論文—多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

1、多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 題目：多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 摘要：本系統(tǒng)分三個(gè)模塊構(gòu)成：一主接收機(jī)，兩個(gè)發(fā)射機(jī)。主要以89S52為控制及數(shù)據(jù)編碼，以FSK為調(diào)制方式，利用無(wú)線(xiàn)傳輸文字和語(yǔ)音數(shù)據(jù)，采用LCD顯示、單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，具有多功能傳輸與存儲(chǔ)功能。 關(guān)鍵詞： 89S52 FSK調(diào)制 LCD顯示一 方案比較1、 載波生成比較題目要求載波穩(wěn)定度高，真正實(shí)現(xiàn)到可以有以下方法方案一：利用晶體振蕩，值晶體震蕩電路可以實(shí)現(xiàn)，不過(guò)使用太高頻率的晶振仍然不夠理想，同時(shí)高值晶振并不好購(gòu)買(mǎi)，并且在一定的范圍內(nèi)頻率不容易改變。方案二：采用LC壓空振蕩器，利用鎖相環(huán)技術(shù)產(chǎn)生高穩(wěn)定載波，可采用MC145152來(lái)實(shí)現(xiàn)1-

2、50MHZ足夠，而且可以使載波達(dá)到很高穩(wěn)定度，但是進(jìn)入MC145152的基準(zhǔn)頻率要經(jīng)過(guò)前置分頻而使可控制的頻率降低導(dǎo)致傳輸速率達(dá)不到題目所給要求，如果基準(zhǔn)頻率頻率太高M(jìn)C145152所集成的鑒相器達(dá)不到鑒頻要求。方案三：也可利用混頻技術(shù)，使用較高頻率用MC1496模擬乘法器與從同一晶振產(chǎn)生的兩個(gè)不太高的頻率混頻選出上限頻率。頻率穩(wěn)定度也能達(dá)到。但是給選用接收方案帶來(lái)困難。方案四：用RC壓控振蕩產(chǎn)生高穩(wěn)定載波，集成芯片有CD4046和NE564，CD4046頻率太低，上限頻率最高才1.2MHZ，不利于發(fā)送，且傳輸數(shù)據(jù)慢。NE564可以達(dá)到幾十MHZ足可以滿(mǎn)足要求。最后選用RC壓空振蕩為下一步直接

3、FSK調(diào)制用。2、 數(shù)據(jù)發(fā)生器設(shè)計(jì)比較方案一：專(zhuān)用編碼 可用專(zhuān)用編碼芯片進(jìn)行文字，語(yǔ)音和圖象編碼，但是同時(shí)處理這些數(shù)據(jù)給單片機(jī)帶來(lái)負(fù)擔(dān)過(guò)重，單片機(jī)還要處理別的數(shù)據(jù)。所以不采用此方案。方案二：簡(jiǎn)單4*4鍵盤(pán)與單片機(jī)組成數(shù)據(jù)編碼 4*4鍵盤(pán)簡(jiǎn)單可實(shí)行，在有限時(shí)間內(nèi)完成題目要求，進(jìn)而改善發(fā)揮部分。3、 調(diào)制方法比較 對(duì)于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于數(shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻成分，而實(shí)際的通信信道又具有帶通特性，有不少信道都不能直接傳送基帶信號(hào)，而必須用基帶信號(hào)來(lái)控制高頻載波的某些參量，這種把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字調(diào)制，反之，稱(chēng)為數(shù)字解調(diào)。我們把數(shù)字調(diào)制與解調(diào)合起來(lái)稱(chēng)為數(shù)字

4、調(diào)制，把包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)或數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制時(shí)有振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK）調(diào)制方式。   FSK調(diào)制原理     2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為f0代表傳0，載頻為f1時(shí)代表傳1。顯然，2FSK信號(hào)完全可以看成兩個(gè)分別以f0 和f1為載頻、以an和 為被傳二進(jìn)制序列的兩種2ASK信號(hào)的合成。2FSK信號(hào)的典型時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為：   

5、; 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)為兩個(gè)彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號(hào)之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，2FSK信號(hào)的相位通常是不連續(xù)的，這會(huì)不利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個(gè)直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號(hào)，即用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個(gè)振蕩器的某些參數(shù)，直接改變振蕩頻率，輸出不同頻率的信號(hào)，這時(shí)的已調(diào)信號(hào)出自同一個(gè)振蕩器，信號(hào)相位在載頻變化時(shí)始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號(hào)功率旁瓣分量的收斂，使信號(hào)功率更集中于信號(hào)帶寬內(nèi)，在這里，我們采用的是載波調(diào)頻法。4、 高校功率放大比較方案一：一般功率三極管放大： 采用

6、一般三極管采用丙類(lèi)高頻功率放大電路或者采用D類(lèi)高頻功率放大電路將載波發(fā)射出去，電路簡(jiǎn)單并且一般的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)都采用此方式，但無(wú)論丙類(lèi)高頻功率放大還是D類(lèi)高頻功率放大電路都采用了諧振選頻網(wǎng)絡(luò)，要做到帶寬很寬、并且頻率在50MHZ以?xún)?nèi)時(shí)很難做到，并且效率不高；如果減小帶寬即減小FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率之差，將減小傳輸過(guò)程的抗干擾能力，提高傳輸?shù)恼`碼率； 方案二：高頻功率合成： 高頻功率合成利用傳輸線(xiàn)原理來(lái)達(dá)到功率分配和合成的目的，它的帶寬很寬。但高頻功率合成電路電路復(fù)雜難調(diào)、效率不是太高，我們不采用此電路。 c upc1651功率放大： 1651用在高頻放大，可用在幾百兆，對(duì)與此設(shè)計(jì)可以說(shuō)足夠?qū)崿F(xiàn)，線(xiàn)

7、路簡(jiǎn)單效率高具體參數(shù)如下：內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 5 顯示方案的選擇與論證方案一：采用傳統(tǒng)的8位數(shù)碼管（LED）動(dòng)態(tài)掃描顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。方案二：采用16位字符型液晶（LCD）顯示各種相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，充分利用4行液晶顯示的大容量特性。 以上兩種方案中，方案一軟件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，硬件電路調(diào)試方便，但顯示信息量少，功耗較大；而方案二采用的16位字符型液晶（LCD）顯示屬于低功耗器件，使得系統(tǒng)更具智能化、人性化。經(jīng)過(guò)比較選用方案二。 二 模塊實(shí)現(xiàn)1、 高穩(wěn)定載波產(chǎn)生a NE564相關(guān)參數(shù)介紹1、在本設(shè)計(jì)中，所使用的鎖相環(huán)為NE564（國(guó)產(chǎn)型號(hào)為L(zhǎng)564）是一種工作頻率可高達(dá)50MHz 的超高頻集成鎖相環(huán)。其內(nèi)部框

8、圖和腳管定義如圖。 圖1其內(nèi)部電原理圖如圖: 圖21）在圖1（a）中，A1（LIMITER）為限幅放大器，它主要由原理圖中的Q1Q5及Q8，Q7 組成。Q1Q5 組成PNP，NPN 互補(bǔ)的共集共射組合差分放大器，由于Q2，Q3 負(fù)載并聯(lián)有肖特基二極管D1，D2，故其雙端輸出電壓被限幅在2VD=0.30.4v左右。因此可有效消除FM 信號(hào)輸入時(shí)，干擾所產(chǎn)生的寄生調(diào)幅。Q7，Q8 為射極輸出差放，以作緩沖，其輸出信號(hào)送鑒相器。(a)NE564 內(nèi)部框圖(b)NE564 管腳分布圖2）鑒相PD（PHASE COMPARATOR）采用普通雙差分模擬相乘器，由壓控振蕩器反饋過(guò)來(lái)的信號(hào)從外部由端輸入。另外

9、由端去改變雙差分電路的偏置電流，控制鑒相器增益，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路增益控制。3）壓控振蕩器VCONE564 的壓控振蕩器是一改進(jìn)型的射極定時(shí)多諧振蕩器。主電路由Q21，Q22與Q23，Q24 組成。其中Q22，Q23 兩射極通過(guò)，端外接定時(shí)電容Ct，Q21，Q24 兩射極分別經(jīng)電阻R22，R23 接電源Q27，Q25。Q26 也為電流源。Q17，Q18為控制信號(hào)輸入緩沖級(jí)。接通電源，Q21，Q22 與Q23，Q24 雙雙輪流導(dǎo)通與截止，電容Ct 周期地充電與放電，于是Q22，Q23 集成極輸出極性相反的方形脈沖。根據(jù)特定設(shè)計(jì)，固有振蕩頻率為其中 R20=100f0 為VCO 振蕩頻率圖2 鎖相環(huán)內(nèi)部

10、電原理圖4）輸出放大器A2（AMPLIFIER）與直流恢復(fù)電路A2 與直流恢復(fù)電路是專(zhuān)為解調(diào)FM 信號(hào)與FSK 信號(hào)而設(shè)計(jì)的。輸出放大器A2由Q37，Q38，Q39 組成，顯然這是一恒流源差分放大電路，來(lái)自鑒相器的誤差電壓由，端輸入，經(jīng)緩沖后，雙端送入A2 放大。直流恢復(fù)電路由Q42，Q43，Q44等組成，電流源Q40 作Q43 的有源負(fù)載。若環(huán)路的輸入為FSK 信號(hào)即頻率在f1 與f2 之間周期性跳變的信號(hào)，則鑒相器的輸出電壓A2 放大后分兩路，一路直接送施密特觸發(fā)器的輸入，另一路送直流恢復(fù)電路Q(chēng)42 基極，由于Q43 集電極通過(guò)端外接一濾波電容，故直流恢復(fù)電路的輸出電壓就是一個(gè)平均值直流。

11、這個(gè)直流電壓VREF 再送施密特觸發(fā)器另一輸入端就作為基準(zhǔn)電壓。若環(huán)路的輸入為FM 信號(hào)，那么在鎖定狀態(tài)，端的電壓就是FM 解調(diào)信號(hào)。605）施密特觸發(fā)器（POST DETECTION PROCESSOR）施密特觸發(fā)器是專(zhuān)為解調(diào)FSK信號(hào)而設(shè)計(jì)的，其作用就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL數(shù)字信號(hào)。直流恢復(fù)輸出的直流電壓基準(zhǔn)VREF（經(jīng)R26 到Q49 基極）與被A2 放大了的誤差電壓Vdm 分別送入Q49 和Q50 的基極，Vdm 與VREF 進(jìn)行比較，當(dāng)Vdm>VREF時(shí)，則Q50 導(dǎo)通，Q49 截止，從而迫使Q54 截止，Q55 導(dǎo)通，于是端輸出低電平。當(dāng)Vdm<VREF 時(shí)，Q49

12、導(dǎo)通Q50 截止，從而迫使Q54 導(dǎo)通Q55 截止，端輸出高電平。通過(guò)端改變Q52 的電流大小，可改變觸發(fā)器上下翻轉(zhuǎn)電平，上限電平與下限電平之差也稱(chēng)為滯后電壓VH。調(diào)節(jié)VH 可消除因載波泄漏而造成的誤觸發(fā)而出現(xiàn)的FSK 解調(diào)輸出，特別是在數(shù)據(jù)傳輸速率比較高的場(chǎng)合，并且此時(shí)端濾波電容不能太大。NE564 的主要參數(shù)如下：NE564 的最高工作頻率為50MHz，最大鎖定范圍達(dá)±12%f0，輸入阻抗大于50k，電源工作電壓512V，典型工作電壓為5V，典型工作電流為60mA，最大允許功耗為40mV；在頻偏為±10%，中心頻率為5MHZ 時(shí)，解調(diào)輸出電壓可達(dá)140mVp-p。輸入信

13、號(hào)為有效值大于或等于200mVRms。2、NE564 基本應(yīng)用電路如圖3其中IC71 及其外圍器件組成FM 鎖相解調(diào)電路，在鎖相解調(diào)電路中，信號(hào)從第6 腳經(jīng)交流耦合輸入，2 腳作為壓控振蕩器增益控制端，12 腳和13 腳外接定時(shí)電容，通過(guò)組合使分別振蕩在5MHz 和20.945MHz 上，從14 腳輸出調(diào)制信號(hào)NE564 的12 腳和13 腳跨接定時(shí)電容C，C 的由下列算式確定。則當(dāng) f0 =1MHz 時(shí) C625pFf0 =2MHz 時(shí) C312pFf0 =4MHz 時(shí) C156pFf0 =5MHz 時(shí) C125pFf0 =8MHz 時(shí) C78pFf0 =16MHz 時(shí) C39pFf0 =2

14、0.945MHz 時(shí) C29pFf0 =32MHz 時(shí) C20pF在實(shí)際電路中，由于分布電容的存在應(yīng)比計(jì)算值偏小。_b 本系統(tǒng)具體應(yīng)用2、 采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集利用鍵盤(pán)采集，通過(guò)單片機(jī)89S52編碼之后傳輸；鍵盤(pán)采集數(shù)據(jù)采用一次按鍵技術(shù)，讓按鍵按下的一次只產(chǎn)生一次動(dòng)作；并且這次動(dòng)作是在按鍵彈起的是候產(chǎn)生，防止按鍵的誤動(dòng)作。3、 數(shù)據(jù)編碼實(shí)現(xiàn) 從鍵盤(pán)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理，給數(shù)據(jù)加上數(shù)據(jù)地址和校驗(yàn)位，降低收發(fā)數(shù)據(jù)誤碼，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。 4、 FSK調(diào)制設(shè)計(jì)NE564調(diào)制電路及頻率調(diào)節(jié)5帶通濾波器為了接受擴(kuò)展至37-48MHZ，同時(shí)由于上下截止頻率之比為48MHZ/37MHZ=1.30，因此必須在

15、輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，這個(gè)濾波器性能的好壞將影響接收信號(hào)，為了有效地減少頻譜混疊失真和提高信噪比，本帶通濾波器采用切比雪夫?yàn)V波器。該濾波器的特點(diǎn)是：其逼近誤差峰值在一個(gè)規(guī)定的頻段上為最小，而且是等波紋的，即誤差在極大值和極小值之間擺動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，濾波器各元件值都采取歸一化值除以MHZ為單位的截止頻率（邊界頻率）fc的值。設(shè)計(jì)時(shí)，我們確定了低通濾波器的諧波頻率衰減值以及高通濾波器的次諧波頻率衰減值，同時(shí)還確定了該濾波器的最大容許通頻帶波紋值和駐波比（SWR）。在計(jì)算電容值很接近電容器的標(biāo)準(zhǔn)化值時(shí)，我們選用標(biāo)準(zhǔn)化值的電容器。當(dāng)計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)化值相差較大時(shí)，我們用固定值的云母銀電容器和云母壓縮

16、微調(diào)電容器并聯(lián)使用。具體電路圖如下圖（2）所示：5、 接受處理數(shù)據(jù)89S52處理 單片機(jī)89S52從FSK解調(diào)端接收到發(fā)射端經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)后，利用軟件將數(shù)據(jù)頭地址和校驗(yàn)位去掉，得到原數(shù)據(jù)6、 LCD顯示界面a界面1 樣機(jī)1：數(shù)據(jù)顯示區(qū)文字滾動(dòng)區(qū)b界面2樣機(jī)2：數(shù)據(jù)顯示區(qū)文字滾動(dòng)區(qū)7 電源設(shè)計(jì)模塊電池供電DCDC變化，用MC34063軟件設(shè)計(jì)電源，在電池供電同時(shí)改變電壓以給各個(gè)模塊供電，解決交流高電壓供電整流過(guò)程對(duì)信號(hào)的干擾。提高系統(tǒng)穩(wěn)定度。三 軟件設(shè)計(jì)1、接收和發(fā)射軟件設(shè)計(jì)否是2、整體設(shè)計(jì)方框圖a 發(fā)射機(jī)1設(shè)計(jì)發(fā)射 高頻放大FSK數(shù)據(jù)調(diào)制98S52編碼及串口數(shù)據(jù)輸出4*4鍵盤(pán) 發(fā)射高頻放大FSK

17、數(shù)據(jù)調(diào)制98S52編碼及串口數(shù)據(jù)輸出4*4鍵盤(pán) b發(fā)射機(jī)2設(shè)計(jì) C接收機(jī)設(shè)計(jì)89S52接到數(shù)據(jù)后處理LCD顯示發(fā)送樣機(jī)和所發(fā)送的數(shù)據(jù)FSK解調(diào)數(shù)據(jù)輸出小信號(hào)放大接收信號(hào)四 系統(tǒng)調(diào)試1、 主要調(diào)試過(guò)程aFSK調(diào)制解調(diào)調(diào)試 用信號(hào)源給NE564數(shù)據(jù)，NE564調(diào)制數(shù)據(jù)發(fā)射。接收端接收并解調(diào)出數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄并計(jì)算錯(cuò)碼率。記錄數(shù)據(jù)如下|：發(fā)送數(shù)據(jù)（/S）1002005001K2K10K50K100K500K接受數(shù)據(jù)（/S）1002005001K2K10K50K100K500K誤碼數(shù)000000001b LCD顯示調(diào)試 主要解決顯示亂碼問(wèn)題：顯示的時(shí)候一般有亂碼；解決的辦法是加延時(shí)和查忙標(biāo)志位c、測(cè)試

18、儀器測(cè)試儀器包括TDS1002雙通道示波器，EET1461型DDS合成信號(hào)發(fā)生器、SG1640B函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，WYK-302B2直流穩(wěn)壓源。以及軟件硬仿時(shí)的仿真器Keil uVision2，自制編程器AT89S52。五 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果實(shí)際測(cè)試結(jié)果與題目要求對(duì)比項(xiàng)目題目要求實(shí)際完成情況發(fā)揮說(shuō)明1載頻穩(wěn)定度高于10-6已完成2發(fā)送距離：不小于10米（發(fā)送功率不大于10mW時(shí)） 優(yōu)于題目要求3發(fā)送模塊數(shù)：大于等于2以完成4數(shù)據(jù)傳輸率：每個(gè)發(fā)送模塊不小于1kbps優(yōu)于題目要求5誤碼率：不大于10-7以完成6從站使用干電池供電，主站不做要求優(yōu)于題目要求7增加發(fā)送模塊數(shù)以完成8增加發(fā)送距離（不增加發(fā)送功率

19、的前提下）以完成9降低發(fā)送端功耗，以適應(yīng)電池供電以完成發(fā)揮部分介紹1、 從主站都 采用電池供電。2、 數(shù)據(jù)傳輸率高。六前景展望 在現(xiàn)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，數(shù)字傳輸?shù)臄?shù)據(jù)抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確率高；可以用來(lái)傳輸各種信號(hào)，如果進(jìn)一步改進(jìn)加上編碼譯嗎芯片完全可以用來(lái)傳遞文字信號(hào)、視頻信號(hào)、聲音信號(hào)。七 總結(jié)在這次比賽中充分展示了團(tuán)對(duì)精神，也進(jìn)一步鍛煉了自己，同時(shí)也學(xué)到了許多知識(shí)?？偢杏X(jué)時(shí)間緊張，如果時(shí)間再長(zhǎng)我們相信自己的作品會(huì)更加完美。在此也感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及組織這次比賽的各位老師給了我們鍛煉的機(jī)會(huì)，豐富我們大學(xué)生活，開(kāi)拓了知識(shí)視野，增強(qiáng)了我們動(dòng)手動(dòng)腦的能力，激發(fā)了們對(duì)科學(xué)知識(shí)探索的興趣。備注：參考資料：1、高頻電路設(shè)計(jì)與制作科學(xué)出版社 日 鈴木憲次2、LC濾波器設(shè)計(jì)與制作科學(xué)出版社 日 森 榮二3、新編電子電路大全通用模擬電路 中國(guó)計(jì)量出版社 中國(guó)計(jì)量出版社組編4、新編電子電路大全通信電路 中國(guó)計(jì)量出版社 中國(guó)計(jì)量出版社組編5、實(shí)用遙控電路 人民郵電出版社 肖景和 趙健6、高頻電子線(xiàn)路 哈爾濱工程大學(xué)出版社 陽(yáng)昌漢7、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（2003年） 北京理工大學(xué)出版社 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)