单工无线呼叫系统设计毕业论文.docx

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1、单工无线呼叫系统设计毕业论文 单工无线呼叫系统设计毕业论文 目录 摘要 . 错误！未定义书签。 1. 总体设计方案 (2) 1.1 设计思路 (2) 1.2 方案论证与比较 (2) 1.3 系统组成 (8) 2 单元硬件电路设计 (9) 2.1 发射部分电路的设计 (9) 2.1.1压控振荡器的设计 (9) 2.1.2 锁相环电路设计 (10) 2.1.3 功率放大电路设计 (11) 2.2 接收部分电路的设计 (12) 2.2.1 CXA1238S芯片 (12) 2.2.2 高放选频回路 (14) 2.2.3 本机振荡器 (15) 2.2.4 中频窄带滤波器 (15) 2.2.5音频功率放大

2、器 (16) 2.3 PT2262/2272编码/解码电路设计 (17) 2.3.1 PT2262/2272芯片介绍 (17) 2.3.2 PT2262/2272编码/解码电路 (18) 2.4 抗干扰措施 (19) 软件和硬件测试流程 3.1 软件设计和硬件设计的关系 (20) 3.2 发射部分程序设计 (20) 3.3 接收部分程序设计 (21) 4 系统测试 (22) 4.1 测试使用的仪器 (22) 4.2 指标测试和测试结果 (22) 4.2.1发射部分的指标测试和测试结果 (22) 4.3 波形观察及距离测量 (22) 4.4 结果分析 (23) 致谢 (23) 附录1 使用说明

3、(23) 附录2主要元器件清单 (24) 附录3电路原理图及印制板图 (25) 附录4部分程序清单 (33) 1. 总体设计方案 1.1 设计思路 题目要求设计一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。设计分发射和接收两大模块，方框图如图1.2.1所示。发射部分采用数字频率合成技术，由变容二极管和集成压控振荡器芯片实现振荡频率的电压控制及对载波的调频调制；加入由频率合成芯片、高速分频器、运算放大器和晶体振荡器等组成的数字锁相环路，使输出频率稳定度达到与参考晶振同等水平；收音电路以超大规模AM/FM立体声收音集成芯片为主体，用一个固定的电压值控制振荡器的振荡频率，使其接收频

4、率与发射频率对应。采用编码解码电路实现题目所要求的一点对多点、主站具有拨号选呼和群呼功能以及数据传输业务的功能；显示部分利用液晶显示模块，显示呼叫方式、业务类型以及英文短信内容。为了尽量增加传输距离和降低系统的波形失真，必须采取有效的措施。 图1.2.1 系统基本框图 1.2 方案论证与比较 1）调制体制的方案论证与选择 方案一：采用调频体制。它由三部分组成，即频率合成器、音频处理器和 FM波的缓冲放大器。频率合成器的作用是产生一个振荡频率稳定度极高的FM 信号，它是调制器的核心部件；音频处理器的作用是将各种各样的音频信号经过处理后，变成输出阻抗和电平基本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器

5、的变容二极管上；射频缓冲放大器起缓冲、放大、匹配和滤波的作用。 方案二：采用调幅体制。一般调幅发射机的组成框图如图1.2.2所示，其工作原理是：载波振荡器产生标准的载波信号，一路是线路输入和话筒输入的语音信号经语音放大后在AM调制器中进行幅度调制；另一路是呼叫信号或英文短信进入基带信号放大与整形电路后与载波信号进行幅度调制；调制后，功放级将调制后的信号的功率放大到所需发射的功率，再经天线发射出去。 图1.2.2 调幅发射组成框图 方案选择：本系统可以采取调幅体制或调频体制。调频系统与调幅系统相比，具有较强的抗干扰能力。本系统采用调频体制，数据收发也采用2FSK方案 （2）载波信号产生电路的设计

6、方案论证与选择 方案一：PLL频率合成。用MC145152和VCO电路进行频率合成，采用闭环控制。故存在反馈，能得到精度和稳定度很高的频率信号。 图1.2.频率合成原理框图 方案二：采用LC振荡电路。比如西勒振荡电路，具体电路图如图1.2.3所示。 该电路较易起振，输出振荡频率和振幅也较为稳定，波形好，调谐范围也比较宽。电路的振荡频率为，但其调试比较复杂。 Rb1 Rb2 Re RP1 C1 C2 C3 Cb 0.1uF 0.1uF C4 Q L 100H Vcc 图1.2.西勒振荡电路 方案选择：载波信号发生器是主机发射部分的重要组成部分，应能产生等幅高频正弦信号，其振荡频率应十分稳定。方案

7、二的电路比方案一的电路简单，但是其短期频率稳定度差；而采用频率合成法产生的高频振荡信号的频率稳定度接近晶振的频率稳定度；且失真度很小。故本设计采用方案一。 （3）接收模块的设计方案论证与选择 方案一：采用CXA1238作为接收机电路的核心IC。CXA1238是索尼公司在20世纪80年代后期正式推出的集调幅、调频、锁相环、立体声解码等电路为一体的AM/FM立体声收音集成电路。它的电源电压适应范围宽：210V范围内电路均能正常工作，且具有立体声和调谐指示LED驱动电路以及FM静噪功能等。 FM专业收音电路常采用大规模集成IC CXA1019、CXA1238等大规模集成芯片来实现。 方案二：采用CX

8、A1019作为接收机电路的核心IC。CXA1019是日本索尼公司研制的单片大规模接收机电路，它包含了AM/FM收音机从天线输入、高频放大、混频、本振到中频放大、检波直至低频（音频）功率放大的所有功能。除此之外，还具有调谐指示，电子音量控制等一些辅助功能。 方案选择：上述两种方案实现的功能基本相同，但CXA1238具有耗电小、调整简单等优点；且它的宽电压适应范围和立体声指示及静噪功能也是 CXA1019所力所不能及的。故选用方案一。因CXA1238内部带解调电路，可以对语音及数据调制后的信号进行解调。 （4）数据传输的设计方案论证与选择 单工无线呼叫系统要求一点对多点传送，且主站具有拨号和群呼功

9、能，同时增加英文短信的数据传输业务；从主站输入的英文短信经转换后形成连串的数字信号，这就需要把这数字信号调制发射出去，并且在接收端应把调制信号解调并加以识别显示出来；发射部分预置从站号码发送或群发，接收部分则只有相应的台号接收。 方案一：采用二进制振幅键控（ASK）调制与解调法。ASK有乘法器实现法和键控法两种实现方法，乘法器实现法的原理方框图如图1.2.6所示，其数字信号与载频为f c的余弦信号进行混频得到调制信号；振幅键控信号解调有两种方法，即同步解调法和包络解调法，同步解调方框原理如图1.2.7所示。图中u ASK(t)信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，相乘器进行频谱反相搬移，以

10、恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰，解调的相干载波用2cos2f c t。 图1.2.6 ASK调制器框图 图1.2.7 ASK同步解调方框图 方案二：采用微控制器和PT2262/2272组成的编码/解码电路。PT2262/2272是一对CMOS工艺制造的低功耗低价位带地址、数据编码/解码功能，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别和数据传输最常用的芯片之一。PT2262/2272发射接收电路原理框图分别如图 1.2.8和图 1.2.9所示。在发射端，微控制器对PT2262的地址位进行预置（即设定台号的代码），同时输入短信内容，通过微控制器进行短信编码后产生相应的数据去预置

11、PT2262的数据位后，再调制发射 出去；接收端，把接收到的信号进行解调放大后，送至PT2272，解码后在数据位产生对应的数据，通过微控制器进行短信解码后在液晶上显示所发送的短信内容。 图1.2.8 采用PT2262编码电路的发射原理框图 图1.2.9 采用2272解码电路的接收原理框图 方案选择：上述两种方案都可以发送并且接收数字信号，但它们的原理不同，方案一是采用数字调制，而本设计发射部分的主体是频率合成技术，数字调制则无法把数字信号调制发射出去；方案二采用常用的PT2262/2272编码/解码电路，可靠性高，且与系统兼容；综上所述，本设计采用方案二。 （5）自动控制模块的设计方案论证与选

12、择 单工无线呼叫系统的自动控制部分直接关系到系统“智能化”与“自动化”的实现，其控制方案的拟定，考虑了以下两个方面。发射和接收的控制方框图分别如图1.2.10和图1.2.11所示。 图1.2.10 发射部分控制方框图 图1.2.11 接收部分控制方框图 方案一：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心。由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合了EDA，可以达到很高的效率。系统的多个部件如频率测量电路，键盘控制电路，显示控制等都可以集成到一块芯片上，大大减小了系统的体积，并且提高了系统的稳定性。 方案二：基于单片机技术的控制方案。相对于FPGA的并行处

13、理方式，单片机是通过对程序语句的顺序执行来建立与外部设备的通信和完成其内部运算处理，从而实现对信号的采集、处理和输出控制。它最主要的特点是其串行处理特性。 方案选择：上述两种控制方式除了在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，在实现的效果以及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA将器件功能在一块芯片上，相对于单片机外围电路较少，集成度高。而单片机技术比较成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中，仅单片机的资源已经能满足设计的需求，而FPGA的高速处理的优势在这里 却得不到充分体现；因此本设计的控制方案模块拟选用上述基于单片机技术的方案二。单片机采用Atmel公司

14、生产的AT89S52，实现对收发模块的控制。 1.3 系统组成 系统主要分为发射和接收两大模块，经过方案比较与论证，发射和接收部分的组成框图分别如图1.2.15和图1.2.16所示。其中发射部分的集成电路MC1648、MC145152、MC12022、低通滤波器和晶振构成锁相环频率合成器、音频处理器、数据编码器、单片机进行数据处理、按键处理、LCD驱动。接收部分由收音模块、音频输出模块、数据接收模块以及控制模块四大部分组成，单片机起控制作用。由于电路中既有数字电路又有高频电路，需将高频地和数字地分开以及高频电路用金属屏蔽隔离，以减小交叉调制等干扰。 图1.2.15 发射部分组成框图 图1.2.

15、16 接收部分组成框图 2 单元硬件电路设计 2.1 发射部分电路的设计 2.1.1压控振荡器的设计 压控振荡器主要由压控振荡器芯片MC1648、变容二极管V149以及LC 谐振回路构成。MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路。为达到最佳工作性能，在工作频率时要求并联谐振回路的Q L 100。电源采用+5V 的电压，一对串联变容二极管背靠背与该谐振回路相连，调整加在变容二极管上的电压大小，使振荡器的输出频率稳定在35MHz 。图2.1.1为压控振荡器电路图。 VD2VD1VCC 1NC 2OUT 3NC 4AGC 5NC 6GND 7GND 8NC 9 BIAS 10 NC 1

16、1 TANK 12 NC 13 VCC 14MC1648U2 104 C17 L 103 C21 104 C26VCO 5V 104C14104C1512V 10K R1 50K R8 音频输入 图2.1.1 压控振荡器电路图 压控振荡电路由芯片内部的VT8、VT5、VT4、VT1、VT7和VT6，10脚和12脚外接LC 谐振回路（含V149）组成正反馈（反相720）的正弦振荡电路。 VCO 的芯片管脚3为缓冲输出，一路供前置分频器MC12022，一路供放大后输出。该芯片的5脚是自动增益控制电路（AGC ）的反馈端。将功率放大器输出的电压V out1通过一反馈电路接到该脚，可以在输出频率不同的

17、情况下自动调整输出电压的幅值并使其稳定，由于本设计的频率固定在35MHz ，且其反馈幅度 不大，因此5脚直接接地。 2.1.2 锁相环电路设计 压控振荡器的输出频率受自身参数、控制电压的稳定性、温度、外界电磁干扰等因素的影响，往往是不稳定的。因此可以加入自动相位控制环节，即锁相环，来稳定发射频率。发射频率经反馈，与晶振产生的标准信号做比较，在锁相环的跟踪下，发射频率始终向标准信号逼近，最终被锁定在标准频率上，达到与参考晶振同样的稳定度。锁相环电路MC145152是大规模集成锁相环，集鉴相器、可编程分频器、参考分频器于一体，分频器的分频系数可由并行输入的数据控制，其内部框图如图2.1.5所示。

18、图2.1.5 MC145152内部框图 （1）参考分频 参考晶振从OSC in、OSC out接入，芯片内部的R参考分频器提供8种不同的分频系数，对参考信号进行分频。R值由R A0，R A1，R A2设定，如表2.1.1所示。本设计中，参考晶振为10.24MHz，所以取R A0R A1R A2101时，即R1024，对晶振频率进行1024分频。 表2.1.1 MC145152参考分频器分频系数选择表 R A20 0 0 0 1 1 1 1 R A10 0 1 1 0 0 1 1 R A00 1 0 1 0 1 0 1 R 8 64 128 256 512 1024 1160 2048 （2）可

19、编程分频 由于发射部分的频率高达35MHz，MC145152的电路无法对其直接分频， 必须先用ECL电路的高速分频器进行预分频，把频率降低，然后由MC145152继续分频，得到一个参考频率相等的频率，并进行鉴相。为使分频系数连续可调，可编程分频电路采用的是吞咽脉冲计数法，它由ECL（非饱和型逻辑电路）的高速分频器MC12022及MC145152内部的A减法计数器，N减法计数器构成。如图2.1.6所示。 单 片 机 图2.1.6 吞咽脉冲计数器原理图 MC12022有64和65两种分频系数。M为其控制端（从MC145152的9脚输出，输入MC12022的6脚）。M为高电平时，MC12022以P1

20、65为分频系数，M为低电平时则以P64为分频系数。N 和A是可预置数的减法计数器，由并行输入口分别预置6位的A值和10位的N值。PD为数字鉴相器。f o 为压控振荡的输出频率（即发射频率）。 因此给MC145152的N9N0和A5A0口预置相应的数值，这就实现了对发射频率的控制。 （3）鉴相 模拟鉴相器对输入其中的两个信号进行相位比较，一个是由稳定度很高的标准晶振经过分频得到的，另一个是由压控振输出频率经分频反馈回来的，这两个信号通过鉴相器，也就是经过一个模拟乘法器后得到一个相位误差信号。 再经过一个低通滤波器，取出其中的误差信号，滤去其高频成分，将其直流成分用来调整压控振的输出频率。 本设计采用的鉴相器集成在MC145152中，它是一种新型数字式鉴频/鉴相集成电路，具有鉴频和鉴相功能，不需要辅助捕捉电路就能实现宽带捕捉和保持。 2.1.3 功率放大电路设计 电路如图2.1.7所示。功放管为9018，采用感性负载，输出幅度较大。丙类