北交大電子系統(tǒng)課程設(shè)計報告(最終版)

1、國家電工電子實驗教學(xué)中心電子系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計報告設(shè)計題目：模擬機(jī)車信號系統(tǒng) 學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院專 業(yè)：自動化學(xué)生姓名：學(xué) 號：任課教師：王睿2016 年 5 月 18 日目錄1設(shè)計任務(wù)要求32設(shè)計方案及論證3任務(wù)分析（分模塊方案分析）3信號發(fā)生3調(diào)制電路與解調(diào)電路4功放電路8耦合通信9前置放大電路9正弦波轉(zhuǎn)換電路10顯示電路11方案比較12S發(fā)射部分12接收部分12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計14發(fā)射部分14接收部分14具體電路設(shè)計14發(fā)射部分14接收部分15=單片機(jī)軟件算法流程16發(fā)射部分16接收部分173制作及調(diào)試過程17制作與調(diào)試流程17資料查閱17設(shè)計電路，確定方案17電路焊接18分模塊調(diào)試18

2、各模塊組合調(diào)試18遇到的問題與解決辦法19方案確定問題19電路調(diào)試問題20其他問題214 系統(tǒng)測試21測試方法（含接線圖）21測試數(shù)據(jù)（表格）22數(shù)揭分析和結(jié)論225系統(tǒng)使用說明22系統(tǒng)外觀及接口說明（含實物照片）22系統(tǒng)操作使用說明236總結(jié)23飛人所做工作23方案確定及電路設(shè)計23一電路焊接23系統(tǒng)調(diào)試23收獲與體會24能力方面24思想方面24對本課程的建議257參考文獻(xiàn)251設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計并制作一個如圖所示的模擬機(jī)車信號系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠模擬車載接收設(shè)備（以下簡稱 接收機(jī)）通過無線方式從軌道中提取地面信號發(fā)射機(jī)（以下簡稱發(fā)射機(jī)）注入到軌道中的信 號并進(jìn)行顯示的功能。圖1-1模擬機(jī)車信號系統(tǒng)

3、示意圖2設(shè)計方案及論證任務(wù)分析（分模塊方案分析）信號發(fā)生a.頻率可調(diào)555方波發(fā)生器由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波，且由于其內(nèi)部的比較器靈敏 度較高，而且釆用差分電路形式，利用555定時器產(chǎn)生的頻率受電源電壓和溫度變化的彫響 很小。振蕩頻率為：$ _1.43八 g + EX電路輸出波形占空比為：?(%) = *100%電路圖如下:圖2-1頻率可調(diào)555方波發(fā)生電路b.利用單片機(jī)實現(xiàn)利用單片機(jī)可產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波。通過改變編程即可改變方波頻率，且編程較為容易 實現(xiàn)。調(diào)制電路與解調(diào)電路概念：調(diào)制就是用調(diào)制信號去控制載波信號，讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。常見 調(diào)制方法有調(diào)幅

4、(AM)、調(diào)頻(Fl)、調(diào)相(PM)等。常見的調(diào)制電路有乘法器、開關(guān)電路調(diào)制、 信號相加調(diào)制等。原因：信號調(diào)制的原因主要有三方面。一是將基帶信號的低通頻譜搬移到較高的載波頻 率上，可以使發(fā)送信號的信號頻譜符合傳輸信道的頻譜特征。簡單理解，就是信號調(diào)制以后 可以傳得更遠(yuǎn)，提高無線通信時的天線輻射效率；二是可以把多個基帶信號分別搬移到不同 的載頻處，以實現(xiàn)信號的多路復(fù)用，提高信道利用率；三是可以擴(kuò)展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗 干擾、抗衰弱能力。本實驗中使用調(diào)制電路，主要考慮到可以增加傳輸距離，增強(qiáng)抗干擾能 力。方式：調(diào)制的方式是由載波信號的可變參數(shù)決定的，以下是一個簡單的載波信號：c(t)=後cos (

5、2nfct +這里的幾是載波信號的中心頻率，Sc是振幅，億是相位。載波信號的可變參數(shù)只有振幅、 頻率和相位，所以調(diào)制方式也就有三種?；镜臄?shù)字調(diào)制解調(diào)有ASK、FSK、PSK三種。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號控制下通 斷。2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載 波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1S無載波輸出時表示發(fā)送“0”。其信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進(jìn)制 數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，在該電路

6、中載波信號和二進(jìn)制數(shù)字 信號同時輸入到相乘器中完成調(diào)制。電路圖如下：S e2ASK(_,乘法器 COS (Dct圖2-2 ASK模擬相乘法調(diào)制電路數(shù)字鍵控法：用開關(guān)電路控制輸出調(diào)制信號，當(dāng)開關(guān)接載波就有信號輸出，當(dāng)開關(guān)接地就沒信號輸出，其電路如下圖所示：圖2-2 ASK模擬相乘法調(diào)制電路解調(diào):2ASK有兩種基本的解調(diào)方式：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）。瞅沖圖2-3 ASK非相干解調(diào)電路脈沖圖2-4 ASK相干解調(diào)電路ASK調(diào)制解調(diào)方式電路簡單，易于實現(xiàn)，但抗干擾能力較差。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：FSK的信號調(diào)制有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻移鍵控法。直接調(diào)頻法，就是將輸入的基帶脈沖去控

7、制一個振蕩器的某種參數(shù)，而達(dá)到改變振蕩頻 率的目的。雖然方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時轉(zhuǎn)移速度不能太高。圖2-5 FSK直接調(diào)頻法電路頻移鍵控法就是利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路，對兩個不同的獨立頻率源進(jìn)行選 通。一般來說，鍵控法采用兩個獨立的振蕩器，得到的是相位不連續(xù)的2FSK信號；而且直接 調(diào)頻法fl,f2由同一個諧振電路產(chǎn)生，則得到相位連續(xù)的2FSK信號。圖2-6 FSK移頻鍍控法調(diào)制電賂解調(diào)：2FSK信號的解調(diào)方法有：非相干解調(diào)法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘栴l率的變化，環(huán)路鎖定后輸入?yún)?考信號和輸出參考信號之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以

8、通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍 內(nèi)。這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟琮特性.利用此特性 可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳轍，收信端接收到 信號后必須進(jìn)行解調(diào)才能恢復(fù)岀原信號。所謂的解調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號，來還原載 波信號的參數(shù)，載波信號的參數(shù)有幅度、頻率和位相。調(diào)頻波（經(jīng)過放大器放大后）與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器，經(jīng)鑒相器獲得變化的 相位誤差的電壓，該誤差電壓通過低通濾波器被濾出高頻成份，從而獲得隨調(diào)制信號頻率變 化而變化的解調(diào)信號，從而實現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過程。其原理框圖如下（鎖相環(huán)解調(diào)）：圖2-7鎖相環(huán)解調(diào)電路FSK的

9、優(yōu)缺點介于ASK與PSK中間，電路復(fù)雜程度與抗干擾能力均處于另外兩種調(diào)制方 式中間。調(diào)制解調(diào)相移鍵控是利用載波的不同相位來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中， 通常用初始相位0和兀分別表示二進(jìn)制“0”和“1”。調(diào)制方法有模擬調(diào)制和鍵控法：ezpsK 圖2-8 PSK模擬調(diào)制電路圖2-9 PSK鍵控法調(diào)制電路雙極性不歸 零解調(diào):圖2-10 PSK相干法解調(diào)電路PSK的主要優(yōu)點是抗干擾能力非常強(qiáng)，但電路頗為復(fù)雜。功放電路功放電路是以輸出較大功率為目的的放大電路，一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。該 電路的主要考慮因素有輸出功率要大，效率要高，非線性失真要小。功放電路按照輸出級與后級電路

10、的連接方式可分為：OTL, OCL、BTL等；按功率管的偏 置又可分為甲類、乙類、甲乙類及丙類四種?？紤]到電路的難易程度，一下討論OTL功率放 大。功率放大OTL電路為單端推挽式無轍出變壓器功率放大電路。通常采用電源供電，從兩組串聯(lián)的 輸出中點通過電容耦合輸出信號。OTL（Output transformerless ）電路是一種沒有輸出變壓器的功率放大電路，不再用輸 出變壓器，而采用輸出電容與負(fù)載連接的互補(bǔ)對稱功率放大電路，使電路輕便、適于電路的 集成化，只要輸出電容的容量足夠大，電路的頻率特性也能保證，是目前常見的一種功率放 大電路。圖2-11 OTL功率放大電路它的特點是：采用互補(bǔ)對稱電

11、路（NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對稱，均為射隨組態(tài)，串 聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸岀），有輸出電容，單電源供電，電路輕便可靠?！皟山M串聯(lián)的輸出中點”可理解為采用互補(bǔ)對稱電路（NPN、PNP參數(shù)一致，互補(bǔ)對稱， 均為射隨組態(tài)，串聯(lián)，中間兩管子的射極作為輸岀）。OTL電路的優(yōu)點是只需要一組電源供電。缺點是需要能把一組電源變成了兩組對稱正、 負(fù)電源的大電容；低頻特性差。功率放大5386是集成OTL型功放電路的常見類型，與通用型集成運放的特性相似，是一個三級 放大電路：第一級為差分放大電路；第二級為共射放大電路；第三級為準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級功放電 路。LM386靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電；工作電壓

12、范圍寬,4-12Vor 5-18V；外圍 元件少；電壓增益可調(diào)（20-200）:具有低失真度。因其具有自身功耗低、增益可調(diào)整、電源 電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。耦合通信本系統(tǒng)中已確定發(fā)射端通過導(dǎo)軌（線圈）進(jìn)行信號的發(fā)射，接收端由耦合線圈（繞制線 圈或電感元件）接收，利用LC振蕩電路，進(jìn)行耦合通信。a. 串聯(lián)諧振因為感抗等于容抗，所以阻抗達(dá)到最小值，具有純電阻特性；在電壓不變的情況下，電 路中的電流達(dá)到最大值即為諧振電流；由于諧振時容抗等于感抗，所以電感上的電壓等于電 容上的電壓，而電感和電容上的電壓與電阻有關(guān)，如果感抗和容抗遠(yuǎn)大于電阻時，則電感和

13、電容上的電壓可能遠(yuǎn)大于電源電壓，因而串聯(lián)諧振又稱電壓諧振，具有破壞性。b. 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振時電路的總電流最小，與電壓同相，即電路的總阻抗達(dá)到最大值，電路呈電阻 性；支路電流占總電流的倍數(shù)就是諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q,所以并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。 因而，并聯(lián)諧振不會產(chǎn)生危害設(shè)備安全的諧振過電壓，且功率因數(shù)達(dá)到最大值，可以被應(yīng)用。前置放大電路LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包 含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。由于LM324四運放 電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在 各種電路

14、中。LH324作同相交流放大器，同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的Rl、R2組成1/2V+分壓電路通過R3對運放進(jìn)行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定:Av=l+Rf/R4.電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。圖2-13 LM324典型應(yīng)用電路LM358是雙運算放大器。內(nèi)部包括有兩個獨立的.高增益.內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運算放大 器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件 下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可 用單電源供電的使用運算放大器的場合。正弦波轉(zhuǎn)換電路該部分電路需將接收端

15、收到的正弦信號變化為脈沖信號，并輸入后級電路進(jìn)行頻率測 量。a施密特觸發(fā)器由555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器,vcc5VVCCVCCSST OCTT DXSTH3COK100uFo C1LM556CM圖2-11施密特觸發(fā)電路b遲滯比較器電壓比較器LM393是雙電壓比較器集成電路。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受Vcc端電壓值 的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路（當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運用），輸出部分的陷 電流被可能得到的驅(qū)動和器件的B值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流（16mA）時，輸出晶體管將退出 而且輸出電壓將很快上升。圖2-16 LM393應(yīng)用電路顯不電路a.使用S

16、TC89C52單片機(jī)測量方波頻率STC89C52系列單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、性能價格比較高等特點，因此被廣泛應(yīng)用 與工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。此頻率計以STC89C52單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu) 良，精度高，可靠性好等特點。以STC89C52單片機(jī)為控制器件的頻率測量方法，釆用單片機(jī)語言進(jìn)行設(shè)計，采用單片 機(jī)智能控制，結(jié)合外圍電子電路。最終實現(xiàn)數(shù)字頻率計的設(shè)計方案，根據(jù)頻率計的特點，廣 送應(yīng)用于各種測試場所。用單片機(jī)設(shè)計頻率計的基本思想：便用單片機(jī)自帶的定時器定時1秒，在一秒內(nèi)計數(shù)器 對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)，定時完成后讀取計數(shù)器的值，并輸出到數(shù)碼管予以顯示。測量方波頻率利用stm32測量方

17、波程序與51單片機(jī)基本相同，但stm32精度更高，速度更快。方案比較發(fā)射部分信號發(fā)生在上面給出555定時器和利用單片機(jī)產(chǎn)生兩種方式，本設(shè)計中采用單片機(jī)產(chǎn)生 頻率不同的方波，由于之前的課程設(shè)計中單片機(jī)已經(jīng)焊接完成，燒入程序后即可直接使用， 若利用555定時器，可能在電路焊接與調(diào)試部分出現(xiàn)問題，所以采用51單片機(jī)作為信號發(fā) 生裝置。調(diào)制部分由于本設(shè)計功能較為簡單，外部環(huán)境干擾較小，因此采用ASK方式。圖2-17 ASK調(diào)制仿真電路以上電路參考了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置”中的調(diào)制電路的設(shè) 計，由于其采用的有源正弦波晶振無法直接利用proteus進(jìn)行仿真，因此將其內(nèi)部原理畫在 電路中

18、。但經(jīng)過仿真，該電路沒有出現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)制波形，因此決定去掉調(diào)制解調(diào)部分，將經(jīng) 過功率放大的信號直接發(fā)射。功率放大部分，采用LM386作為功率敖大，因其電路較為簡單，且放大倍數(shù)可調(diào)，便于 電路調(diào)試。接收部分耦合通信部分采用并聯(lián)諧振，不會產(chǎn)生危害設(shè)備安全的諧振過電壓，通過LC振蕩電路 接收信號，并傳給后級電路。前置放大部分運用LM358,其適用于單電源供電的使用運算放大器的場合。LM324也符合電路要求，但由于放大倍數(shù)過大后失真嚴(yán)重，因此需采用兩級放大。電路如下：圖2-18 LM324放大電路采用兩級放大后，設(shè)定放大倍數(shù)共100倍，仿真結(jié)果如下:Digital OscilloscopeChannel

19、 AChannel D/clWDGffJClMH用I B圖2-19 LM324放大電路仿真結(jié)果由仿真結(jié)果可知，電路存在部分失真，焊接電路完成后，通過示波器測量發(fā)生了嚴(yán)重的 半波失真，導(dǎo)致電路無法使用，因此放棄了 LM324,應(yīng)用LM358作為前置放大電路。(注：在后期實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)雖然放大電路產(chǎn)生失真，但后級LM393電路輸出電 壓并不受放大電壓影響，因此即使出現(xiàn)失真也可能不會影響最終結(jié)果，但由于初次實驗未完 全弄淸原理，因此放棄了該種方案，選用了 U1358)正弦波轉(zhuǎn)方波電路，由參考方案可以看出，LM393電路簡單，易于實現(xiàn)，因此采用lm393 將正弦波轉(zhuǎn)化為方波。顯示電路釆用51單片

20、機(jī)實現(xiàn)，雖然stni32精度更高，但小組成員對于stm32應(yīng)用都不 太了解，因此編程難度較大。故仍采用51單片機(jī)結(jié)合數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字的顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)射部分、信號接收 H (并耽耦合)放大電路(LM358)整形電路(LM393)顯示電路(51單片機(jī))具體電路設(shè)計發(fā)射部分圖2-20發(fā)射部分電路Clkmnl COFFprr，SoireeClkwinol BSnirr*58PeltonIfr/Ut:力 iguCtwinelCIuwiiiqI D接收部分圖2-21發(fā)射部分仿真結(jié)果圖2-22接收部分電路圖2-23接收部分仿真結(jié)果單片機(jī)軟件算法流程發(fā)射部分接收部分以上為發(fā)射部分和接收部分算法流程圖，具體

21、程序見附錄。由于在本次課程設(shè)計中我不 負(fù)責(zé)軟件程序部分，因此不對程序具體設(shè)計與調(diào)試情況作詳細(xì)說明。3制作及調(diào)試過程制作與調(diào)試流程資料查閱在明確設(shè)計任務(wù)后，進(jìn)行了大量的資料查閱，通過借閱全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的相關(guān) 書籍，初步了解電子系統(tǒng)的設(shè)計流程與思路方法。在眾多的競賽作品中篩選與本次課程設(shè)計任務(wù)要求類似的作品，例如單工無線呼叫系 統(tǒng)設(shè)計”、無線識別裝置”和無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置”等。參考其發(fā)射與接收電路設(shè)計的 整體思路，學(xué)習(xí)其電路中運用的功率放大、運算放大等模塊，并運用到我們的電子系統(tǒng)設(shè)計 中來。設(shè)計電路，確定方案在查閱相關(guān)資料后，了解了各模塊的備選方案，進(jìn)行了各模塊電路的設(shè)計和仿真。在確 定

22、各模塊的設(shè)計方案后，將電路連成整體，再通過軟件進(jìn)行仿真，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，使仿真結(jié) 果滿足實驗要求。電路焊接整體電路設(shè)計完成并通過仿真后，開始進(jìn)行電路的焊接工作。焊接首先分模塊進(jìn)行，將 不同部分的電路分別焊接，留出輸入輸出接口，便于后續(xù)的分模塊調(diào)試與電路的修改完善。焊接時充分考慮電路整體性，合理安排和設(shè)計，盡量使用拖焊，避免飛線的使用對電路 穩(wěn)定性造成影響。同時在焊接過程中及時用萬用表對焊接情況進(jìn)行檢查，保證焊接質(zhì)量。分模塊調(diào)試將焊接好的不同模塊電路進(jìn)行分別的調(diào)試。利用信號發(fā)生源作輸入，輸出接入示波器中 顯不。將發(fā)射用單片機(jī)做信號發(fā)生裝置，通過不同按鍵產(chǎn)生不同頻率的方波，將輸出直接連入 示波器中，

23、首先觀察單片機(jī)是否能產(chǎn)生頻率在土的穩(wěn)定方波。根據(jù)程序設(shè)計，常態(tài)頻率為。 保證常態(tài)頻率正確后，按下按鍵1,頻率應(yīng)為；按下按鍵2,頻率應(yīng)為；按下按鍵3,頻率 應(yīng)為。若按鍵后均能保證頻率正確且方波穩(wěn)定，則單片機(jī)輸出方波正確，可以使用。將接收用單片機(jī)做信號顯示裝置，用信號發(fā)生源產(chǎn)生不同頻率的方波并輸入單片機(jī)中， 若保證方波頻率為常態(tài)頻率時，單片機(jī)指示燈亮（本設(shè)計中為單片機(jī)中的第四個二極管，且 數(shù)碼管顯示6）；方波頻率為時，數(shù)碼管顯示1；方波頻率為時，數(shù)碼管顯示2；方波頻率 為時，數(shù)碼管顯示3。若指示燈及數(shù)碼管顯示均正常，則用于顯示的單片機(jī)能夠正常工作。根據(jù)示波器的顯示情況了解電路的性能，對于電路檢查無

24、誤但始終無法出現(xiàn)正確結(jié)果的 電路，可能是使用的元器件出現(xiàn)問題，對于此種情況進(jìn)行重新焊接；對于能夠出現(xiàn)電路要求 的結(jié)果，但實現(xiàn)效果不理想的電路進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，直到滿足條件為止?？紤]電路的前后級匹配，前一級用示波器輸出的電壓值等參數(shù)應(yīng)作為后一級的輸入?yún)?數(shù)，這樣才能保證電路在組合連接時前后匹配，便于調(diào)試。各模塊組合調(diào)試將單獨調(diào)試沒有問題的各模塊進(jìn)行組合連接。按照電路整體設(shè)計的模塊順序分別連接進(jìn) 行調(diào)試。先對電路部分進(jìn)行調(diào)試，最后加入單片機(jī)進(jìn)行整體調(diào)試。a. 發(fā)射部分用信號源輸入不同頻率的方波，峰峰值為（經(jīng)分模塊調(diào)試測得單片機(jī)輸出方波峰峰值為， 因此用信號發(fā)生器輸入信號與其匹配），通過功率放大電路，

25、輸出接入示波器中，觀察示波 器中是否為與輸入頻率相同且穩(wěn)定的方波（由于電路主要功能為功率放大，因此對于電壓的 放大不用太多關(guān)注，只需輸出相對應(yīng)頻率方波即可）。利用單片機(jī)做信號發(fā)生裝置，通過不同按鍵產(chǎn)生不同頻率的方波。將單片機(jī)的輸出信號 作為功率放大電路的輸入信號。檢測經(jīng)過功率放大電路的信號是否仍為頻率正確的方波。若 方波穩(wěn)定，頻率正確，且電壓有部分放大，則發(fā)射部分工作正常，將輸岀加入導(dǎo)軌后即可進(jìn) 行后續(xù)測試。b. 接收部分接收部分先進(jìn)行耦合測試。將調(diào)試完成的發(fā)射端用作信號發(fā)生裝置，并聯(lián)的電容電阻做 耦合裝置，輸出信號接入示波器中。觀察導(dǎo)軌接近耦合裝置時示波器是否能檢測到感應(yīng)信號。 若能感應(yīng)發(fā)射

26、端信號，則繼續(xù)測量能感應(yīng)的距離。將導(dǎo)軌由近及遠(yuǎn)，每厘米測試一次。分別 將導(dǎo)軌放在不同距離的位置，觀察示波器是否能顯示頻率穩(wěn)定的正弦波。以此確定感應(yīng)的最 大距離與能穩(wěn)定感應(yīng)的范圍。耦合部分調(diào)試完成后，可繼續(xù)接入運算放大部分。經(jīng)測定，耦合接收的正弦波峰峰值為 60mV,接入運算放大部分后，輸出接入示波器中，觀察正弦信號電壓是否得到放大，同時觀 察其失真情況及放大倍數(shù)。若輸出為穩(wěn)定的正弦波且頻率正確，則該部分正常。實際測量中 發(fā)現(xiàn)，由于耦合得到的正弦信號電壓較小，經(jīng)放大后存在微弱的失真現(xiàn)象，考慮到可能對后 級影響不大，暫時通過該部分測試。將經(jīng)過放大的正弦信號接入整形電路中，利用LM393將輸入的正弦

27、信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枴?轍出接入到示波器中，觀察能否輸出穩(wěn)定的方波，若能，繼續(xù)觀察其頻率是否正確。分別按 下三個按鍵，觀察其對應(yīng)頻率是否正確。將LM393輸出的方波輸入到顯示用的單片機(jī)中，常態(tài)頻率下觀察表示的感應(yīng)的指示燈是 否正常發(fā)光。然后分別按下按鍵，觀察數(shù)碼管是否正確顯示相應(yīng)數(shù)字。遇到的問題與解決辦法方案確定問題在方案確定過程中，由于參考資料較多，不同方式各具優(yōu)缺點，因此選擇最適合本次系 統(tǒng)設(shè)計的方案并不容易。因此在方案選擇的過程中，小組成員首先認(rèn)真比對了相似類型電子 設(shè)計中使用的不同方案，從整體方案到模塊設(shè)計均進(jìn)行了相應(yīng)的參考，選擇其中較為簡單且 適合本系統(tǒng)的部分進(jìn)行仿真，若仿真成功，則考慮

28、用在系統(tǒng)中，若仿真有問題，先分析問題 原因，嘗試解決，若無法解決，則考慮其他方案。最終在通過仿真的模塊電路中進(jìn)行篩選，進(jìn)行電路整體設(shè)計，確定最終的設(shè)計方案。電路調(diào)試問題在電路調(diào)試過程中出現(xiàn)諸多問題，以下是部分典型問題的整理。a. 沒有深入了解電路原理由于在進(jìn)行電路設(shè)計過程中，只對各模塊方案進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的選擇和確定，沒有對電 路及其中使用的芯片原理進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致無法預(yù)先想到電路可能出現(xiàn)的問題，也就無 法提早對電路可能存在的問題進(jìn)行有效的避免，導(dǎo)致電路在實際測試過程中出現(xiàn)失真、工作 不穩(wěn)定、性能差等問題，且需要在問題出現(xiàn)后再尋找解決辦法，而此時電路焊接已經(jīng)完成， 再對電路進(jìn)行修改難度較大，

29、且會影響電路焊接和性能。因此在今后的電子系統(tǒng)設(shè)計過程中，還應(yīng)該先對電路原理進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，并對其可能 出現(xiàn)的問題進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計，以減少實際測試過程中出現(xiàn)的問題。b. 電路仿真與實際不相符在本次電子系統(tǒng)設(shè)計過程中，我們對所有電路都進(jìn)行了相應(yīng)的仿真，且仿真結(jié)果正確后 再進(jìn)行電路的焊接，但實際焊接完成的電路與仿真差別較大。由于實際情況復(fù)雜，干擾較多，且元件及電路穩(wěn)定性都不可能像仿真環(huán)境下那樣完美， 因此即使仿真正確，還需要及時對電路進(jìn)行實際的焊接和測試，以解決實際電路中出現(xiàn)的問 題，進(jìn)行調(diào)試和修改。c. 前后級匹配問題在電子系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用的是分模塊設(shè)計調(diào)試最后進(jìn)行系統(tǒng)整體調(diào)試的方法。這樣

30、在保證各模塊可以正常運行的同時，還要考慮前后級匹配問題。使用信號發(fā)生器做信號源時, 要根據(jù)實際的輸入信號的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使其在各模塊連接調(diào)試時還能夠正常工作。開始在電路調(diào)試過程中，我們沒有對前后級匹配問題給予足夠的重視，只是記錄前級電 路輸出在示波器中的相應(yīng)參數(shù)，再用信號發(fā)生器調(diào)整到同樣的參數(shù)作為后級輸入。在前后級 分模塊測試正確的情況下，將兩級電路聯(lián)調(diào)卻發(fā)現(xiàn)電路無法正常工作。經(jīng)過請教同學(xué)，我們 在進(jìn)行前后級聯(lián)調(diào)時，在前級與后級的連接處再引入示波器，充分考慮后級電路對前級造成 的影響，通過示波器觀察聯(lián)調(diào)時前級電路的輸出情況，再對電路進(jìn)行修正，進(jìn)行進(jìn)一步測試。d. 電路工作穩(wěn)定性由于真實環(huán)

31、境復(fù)雜，電路的穩(wěn)定工作受到多方面影響。例如，在進(jìn)行耦合測試的初始階 段，我們將發(fā)射端導(dǎo)軌接近并聯(lián)耦合的電感電容，發(fā)現(xiàn)雖然電路能感應(yīng)信號，但頻率很不穩(wěn) 定，波動極大，無法滿足后級電路的工作需求。在檢查電路無誤后，我們發(fā)現(xiàn)是由于之前焊 接的出現(xiàn)問題的電容電感沒有拔除，雖然未接入電路中，但電容電感產(chǎn)生的LC振蕩對電路 周圍的電磁場產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致電路無法正常工作。去掉無用的電容電感后，耦合問題得到 解決。e. 電路焊接或元器件問題電路焊接與元器件質(zhì)量問題也是影響電路正常工作的重要因素之一。焊接過程中可能存在虛焊、短路、少錫、多錫等諸多問題，而這些問題的存在都會影響 電路的性能甚至導(dǎo)致其無法正常工作。

32、因此，在焊接過程中應(yīng)掌握焊接要點，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 的電路焊接，避免出現(xiàn)由于電路焊接問題導(dǎo)致的錯誤。元器件質(zhì)量問題也可能影響電路正常工作。本次實驗過程中，我們的電感質(zhì)量存在問題, 電路始終沒有辦法正確耦合，在確定不是電路其他部分的問題后，我們使用了其他小組的電 感電容，發(fā)現(xiàn)可以正常耦合，因此再次更換電容電感，使問題得以解決。此外，導(dǎo)軌的選擇也十分重要。選擇連接良好、長度適宜的導(dǎo)軌可增強(qiáng)耦合的穩(wěn)定性， 而接觸不良的導(dǎo)軌則會對耦合產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，降低耦合性能甚至無法進(jìn)行耦合。f. 接地問題接地問題也是對電路在調(diào)試過程中需要十分注意的。很多時候由于接地不良導(dǎo)致示波器 顯示不穩(wěn)甚至沒有波形，此時再不斷

33、檢查電路會浪費很多時間。因此在電路調(diào)試過程中，一 定要保證電路的正確且穩(wěn)定的連接，避免因為接觸不良影響電路工作。其他問題設(shè)計任務(wù)中要求發(fā)射端與接收端均使用單電源供電。在系統(tǒng)設(shè)計的初始階段，我.們沒有考慮單電源供電的問題，因此單片機(jī)運用了單獨的電 源供電且各芯片工作電壓不一致。為解決單電源供電的問題，首先，我們將單片機(jī)與電路的 電源引腳相連，使用單電源給電路和單片機(jī)供電。由于單片機(jī)正常工作電壓為5V,雖然要 求中允許使用+12Y電源，但為了避免降壓芯片的使用，我們將各芯片工作電壓進(jìn)行了相應(yīng) 的調(diào)整，使各芯片均在+5Y電壓下工作，對于放大電路，通過改變電阻彌補(bǔ)由于電壓減小造 成的放大倍數(shù)減小。在進(jìn)

34、行相應(yīng)調(diào)整后，發(fā)射端實現(xiàn)了單電源供電，但接收端采用+5V供電時會導(dǎo)致頻率的 倍増，因此最終電路部分采用+3V供電，接收端單片機(jī)仍為+5Y供電。4系統(tǒng)測試測試方法（含接線圖）充分利用電子儀器，例如示波器、函數(shù)發(fā)生器及萬用表等對電路進(jìn)行測試。測試過程中 也要掌握科學(xué)合理的方法，達(dá)到事半功倍的效果。測試過程中采用了先分塊調(diào)試，再系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的辦法。電路出現(xiàn)問題時，從聶前端到末級 逐級測試，不斷縮小故障范圍，對于出現(xiàn)問題的模塊，切斷電路間的相互聯(lián)系，對其進(jìn)行單 獨測試，并與正常電路進(jìn)行對比，用正常的電路代替問題電路，確定不是其模塊自身問題后 再考慮前后級電路及周圍環(huán)境的影響。測試數(shù)據(jù)(表格)電路“模塊功能

35、詳述電壓0 供電輸入?yún)?shù)輸出參數(shù)波形峰值(V)波形峰值(V)單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率的方波+5無方波功放電路增加導(dǎo)軌電流，增加感 應(yīng)距離和穩(wěn)定性+5方波方波耦合通信通過電磁耦合接收發(fā)射 端的信息無方波正弦波60m運放電路放大感應(yīng)電壓，以使后 級電路正常工作+5正弦波60m正弦波整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波+3正弦波方波單片機(jī)測量頻率，顯示數(shù)字+3方波顯示數(shù)字其他通信距離5cm識別率90%數(shù)據(jù)分析和結(jié)論由于電路中所有芯片均采用+5V電壓供電，雖然簡化了電路，但影響了功放電路與運放 電路的放大倍數(shù)，進(jìn)而影響了數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)木嚯x，使得通信距離過近，需采用減小負(fù)載電 阻的方式增加電流，以增加通信距離。由于發(fā)射

36、與接收均使用單片機(jī)，發(fā)射端利用程序產(chǎn)生頻率不同的方波，接收端通過程序檢測頻率并進(jìn)行顯示，雖然延時較為嚴(yán)重，但識別率高，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。5系統(tǒng)使用說明系統(tǒng)外觀及接口說明（含實物照片）圖5-1系統(tǒng)整體圖系統(tǒng)操作使用說明a. 發(fā)射部分除復(fù)位鍵外，其余三個按鍵分別發(fā)送頻率為、的方波，為常態(tài)頻率。有三個按鍵可供操作，分別為按鍵1、按鍵2、按鍵3,按下不同按鍵可在接收部分單 片機(jī)上看到相應(yīng)的數(shù)字顯示。b. 接收部分當(dāng)使用者分別按下按鍵1、按鍵2、按鍵3時，接收部分單片機(jī)數(shù)碼管分別顯示1、2、3。接收到常態(tài)頻率時顯示6,同時點亮相對應(yīng)的指示燈。按下按鍵4時顯示學(xué)號。6總結(jié)本人所做工作在本次電子系統(tǒng)設(shè)計過程中

37、，我.主要負(fù)責(zé)硬件部分。方案確定及電路設(shè)計查閱相關(guān)資料，參考已有的電子系統(tǒng)進(jìn)行本系統(tǒng)的設(shè)計。首先確定備選方案，再并對各 方案進(jìn)行比較選擇；確定整體方案后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，選擇不同電路和芯片實現(xiàn)相應(yīng)模塊的功 能；將仿真通過并確定使用的電路模塊進(jìn)行匯總、連接，利用軟件進(jìn)行仿真測試；最后對連 接完成的各模塊進(jìn)行整體評估，確定最終的電路圖。電路焊接根據(jù)設(shè)計完成的電路圖進(jìn)行電路的焊接，在焊接過程中盡量保證焊接質(zhì)量，避免因焊接 問題對電路調(diào)試及整體造成影響。但在實際完成焊接工作的過程中，由于焊接技術(shù)不熟練，要領(lǐng)掌握不到位，我所焊接的 功率放大部分出現(xiàn)問題較大，由隊友進(jìn)行重新焊接，最終實現(xiàn)功能。系統(tǒng)調(diào)試完成焊接后即進(jìn)行電路的調(diào)試工作。首先進(jìn)行分模塊調(diào)試，此部分工作由我完成，保證 了各模塊的正常工作。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)由我和隊友共同完成，由于聯(lián)調(diào)過程中需要拼接不同模塊且出現(xiàn)問題較多，我 與隊友合作進(jìn)行了調(diào)試并一起解決了遇到的各種問題。收獲與體會在本次課程設(shè)計的過程中，我收獲頗多。能力方面本次課程設(shè)計，對于我的知識運用、查閱資料、實踐能力和解決問題的能力都是很大的 考驗。從開始的亳無頭緒到最終的能夠基本完成實驗，讓我有了全