第２９卷第ｌｏ期Ｖ０１．２９Ｎｏ．１２企业技术开发ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ２０１０年６月Ｊｕｎｅ．２０１０无线数据与语音传输系统黄艳刚。刘娇，刘拓（中国地质大学机械与电子信息学院，湖北武汉４３００７４）摘要：本设计以单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１６９、锁相环及ＭＣ３３６２为核心，实现无线数据和语音传榆。系统的发射模块以ＭＣｌ４５１５２构成的锁相环为核心，产生３０ＭＨｚ稳定载波，单片机产生数字信号经过ＦＳＫ调制经功率放大后发射；接收模块以ＭＣ３３６２为主电路，外加比较器和单片机实现对信号的接收和解码及显示。关键词：ＭＳＰ４３０Ｆ１６９：锁相环；ＭＣ３３６２；无线数据传输；ＦＳＫ调制中图分类号：＂ＩＮ９１９．７２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—８９３７（２０１０）１２—００７５—０２本系统是以ＭＳＰ４３０单片机的无线数据与语音传输系统。发射与接收均采用美国ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的集成芯路整形成标准的方波信号，不需外接整形电路，原理框图如图２所示。片，经编码与调制后采用数字通信方式。系统中采用锁相环技术，可以保证通信中的有效性。１系统方案设计１．１调制方式本系统采用ＦＳＫ调制方式。ＦＳＫ利用载频频率的变化来传递数字信息，两个不同频率Ｆｌ和Ｆ２的振荡源来代表信号１和０，去控制两个独立的振荡源交替输出。ＦＳＫ调制实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。１．２接收方案ＭＣ３３６２是低功耗双变频ＦＭ接收芯片，芯片内部集成有振荡器、混频器、正交检波器、表头驱动电路、载波检图ｉ发射部分原理框图●ｆ伊Ｉ｝—叫雌＂机｝—Ｈ—一ｋ—＿１竺！竺苎图２接收部分原理框图测电路以及第一、第二本地振荡器缓冲输出和一个用于ＦｓＫ检波的比较器电路。ＭＣ３３６２最大的好处就是采用了２．２主要电路模块的设计两级混频，比起单级混频来，电路具有了更好的镜像抑制比。ＭＣ３３６２满足接收数据的要求，且有专门的ＦｓＫ检波①锁相环频率合成。锁相环路的被控对象是相位，在反馈控制器中对振荡相位进行比较，利用输出误差对被控对象ＶＣＯ的输出相位进行调整。以Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的的比较电路，所以解调方便。１．３本振电路方案在本振电路中，常用的是直接数字频率合成器ＤＤＳ、ＬＣ振荡或晶体振荡器、锁相环频率合成方式。相比较而言，ＤＤＳ中高通滤波器难以实现，且ＬＣ振荡的稳定度较ＭＣｌ４５１５２实现鉴相功能，参考分频系数设置为ｌ０２４，可编程分频系数设置为６４。以０Ｐ３７实现的环路滤波器参数的确定是本滤波器设计的核心问题。为了获得较大的频率范围，当ＶＣＯ的电压接近或超过Ｖｐ，这时利用有源滤波器可以在一定程度上降低衰减，并且采用负反馈，使得滤波器的低通特性比常用的ＲＣ滤波器或无源三阶滤低，故我们采用锁相环技术。该方式产生的频率稳定度高，可以达１０ｒ６，与晶体振荡器的稳定度相当。当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率重新稳定。通过对可编程分频系数进行预置和步进，可以实现电台的程控搜索，并且可以准确知道本振或载频的频率。如波器更加陡峭，在一定程度上提高了锁相环跟踪锁定的能力。高速分频器采用ＭＣｌ２０２２，实现环路跟踪和自动相位控制的功能，产生３０ＭＨｚ稳定载波。压控振荡器由果采用小数分频，则可在好的环路性能下实现微小的频率步进。ＭＣｌ６４８和ＬＣ并联谐振回路组成，变容管采用外接反偏压的方式，调节电位器即调节加在变容管两端的反偏压，２硬件电路设计与分析２．１系统组成及方框图从而使变容管的结电容改变。由公式ｆｃ＝ｌ／［２，ｒ（Ｌｃ）“２】可知，频率随之改变。本系统由发射模块及接收模块组成，电路的无线发射部分采用的是锁相频率合成法，环路滤波器将ＭＣｌ４５１５２输出的频差转换成与其相对应的直流电平来控制ＭＣｌ６４８外部ＬＣ网络的变容二极管，以实现频率的改变，原理框图如图１所示。接收模块以ＭＣ３３６２为核心。通过改变第一本振的频率可以接收不同频率的已调②末级功率放大电路。末级功放采用带禁用功能高速超大宽带电流反馈运算放大器０ＰＡ６９５，放大电路设计Ｇａｉｎ＝＋１０，ＤＩＳ端接地时使功放进入低功耗模式。③低功耗双变频ＦＭ接收。ＭＣ３３６２是低功耗窄带双变频超外差式调频接收机集成电路，片内包含两个本振、两个混频器、两个中放和正交鉴频器等功能电路，是一个除高频放大以外，从第一混频到音频前置放大器输出的信号，且对于ＦｓＫ信号可以通过ＭＣ３３６２内部的检波电作者简介：黄艳刚，中国地质大学机械与电子信息学院。双变频超外差式的集成接收机电路。ＭＣ３３６２第一本振采用ＰＬＬ频率合成器，外接Ｌｃ回路构成压控振荡器，控制万方数据７６企业技术开发２０１０年６月信号电压来自ＰＬＬ频率合成器的鉴相输出，由２３脚输入。第一本振的缓冲输出端将振荡率送至ＰＬＬ预分频器。第二本振采用共基极晶体振荡器，典型工作频率１０．２４５ＭＨｚ，第二本振信号送入第二混频器以后，与１０．７ＭＨｚ的第一中频信号下变频得到４５５ＭＨｚ的第二中频信号。为减少寄生响应，混频器为双平衡电路，第一和第二混频器的变换增益分别为１８ｄＢ和２０ｄＢ。对于电源电压的变化，混频器的增益是稳定的。对于两次频率变换，混频器后采用低成本、易使用的陶瓷滤波器。１０．７ＭＨｚ的陶瓷滤波器选用ＳＦＡｌ０．７ＭＦ，Ｒｉｎ＝Ｒｏｕｔ＝３３０Ｑ，４５５ＫＨｚ的陶瓷滤波器可以选ＣＦＵ４５５Ｘ。２．３理论分析与计算①锁相环的理论分析计算。锁相环是系统的重点和难点。本系统使用大规模集成ＣＭＯＳ芯片ＭＣｌ４５１５２，结合低通滤波器（ＬＦ）和分频器引入负反馈从而得到精确的压控恒压源。参考分频器Ｒ＝１０２４，晶振选用１０．４ＭＨｚ补温晶体。为了保证环路对噪声有较好的抑制作用，环路自然谐振频率∞１１应该远小于鉴相频率∞ｄ，根据经验公式‘ｏｎ＝∞ｄ／（３０一ｌ０００），若要保证环路有效抑制参考频率和分频器带来的噪声和压控振荡器传输的噪声，∞ｎ的选择必须薅者兼顾，在此，本作品选择环路自然谐振频率ｍｎ＝２５００ｒａｄ／ｓ。本设计中，若要使正弦载波稳定在ｆｖｏ（】＝３０．００ＭＨｚ，１０．４ＭＨｚ晶振置分频系数１０２４，则最小频率步进为１０ｋＨｚ。则：‰／６２＝ｆＯｔ＇ＹＳ＇ＴＡＬ／１０２４×Ｎ＝３０．００ＭＨｚ／６２则Ｎ＝３０．００ＭＨｚ×１０２４／ｋＹ叭Ｌ／６２由此可以给ＭＣｌ４５１５２的ＮＯ。Ｎ９口预置相应的值，从而实现对载波频率的控制。②天线匹配网络理论分析。在给定电路条件下，为了使天线回路电流达到最大，亦即使天线的辐射功率达到最大，必须通过匹配网络将负载阻抗转换成高频功率放大器工作状态所需最佳电阻。对于输出级，要求输出功率最大，放大器应处于临界工作状态，而最佳电阻ＲＰ应保证放大器１二作于临界状态。对于中间级，要求输出电压变化小，放大器应工作于过压状态，而最佳电阻ＲＰ应保证放大器工作于过压状态。３系统软件设计为了使系统数据传输连续性较好，减少数据传输过程中的误码率，程序采用双音多频（ＤＴＭＦ）的方式。一个ＤＴＭＦ信号由两个频率的音频信号叠加构成，具有较强的抗干扰能力和较高的传输速度。在串行模式下，ＨＴ９２００Ａ通过ＤＡＴＡ引脚输入的一个５ｂｉｔ的代码来控制不同的ＤＴＭＦ信号输出，可以产生１６种双频信号和８种单频信号，并且在数据ＣＬＫ引脚下降沿到来之前送到输出锁存中，程序流程如图３所示。４系统测试与分析锁相环频率稳定度测量以及其余参数测量结果如表ｌ。万方数据５结语图３程序流程表Ｉ频率稳定度测量测量次敏给定值（Ｍ｜１２）测量（ＭＨｚ）值测量次数（ＭＨｚ）给定值（ＭＨｚ）测量值（ＭＨｚ）计算频率稳定度为：１１：０．９）【１０－５；功耗：０．２８Ｗ中心频率：２０．５００ＭＨｚ、１９．５００ＭＨｚ；最大频偏：７０ｋＨｚ；发射功率（５００）：１．９６ｘ１０－４ｗ；镜像抑制性能：４６５ｋＨｚ无镜像抑制。在系统完成中，本作品从最初的电路设计到方案选择再到器件选择都在逐步优化。在电路设计方面，尽量减少使用电路分立器件，在完成相应功能的基础上尽量使电路简单化；方案选择时，在最优方案和成本之间进行折中。如在末级功率放大器的电路设计时，只用一片０ＰＡ６９５代替２片ＯＰＡ６９５搭成的桥式运放，一片电流型反馈型运放已足够将信号的功率放得足够大，而且放大波形比较稳定，因而没有必要采用２片ＯＰＡ６９５构成的桥式运放，既节约了成本，也简化了设计电路。系统采用ＭＳＰ４３０Ｆ１６９１６位低功耗单片机，有效提高了电源的效率和减少系统的功耗。同时，本作品还具有以下创新：采用双音多频编解码方式，误码率比较低，同时具有较强的抗干扰能力和较高的传输速度；采用集成运放代替功率管，使系统工作更稳定。参考文献：【ｌ】黄智伟．全国大学生电子设计竞赛培训教程【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００５．【２１黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计［ＭＩ．北京：北京航空航天出版社，２００６．无线数据与语音传输系统
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
黄艳刚， 刘娇， 刘拓
中国地质大学,机械与电子信息学院,湖北,武汉,430074企业技术开发（下半月）
TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE2010，29(6)0次
1.黄智伟 全国大学生电子设计竞赛培训教程 20052.黄智伟 全国大学生电子设计竞赛电路设计 2006
1.学位论文 邓远忠 高功率S波段宽带扫频噪声信号源 2008
射频噪声源在雷达干扰,数据传输干扰,信噪比测试与测量,无线通信环境模拟,放大器动态特性测量,线性器件频率响应的测量,系统识别,线性系统分析和信号分析与处理等方面都有着极其重要的应用。本文研究工作源于某高科技计划项目,利用BJT齐纳击穿现象产生散粒噪声,再通过二次变频、滤波、放大后实现高功率S波段宽带扫频噪声信号源,主要工作有：
一、针对市售白噪声发生器价格昂贵,不利于一般场合使用的问题,利用BJT齐纳击穿现象来产生噪声,研制出低成本、高性能的基带噪声源。
二、采用整数分频锁相环频率合成技术和吞脉冲技术,设计并实现了-工作在C波段的频率合成器。输出频率范围4-5GHz,分辨率2-10MHz可调,输出功率+10dBm。
三、采用两种新型的滤波器拓扑结构,设计并实现了一个S波段微带宽带带通滤波器,其相对带宽为50％,带内插损小于1.6dB,带内波动0.7dB,一个C波段微带窄带带通滤波器,其相对带宽为3％,带内插损小于3.6dB,带内波动0.78dB。实验结果与电磁仿真吻合良好,满足预期指标的要求。
四、以美国德州仪器推出的16位单片机MSP430F169为控制核心,以4×5键盘和128×64液晶显示器为人机交互界面,研制出整个噪声仪所需的控制电路,实现频率控制、分辨率控制、功率控制、驻波检测、温度检测等功能。
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