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单工无线线呼叫系系统作者：王王盛明、许许汉荆、刘刘方赛前辅导导及文稿稿整理辅辅导教师师：肖看看摘 要要本系统是是基于专专用DDDS芯片片AD998511和接收收芯片LLA18800的的具有88个从站站的点对对多点单单工无线线呼叫系系统。采采用频分分复用技技术实现现主站至至从站间间的语音音及英文文短信数数据传输输业务，主主站具有有拨号选选呼和群群呼功能能。由单单片机和和DDSS芯片结结合实现现语音信信号软件件FM调调制衣机机数据信信号的FFSK调调制；从从站使用用双频接接收机，提提取并恢恢复语音音与数据据信息。AbsttracctThe sysstemm iss baase on thee sppeciial DDSS chhip AD998511 annd recceivver chiip LLA18800.Witth tthe hellp oof DDSS, thhe ffreqquenncy staabillityy iss addvissablle. Thee raadioo iss frrequuenccy mmoduulatted whiile thee daata is freequeencyy shhiftt keeyinng. Thee syysteem uusess DDDS aand MCUU too moodullatee thhe ddifffereent sinngall.Thhe ssupeer hheteeroddynee reeceiiverr iss veery sennsittivee. TThe usiing of mulltipple senndinng iimprrovees tthe relliabbiliity of thee syysteem. Thee diispllay andd daata inpput wass fuulfiilleed bby tthe LCDD annd kkeybboarrd wwhicch iis cconttrollledd byy ATT89SS52, prroviidedd goood commmunnicaatioon bbetwweenn huumann annd tthe sysstemm. （一） 方案论证证与比较较1. 系统设计计要求分分析本题要求求设计并并制作一一个单工工无线呼呼叫系统统，实现现主站至至从站间间的单工工语音及及数据传传输业务务。发射射频率要要求在330MHHz440MHHz之间间，发送送功率不不大于220mWW，需要要在主站站与从站站间进行行间距不不小于55米的单单工通信信。在本本系统中中，需要要编码方方式具有有一定检检纠错能能力，而而又兼顾顾到效率率。在通通信量不不大，信信道较简简单的系系统中选选择奇偶偶校验和和多发的的措施可可以大大大提高通通信的可可靠性。2. 主要模块块设计与与论证(1) 语音和数数据业务务的载频频选择不同载频频（间隔隔比较近近的）实实现语音音与数据据信息的的分别传传输。此此方式语语音信号号和数据据信号相相互干扰扰小，可可靠性好好。考虑虑到天线线辐射效效率跟频频率的四四次方成成正比，所所以频率率高有利利于信号号的发送送，按题题目要求求选尽量量高的载载频：语语音传输输使用339.77MHzz（考虑虑到一定定的频带带宽度以以及给频频带边缘缘预留）；数据传传输使用用38.55的的载频（考考虑到接接收机的的中频是是4555kHzz（参见见LA118000收音芯芯片），错错开镜像像干扰与与组合干干扰，选选39.7MHHz4455kkHz××22240kkHz）。(2) 调制方式式方案选选择AM方式式频带利利用率高高，但可可靠性差差；FMM方式虽虽然频带带利用率率不高，但但可靠性性好，信信噪比大大；FSSK，AASK，PPSK，QQPSKK中，AASK抗抗噪性能能差，PPSK频频带利用用率不如如QPSSK高，FFSK频频带利用用率大，但但抗噪性性能好。由由于题目目不要求求频带利利用率，而而且300MHzz400MHzz这个频频段内适适合于FFM方式式，所以以我们语语音传输输选用FFM，数数据传输输使用FFSK方方式。方案一：变容管管直接调调频。此此方案系系统框图图如图11.1所所示。这这种方式式结构简简单，但但由于本本振属于于开环方方式，LLC回路路的Q值值较低，使使得频率率稳定度度不高。另另外，由由于变容容二极管管压控特特性的非非线性性性，调制制的非线线性失真真大。图1、调调制方法法方案一一示意图图方案二：PLLL（Phhasee Loockeed LLoopp）调频频方式。此此方式参参考频率率直接来来源于对对晶体振振荡器的的分频。因因此这种种方案的的频率稳稳定度高高，与晶晶体振荡荡器的稳稳定度相相同，可可达1006以上上，但是是这种方方式的电电路复杂杂，成本本高，调调试困难难，而且且相位噪噪声较大大。方案三：DDSS软件调调频方式式，如图图1.22所示。此此方式是是由DDDS产生生载频，单单片机语语音采样样，根据据采样结结果直接接对DDDS频率率实时控控制实现现调频。由由于DDDS产生生的频率率精度高高与晶体体振荡器器的稳定定度相同同，可达达106以上上，稳定定度也好好，而且且单片机机控制可可以随意意切换载载波频率率，频偏偏，调制制度等，实实现也简简单。图2、信信号调制制方式方方案四示示意图比较以上上三种方方案，方方案三明明显优于于其它方方案，较较易实现现，因此此我们采采用方案案三。选选用专用用DDSS芯片AAD98851，它它由一个个高速DDDS,一个高高速、高高性能110位DDAC 以及比比较器等等构成一一个完全全数字控控制可编编程频率率合成器器, 其其时钟输输入端内内置一个个6倍频频器,将将内部时时钟为参参考频率率源的66倍频，生生成的正正弦波经经滤波后后可直接接用作频频率源。由由单片机机实现对对频率控控制字的的控制可可以方便便实现输输出频率率的可调调，而且且相位连连续。(3) 解调模块块设计：采用专用用单片接接收芯片片。调频频信号接接收后进进行鉴频频，首先先需高频频放大，然然后混频频到中频频，后送送到鉴相相器进行行鉴频，最最后音频频放大输输出。这这些工作作都可以以由单片片集成芯芯片来完完成，只只需接天天线的选选频网络络和一些些耦合器器件就可可以直接接得到调调制信号号。从性能和和实现成成本上考考虑，选选用专用用芯片LLA18800，该该芯片灵灵敏度高高，功耗耗低，外外围电路路简单，它它输入灵灵敏度大大，可提提取到低低达166dB的输入入信号，当当输入880dBB时，解解调输出出电压可可达900mV。（二）理理论分析析、系统统实现方方框图与与主要特特色电路路的计算算(1) 系统整体体方案经过论证证，得出出系统的的基本硬硬件结构构：发射射机核心心部分采采用凌阳阳PSCC0611单片机机结合DDDS芯芯片ADD98551实现现软件调调频与软软件FSSK，再再加上后后级滤波波及放大大等电路路。系统统框图如如图1.3所示示。图3、发发射机系系统框图图接收机使使用两片片FM、AAM收音音机芯片片LA118000分别接接收语音音信号和和数据信信号。其其中一片片进行FFSK解解调，所所取信号号经过低低通滤波波器后再再进行门门限判别别，送入入单片机机，再根根据通信信双方的的协议直直接解码码基带信信号。接接收机系系统框图图如图11.4所所示。图4、接接收机系系统框图图(2) 系统主要要功能模模块设计计实现1) 发射机语语音信号号采集模模块设计计由于使用用DDSS软件调调频，所所以语音音信号需需通过AAD转换换送入单单片机。而而凌阳单单片机自自带MIIC输入入的ADDC通道道，所以以选择语语音信号号从此通通道输入入，再经经过自动动增益控控制和放放大后进进行ADD转换，实实现语音音数字的的采集，以以用于 DDSS软件调调频。电电路图图图2.11所示。图5、语语音信息息采集部部分电路路按题目要要求，需需要麦克克风输入入和线路路输入两两种方式式，用短短路片JJumpper用用于对线线路输入入的切换换。2) 发射机DDDS模模块电路路设计由于发射射机采用用DDSS软件调调频和软软件FSSK的方方法，所所以需要要专用的的DDSS芯片。选选用ADD98551。由由单片机机控制AAD 998511的频率率控制字字，为了了提高控控制速度度控制数数据传输输方式使使用并行行方式。AAD98851内内部含有有32位位相位全全加器，外外阶参考考频率源源为288.32217MMHz晶晶体振荡荡器，经经过内部部6倍频频后，理理论上频频率输出出范围约约为080MMHz。因因为参考考时钟源源为晶体体振荡器器，其频频率精度度很高, 所以以DDSS输出数数字化的的模拟正正弦波的的频率分分辨率高高且相位位连续，稳稳定度很很高。外外围电路路设计如如图2.3所示示。图6、AAD98851电电路图3) 发射机模模拟通道道设计(1) 低通滤波波器和放放大级设设计。由DDSS输出的的信号即即进入模模拟通道道。系统统要求的的频率在在40MMHz以以下，必必需对DDDS输输出信号号进行滤滤波。为为了使通通带内有有稳定的的响应，和和一定窄窄的过渡渡带，我我们采用用七阶无无源切比比雪夫滤滤低通波波器。使使用高速速运放OOPA6658对对 ADD98551的输输出信号号进行放放大。OOPA6658是是0.11dB增增益带宽宽积为1130MMHz的的单运放放，来自自AD998511的信号号经低通通滤波后后输出为为5500mV，根根据芯片片手册知知道，OOPA6658增增益定为为G=55时增益益带宽积积为3770MHHz，发发射信号号载波频频率都低低于400MHzz，一级级OPAA6588放大输输出即可可满足要要求信号号的放大大要求。滤波器及及放大器器模块电电路设计计如图22.4所所示。图7、低低通滤波波器和放放大级电电路图其中滤波波器经过过我们使使用软件件仿真，得得到如图图2.55图所示示的幅频频响应，通通带内接接近理想想低通的的幅频响响应，截截止频率率在455MHzz，过渡渡带8MMHz，带带外衰减减很快。可可以满足足要求。调整可变变电阻RR4,可可使放大大电路有有合适的的增益。增增益计算算为：(2) 功率放大大级电路路设计由于题目目要求不不大于220mWW的输出出功率，所所以我们们选择高高速缓冲冲运放HHA11110作作为输出出的功率率放大。HHA11110 的增益益带宽积积为7000MHHz，输输出摆幅幅为正负负4.55V，可可以满足足要求。(3) 天线设计计由于题目目要求发发射功率率小于220mWW，传送送的距离离尽可能能远，所所以我们们要尽量量提高天天线的发发射效率率，所以以使用中中部加载载天线可可以提高高效率（中中部加载载天线，这这种天线线尽管其其辐射电电阻仍较较低，但但沿着天天线的电电流分布布较均匀匀，辐射射效率较较高所以以被广泛泛使用）。   (4) 接收机部部分语音音接收解解调模块块设计语音信号号使用单单片收音音芯片LLA18800接接收解调调，然后后经TDD28222放大大推动耳耳机。电电路设计计如图22.7所所示。图8、LLA18800接接收电路路图1) FSK接接收解调调模块设设计FSK接接收解调调电路同同样使用用单片收收音芯片片LA118000,所不不同的是是，LAA18000解调调输出的的信号不不是送到到扬声器器，而是是进行门门限判别别，然后后送往单单片机解解码。门门限判别别部分电电路如图图2.88所示。图9、门门限判别别部分电电路2) 系统电源源设计为了降低低电源噪噪声，方方便移动动，在发发送和接接收端都都使用蓄蓄电池供供电。发发送端需需要供电电电压为为正负55V，需需要对蓄蓄电池的的电压进进行转换换。接收收端供电电需正55V、和和3.33V，单单片机使使用5VV，LA118000采用3.3V供供电。为为了方便便，使用用二极管管串联降降压的方方法。（三）系系统软件件设计及及流程主控单片片机采用用凌阳公公司的116位单单片机SSPECC0611，发送送方包括括程控DDDS实实现调频频和FSSK调制制，数据据信号的的编码；接收方方包括对对基带数数据信号号先进行行串并转转化，然然后对88位数据据进行奇奇偶校验验。整个个控制程程序皆由由C语言言编写。图10、发发射机软软件调频频流程图图主控单片片机主要要处理信信号的编编码、调调制工作作，对于于那些较较费机时时的人机机接口处处理，则则教由一一片511单片机机完成，专专门负责责LCDD显示控控制和键键盘响应应的ATT89SS52单单片机通通过异步步串行接接口与主主单片机机进行数数据和命命令的交交互，封封装了一一系列LLCD显显示控制制函数。从站也采采用凌阳阳单片机机，在软软件上实实现FSSK基带带信号恢恢复以及及通行协协议解析析。由于于实现中中采用的的波特率率较低，仅仅为5000Hzz ，凌凌阳单片片机时钟钟频率较较高，采采用一片片AT889C220511做为串串并转换换的接口口，在恢恢复过程程中实现现低速的的波特率率，同时时能处理理简单的的译码工工作，减减轻从机机主单片片机负担担。设计计的从机机状态流流图和通通信过程程如下图图3.44、图33.5所所示。图11、接接收机状状态流图图图12、接接收机软软件流程程图为克服信信道内引引入的干干扰，对对编码信信号进行行差分编编码，接接收方在在FSKK解调之之后，进进行判决决，可以以有效抑抑制信道道噪声，准准确提取取到有用用信号。仿仿效以太太网的措措施，信信道空闲闲时不停停的发送送0x555的AASICC码，接接收机判判断到接接收到的的是空闲闲符，则则丢弃不不显示；如果接接收到的的不是空空闲符，则则译码后后显示。（五）系系统性能能指标测测试1 测试所所用仪器器（1）数数字示波波器：TTekttronnix TDSS202222 测试环境境与时间间温度度：255摄氏度度时间间：9月月10日日3 测试结果果（1）主主站发射射机音频频信号发发射频率率：399.7MMHz（2）551欧假假负载上上电压有有效值:9500mV;发射峰峰值功率率：约118 mmW（3）主主站信号号波形失失真测试试（通过过20ddb衰减减器互连连）表格 1：从站站波形失失真测试试数据线路频率率（HZZ）从站频率率接收效果果300300无明显失失真310310无明显失失真500500无明显失失真750750无明显失失真1000010000无明显失失真2000020000无明显失失真3000030000无明显失失真3200032000无明显失失真3400034000无明显失失真以上数据据显示我我们已经经能够保保证波形形无明显显失真，主主要应该该是归功功于DDDS软件件调频的的良好线线性。（4）主主站话音音信号的的接收效效果测试试主叫方采采用话筒筒输入的的方式。从从叫方使使用耳机机收听。表格 2：从站站接收效效果测试试数据测试距离离（米）123456810接收效果果很好很好很好很好好好好好（5）英英文短信信功能测测试我们的英英文字符符含常用用数字，英英文字符符和部分分ASIIC码，通通过LCCD和键键盘可以以方便选选择所需需的符号号，下面面分别对对各种符符号进行行了测试试。表格 3:英文文短信功功能测试试结果主站发送送短信接收机显显示（55米）接收机显显示（88米）165449HEED2332SGG4165449HEED2332SGG4165449HEED2332SGG4ACNDD11002&&*+ACNDD11002&&*+ACNDD11002&&*+由测试数数据可以以知道，系系统实现现了主站站英文短短信的输输入发送送和从站站英文短短信的接接收显示示功能，并并且通信信距离超超过5米，由于于测试场场地的限限制，我我们不进进一步的的进行测测试。发射天线线采用自自制加载载天线，接接收天线线采用拉拉杆天线线，垂直直高度均均小于11米。（6）主主站拨号号选呼和和群呼测测试从站数量量扩展为为15个（实实际制作作了一个个从站），即即点对任任一点的的单工无无线呼叫叫系统。主主站和从从站各对对应1个4位的拨拨码开关关，主站站开关拨拨到对应应位即是是呼叫对对应从站站，从站站开关也也需拨到到相应位位置才可可以接收收到呼叫叫信息。表表格2为实际际测试结结果。表格 4：主站站拨号选选呼和群群呼测试试结果主站选择择的通路路12345678910111213141516从站响应应的通路路12345678910111213141516主站选择择的通路路1，3，65，7，22，4，8群呼从站响应应的通路路1，3，65，7，22，4，8群呼本系统实实现了从从站数量量扩展至至15个(实际制制作1个从站站)，构成成一点对对多点的的单工无无线呼叫叫系统。从从站号码码可任意意改变，主主站具有有拨号选选呼和群群呼功能能；4 误差分析析本设计的的误差来来源分为为：硬件件误差、测测试仪器器误差和和人为误误差。硬件误差差主要来来源于电电路中的的AD、DDA的量量化误差差，放大大器的误误差。测量仪器器误差示示波器本本身有系系统误差差又受到到温度、湿湿度、照照明、气气压和电电磁干扰扰等环境境因素的的影响，使使得其读读数和实实际值有有偏差，特特别是温温度影响响和电磁磁干扰。人为为误差是是由于观观测者受受到分辨辨能力的的限制，因因固有习习惯或疲疲劳粗心心等因素素引起的的误差。减小小误差可可以从改改变元件件电路，提提高仪器器精度，减减弱外界界干扰和和多次测测量取平平均值等等方面来来考虑。