使用3.3V稳压芯片为CP2102供电，确保兼容USB电压标准。

3.3 键控电路
键控电路负责将主控芯片输出的数字信号转换为适合无线电发射机的键控信号。

• 使用NPN三极管（如2N2222）作为开关器件，通过基极电阻连接到PIC16F886的输出引脚。

• 集电极连接到发射机的键控输入，发射信号时三极管导通。

• 加入一个防反向二极管以保护发射机输入端口。

3.4 供电模块
整个系统使用5V供电，可通过USB接口直接提供电源。

• 使用AMS1117稳压芯片提供3.3V供电，供给CP2102和部分逻辑电路。

• 在电源输入处增加电解电容和瓷片电容进行滤波。

4. 软件设计

软件设计采用C语言开发，基于MPLAB IDE和XC8编译器完成。主要包括初始化、USB通信、莫尔斯电码生成和键控信号输出四个模块。

4.1 初始化模块

• 配置时钟频率为20 MHz，确保芯片高效运行。

• 初始化GPIO、USART和定时器模块。

• 配置EEPROM，加载用户保存的设置。

4.2 USB通信模块
通过UART实现与CP2102的通信。UART配置为9600波特率，8位数据位，无校验位，1位停止位。PC端通过串口工具发送电码内容，主控芯片解析后生成对应信号。

4.3 莫尔斯电码生成模块
使用定时器中断生成点与划的时间间隔。

• 点的持续时间为基础单位T，划的持续时间为3T，间隔为T。

• 通过查表法，将输入字符转换为电码序列。

4.4 键控信号输出模块
根据电码生成模块的输出，控制GPIO引脚高低电平，驱动键控电路输出信号。

5. 系统测试与优化

5.1 测试环境

• 硬件连接PC，通过串口工具发送测试字符。

• 输出端连接示波器，观察生成的莫尔斯信号。

5.2 测试结果

• PC端发送字符“CQ”，示波器显示正确的莫尔斯编码“— · — · ··—·”。

• 测试不同发报速度下的信号稳定性，系统运行良好。

5.3 优化方向

• 增加自定义字符表，支持更多语言符号。

• 改善用户界面，使用液晶屏显示操作状态。

6. 总结

基于PIC16F886设计的USB自动莫尔斯键控器结构简单、功能实用。通过主控芯片生成准确的电码信号，并与PC通过USB接口通信，满足业余无线电通信的需求。未来可以进一步扩展功能，例如加入蓝牙模块实现无线控制，提升设备的便携性和易用性。