單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計資料(共25頁)

1、 單工無線呼叫(h jio)系統(tǒng)【摘要(zhiyo)】：本文主要介紹以AT89S51單片機為核心的一個具有單工語音和英文數(shù)據(jù)傳輸功能無線呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主站主要由單片機與雙音頻（DTMF）信號編碼器以及鎖相頻率發(fā)射機組成；從站主要由由單片機與高保真調(diào)頻接收機以及雙音頻信號解碼器組成。主站與從站通過鎖相頻率發(fā)射機與高保真調(diào)頻接收機進行通訊。雙音頻（DTMF）信號編碼器與雙音頻信號解碼器能對調(diào)頻信號中的雙音頻（DTMF）信號進行調(diào)制與解調(diào)。雙音頻（DTMF）信號編碼器與雙音頻信號解碼器使得本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸能力(nngl)。在傳輸語音信號的同時也能傳輸一定的數(shù)據(jù)信息，對于小型的通訊系統(tǒng)具有一定的

2、適用性。【關(guān)鍵詞】：單片機 雙音頻（DTMF） 鎖相環(huán) 數(shù)據(jù)傳輸 【Abstract】： This article describes a radio calling system with the functions of single direction voice and data transmission which is based on the AT89S51 single chip microcomputer. The systems master station mainly consists of the single chip, DTMF signal encoder an

3、d PLL frequency transmitter. The slave stations mainly consist of single chip, Hi-Fi FM receiver and DTMF signal decoder. The master and slave stations communicate with each other through the PLL frequency transmitter and Hi-Fi FM receiver . Both of them make the system capable of transmitting the d

4、ata. The system is suitable for using in small communications systems due to the ability of its transmitting voice as well as the data in the same time.【Key Words】：Single chip microcomputer, DTMF PLL Data transmission 一、方案比較與論證1、編碼方案的選擇與論證 方案一：采用雙音頻（DTMF）信號發(fā)生器HT9200B將從單片機要發(fā)送的代碼轉(zhuǎn)換成雙音頻信號，該方案的優(yōu)點是編碼方式簡單

5、，可以選擇串行和并行兩種模式，編程者可以根據(jù)自己的編程思想進行選擇工作模式。方案二：采用雙音頻（DTMF）信號發(fā)生器HT9200A，該芯片只能(zh nn)是串行的工作模式。經(jīng)過比較，選擇(xunz)了方案一。2、發(fā)射(fsh)方案的選擇與論證方案一：采用鎖相頻率合成器芯片MB1501和壓控振蕩器（VCO）MC1648構(gòu)成鎖相環(huán)進行頻率合成后再進行發(fā)射。優(yōu)點：頻率合成靈活，方便。 方案二：采用變?nèi)荻O管和晶體管構(gòu)成頻率在30MHZ40MHZ三點式振蕩器進行頻率發(fā)射。方案三：采用晶振和晶體管構(gòu)成的石英晶體振蕩器，把頻率調(diào)整在30MHZ40MHZ再進行發(fā)射。方案四：采用MC145152進行頻率合成

6、，MC145152是采用外接撥碼開關(guān)的方法進行預置頻率。優(yōu)點：不懂單片機的也能可以制作。缺點：頻率合成不夠靈活。經(jīng)過比較和選擇，再加上要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終選擇了方案一。3、接收方案的選擇與論證 方案一：采用窄帶接收芯片MC3363構(gòu)成射頻窄帶接收機，接收來自主站的發(fā)射信號。方案二：采用調(diào)頻接收機接收，將調(diào)頻接收機的接收頻率范圍調(diào)整在30MHZ40MHZ之間，調(diào)節(jié)頻率即可接收到來自主站的信息。方案三：采用SONY公司的收音機專用芯片CXA1691作接收機，用該方案做接收機，其接收頻帶寬，是高保真的接收機?？紤]到從接收機下來的DTMF信號需要進行解碼，而解碼器MT8870對DTMF信號的電壓幅

7、值有一定的要求，再比較這三個方案，最后決定采用方案三。4、譯碼方案的選擇與論證 方案一：采用多音頻接收芯片MT8870來完成DTMF信號的接收、分離和譯碼，輸出由相應(yīng)16種DTMF頻率組合的4位并行二進制碼。解碼過程簡單、方便，且可靠性好。方案二：采用CD22204芯片對接收來的DTMF信號進行解碼，起抗干擾能力比較強，內(nèi)部有前置放大?？紤]到與HT9200B配合使用方便，我們選擇了方案一。5、鍵盤方案的選擇與論證 方案一 ：采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是可減少占用單片機的I/O口數(shù)目，使CPU有足夠的資源去處理其他的工作（多機通訊）。 方案二 ：采用獨立式按鍵電路，每個

8、按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數(shù)目較多。 方案三：采用由8255驅(qū)動的PC機鍵盤。優(yōu)點：占用單片機的I/O口少。缺點：鍵盤太大且驅(qū)動程序復雜，影響美觀。綜合考慮以上的方案及題目要求，由于系統(tǒng)需要用到的I/O端口比較多，所以采用了方案一。6、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( zhn)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(fng n)中，方案一軟件驅(qū)動簡單，硬件電路調(diào)試方

9、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)過比較選用方案二。 二、系統(tǒng)(xtng)硬件設(shè)計1、 系統(tǒng)的總體方案本系統(tǒng)主機硬件以AT89S51為主控制模塊，以雙音頻編碼器、鎖相調(diào)頻發(fā)射機、LCD顯示器為受控模塊。從機也以AT89S51為主控模塊，以高保真接收機、雙音頻解碼器、LCD顯示器為受控模塊。主機通過鍵盤輸入要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，單片機對鍵盤進行掃描和識別，對所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行雙音頻編碼處理后，由鎖相調(diào)頻發(fā)射機將其發(fā)射出去；從機將接收到的地址信號與本機信號進行核對確認準確后，接收主機發(fā)送過來的信號，并將接收的信號進行雙音

10、頻解碼，再單片機將控制LCD顯示模塊顯示主機傳輸過來的數(shù)據(jù)，否則將進行出錯顯示。本系統(tǒng)的硬件電路簡單可靠，能準確地實現(xiàn)題目要求的各種功能，采用雙音多頻編碼和解碼，使系統(tǒng)的語音和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)非常準確；且系統(tǒng)傳送和接收數(shù)據(jù)都無須設(shè)置糾錯位，使得系統(tǒng)的軟件設(shè)計也變得簡單可靠。系統(tǒng)的主站框圖如圖（1）示，系統(tǒng)從站的框圖如下圖（2）示。圖 1圖 22、 單元電路(dinl)（功能模塊）的設(shè)計（1）HT9200雙音頻（DTMF）編碼(bin m)模塊的電路設(shè)計圖3HT9200B的DTMF信號編碼電路如圖（3）所示，是HT9200B的典型應(yīng)用(yngyng)，只需要在X1和X2兩腳接上3.579545MHZ

11、的晶體或陶瓷振蕩器即可。HT9200B是一種(y zhn)高品質(zhì)的DTMF信號(xnho)發(fā)生器，可產(chǎn)生高質(zhì)量、高穩(wěn)定、高精度的DTMF信號，低功耗、總諧波失真低，在單片機的控制下可從DTMF引腳發(fā)出16個雙音及8個單音。HT9200B提供了可選擇的串行及并行模式以供用戶與各種應(yīng)用設(shè)備連接。本設(shè)計中選用了并行模式。在并行模式下，HT9200B提供四位數(shù)據(jù)輸入D0-D3以產(chǎn)生相應(yīng)的DTMF信號，S/P引腳接至高電平時選擇并行工作模式，之后輸入數(shù)據(jù)，最后將CE下拉為低電平以傳送DTMF信號。從CE下降至有DTMF信號輸出的間隔時間約6ms，其并行數(shù)據(jù)代碼與輸出音頻的對應(yīng)關(guān)系如下圖（4）所示。 圖（

12、4）（2）鎖相調(diào)頻發(fā)射模塊的電路設(shè)計如圖3.24示，利用“吞除脈沖”式串行數(shù)字鎖相頻率合成器MB1501和壓控振蕩器E1648，外接環(huán)路濾波器即可構(gòu)成一個完調(diào)頻發(fā)射器。調(diào)節(jié)可變電感的值，使從壓控振蕩器的輸出頻率變化范圍包含30 40 。由于從機的接收部分的接收部分的接受頻率為39.3 ，所以要用軟件控制發(fā)射頻率鎖定在39.3 。圖（5）MB1501系列為日本富士通公司的大規(guī)模集成數(shù)字鎖相頻率合成器，采用CMOS工藝，是一種具有吞除脈沖功能(gngnng)的單片串行集成鎖相頻率合成器芯片。“ 吞除脈沖(michng)”式鎖相頻率(pnl)合成器組成框圖如圖（6）所示。 圖（6）由于MB1501芯

13、片內(nèi)設(shè)置了移位寄存器，所以該芯片必須采用串行輸入方式實現(xiàn)分頻比的設(shè)置。為了使載波頻率的變化有較高的精度，若取參考頻率fr為5kHz，在外接12 晶體使內(nèi)部振蕩器頻率為12MHz的情況下，參考分頻比為12 / 5kHZ =2400。因此僅需改變MB1501可編程分頻器的吞除脈沖計數(shù)器分頻比A和可編程計數(shù)器分頻比即可控制鎖相環(huán)的輸出頻率，使其工作在相應(yīng)的工作頻率上。當環(huán)路鎖定時，振蕩器的輸出頻率為：其中(qzhng)為參考(cnko)頻率； ，A為分頻比系數(shù)(xsh)；工作時，前置分頻器先按除“P + 1”方式工作，當吞除計數(shù)器計到預置狀態(tài)后，轉(zhuǎn)換成除“P”方式工作。（3） 調(diào)頻接收模塊的電路設(shè)計

14、圖（7） 如圖（7）所示，采用索尼公司的收音機專用芯片CXA1691作高保真寬頻接收機，振蕩器采用50 的晶體，其接收性能非常優(yōu)越。芯片的4腳為直流音量控制端，改變該腳電位高低就可改變輸出音量的大小。通過調(diào)節(jié)該變位器改變其雙音頻信號輸出電壓的幅值，使解碼器MT8870能很準確地解碼。它完全杜絕了采用傳統(tǒng)音量控制電路因電位器不良而引起喇叭中嚓嚓聲的通病，使的其輸出的音頻信號的電壓很穩(wěn)定。 （4） MT8870音頻信號譯碼模塊的電路設(shè)計 圖（8） 如圖（8）示，將從高保真調(diào)頻接收機接收下來的DTMF信號進行解碼。由于MT8870的編碼方式和HT9200B的編碼方式完全一致，所以(suy)用MT88

15、70配合編碼部分使得系統(tǒng)的整和性很強，軟件編程變得更加簡單。當音頻信號來到，被MT8870解碼后，MT8870的15腳STD會由低電平向高電平跳變。將轉(zhuǎn)換輸出腳10硬件置高，打開輸出鎖存器，等待著解碼后的信號輸出。解碼輸出的二進制碼由Q1Q4輸出后進入(jnr)單片機，從而很好的完成解碼的功能。（5）鍵盤(jinpn)模塊的電路設(shè)計 考慮到要增加英文短信的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，若每個字母用一個鍵，就要用到很多單片機的I/O口，而單片機AT89S51的I/O口資源是有限的，就算采用矩陣式鍵盤也要用到很多的I/O口。根據(jù)手機鍵盤，想到復用式鍵盤，即一個鍵代表多個數(shù)字或字母。用矩陣鍵盤（圖（9）模擬手機復用

16、式鍵盤（圖（10），節(jié)省單片機的I/O端，使單片機有足夠的資源去處理其他的事情。圖（9） 圖（10）（6）顯示(xinsh)部分模塊設(shè)計以及工作原理的分析 采用(ciyng)的字符(z f)型液晶顯示模塊DCM162，配合復用式鍵盤使系統(tǒng)人機交互更加人性化。4、 發(fā)揮部分的設(shè)計與實現(xiàn)（1）從站數(shù)量擴展到8個模塊 采用4個撥碼開關(guān)與單片機的4個I/O口相連進行設(shè)置從機的地址，只需要撥動撥碼開關(guān)就可以改變叢機的地址。實現(xiàn)了實際只制作1個從站，就構(gòu)成了一點對多點的單工無線呼叫。 單片機只需要查詢各個I撥碼開關(guān)的狀態(tài)邊知道自己是幾號機。（2）英文短信傳輸采用復用式鍵盤（如上圖（10）模擬手機鍵盤便可以

17、實現(xiàn)英文數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。（3）增大主、從機間的通信距離 在發(fā)射峰值功率不大于20 時，將輸入的音頻信號進行放大后再發(fā)射，這樣就可以增大主、從機之間的通信距離。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序總體的流程圖單片機主站和從站的總流程圖主站：向所有的從機發(fā)送某個從機號碼，要求該從機接收信號。主機的總流程圖見圖（11）。 從站：接收來自主站的校驗碼和數(shù)據(jù)。從機總流程圖見圖（12）。圖（11）圖（12）四、系統(tǒng)(xtng)的組裝1、整機結(jié)構(gòu)圖及工藝(gngy)說明作為完整的電子設(shè)計除了需要好的硬件(yn jin)電路和軟件設(shè)計外，還需要良好的裝配工藝和美觀的外殼,即有好的人機界面。這些問題我們也做了相應(yīng)的考慮。

18、系統(tǒng)包括主站和從站兩部分，主、從站之間的區(qū)別在于：主站比從站多出鍵盤輸入模塊，主站是DTMF編碼器，從站是DTMF解碼器。主站：AT89S51單片機控制模塊、雙音多頻編碼模塊、鎖相調(diào)頻發(fā)射模塊、液晶顯示模塊、復用式鍵盤輸入模塊；用排線將各模塊連接起來，并將調(diào)好鎖相調(diào)頻發(fā)射機用屏蔽盒封裝起來以防止電壓的變壓器和其他外界頻率干擾其發(fā)射。采用雙電源供電，發(fā)射部分用12V供電以提高發(fā)射功率；單片機和其他模塊采用5V供電。從站：AT89S51單片機控制模塊、雙音頻解碼碼模塊、調(diào)頻接收射模塊、液晶顯示模塊；用排線將各模塊連接起來，并用屏蔽盒把調(diào)好的寬頻調(diào)頻接收模塊封裝起來，防止外界的其他頻率干擾其接收。接

19、收部分4節(jié)電池（6V）供電。2、面板圖及可調(diào)部件說明 主站的面板設(shè)置如圖（13）示；從站的面板設(shè)置如圖（14）示。圖（13）圖（14）五、系統(tǒng)(xtng)調(diào)試1、電路的測試(csh)方案（1）分級(fn j)調(diào)試鎖相調(diào)頻發(fā)射部分和調(diào)頻接收部分的調(diào)試：電路圖見圖（15），用信號源給鎖相調(diào)頻發(fā)射電路以一定頻率的信號，然后用調(diào)頻接收裝置來接收，用示波器來檢測調(diào)頻接收輸出的信號和信號源基本相同，這說明發(fā)射接收部分工作正常。圖（15）DTMF編碼和解碼的調(diào)試：采用有線調(diào)試，給DTMF編碼器一組數(shù)據(jù)讓其編碼產(chǎn)生DTMF信號，用解碼器解調(diào)，一樣解碼出來的數(shù)據(jù)與編碼的數(shù)據(jù)，說明這兩部分工作正常。（2）級聯(lián)調(diào)試

20、在分級調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，借助與簡單的軟件進行級聯(lián)調(diào)試。在簡單數(shù)據(jù)傳輸正常的情況下，逐漸增大軟件的功能，從硬件的調(diào)試過渡到軟件的調(diào)試和軟硬的混合調(diào)試，直到整個系統(tǒng)工作正常。2、測試儀器測試儀器包括TDS1002雙通道示波器，EET1461型DDS合成信號發(fā)生器、SG1640B函數(shù)信號發(fā)生器，WYK-302B2直流穩(wěn)壓源。以及軟件硬仿時的仿真器Keil uVision2，自制編程器AT89S51。3、測試結(jié)果 （1）發(fā)射功率的測定，用示波器測得調(diào)頻發(fā)射信號的峰峰值為450 ，由，可以算得功率=2.025 。 （2）經(jīng)過多次測量的數(shù)據(jù)，主從站的語音通信距離為20米左右，達到了題目的要求。 （3）傳送

21、信號為3003400的正弦波，去掉收、發(fā)天線，用20的功率衰減器連接主、從天線端子，用示波器觀察從站耳機兩端的接收波形時，在300380的頻段波形失真，3803400的頻段無明顯失真。六、結(jié)束語本系統(tǒng)采用AT89S51單片機實現(xiàn)題目要求的各種功能，外圍電路簡單實用，抗干擾性能強，數(shù)據(jù)傳輸采用雙音頻技術(shù)(jsh)使的傳輸?shù)恼`碼率低，能準確地傳輸信息，很好的達到了題目的要求?！緟⒖嘉墨I】1、電子線路設(shè)計(shj)實驗(shyn)測試（第二版） 謝自美 主編2、單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第三版） 馬忠梅 籍順心 張凱 馬巖 編著3、高頻電路原理與分析（第三版） 曾興雯 劉乃安 陳健 編著4、單片機

22、在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 余永權(quán) 汪明慧 黃英 編著5、數(shù)字通信、音像集成電路手冊 馮熙昌 編簡易頻譜分析儀作者：蘑榮祥 何富運 黃一平(廣西師范大學 物理與信息工程學院 創(chuàng)新基地 桂林 541004 )摘要該簡易頻譜分析儀以單片機AT89S52為控制核心，控制高中頻的二次變頻掃頻接收機進行頻譜分量分析，同時在示波器屏幕上顯示頻譜分量，具有分析范圍寬、高鏡像抑制比和高分辨力的特點。該作品很好地達到了設(shè)計目標。AbstractThe simplified frequency spectrum analyzer adapts the AT89S52 MCU as the control unit.It

23、controls the high and middle frequency receiver which can secondly changes frequency and scans frequency to analyse frequency spectrum. At the same time,the frequency spectrum is displayed on the screen of the oscillograph.This frequency spectrum analyzer has some excellent performance: the largo an

24、alyse range, high mirror restrain ratio,high resolving power.It better achieves the design aim.方案設(shè)計與論證(lnzhng)1、總體設(shè)計方案(fng n)方案一：將被測信號放大后直接用DSP或單片機經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進行傅立葉展開等數(shù)字處理，將得到的結(jié)果送到示波器等顯示(xinsh)器件進行顯示。這個方案的優(yōu)點是比較容易從軟件上進行各種數(shù)字運算的處理，因為本題目要求的指標并不高，采用這個方案將會極大提高設(shè)計成本和增加開發(fā)難度；方案二：參考題目推薦的方法，該題目可設(shè)計成一掃頻接收機，在掃頻范圍內(nèi)能檢測到每

25、個頻點上的信號幅度，此方案的優(yōu)點是電路比較簡單，不需要DSP等專用芯片處理就可以滿足設(shè)計要求，缺點是實時性比較差。比較兩種方案，考慮制作難度、性價比和時間等因素，我們選用了方案二，參考專業(yè)短波通訊中的接收機電路，采用二次變頻法將會得到比較高的鏡像抑止比、靈敏度和選擇性。 2、輸入調(diào)諧回路 方案一：采用變?nèi)荻O管和電感線圈組合成的壓控可變中心頻率的LC調(diào)諧回路進行選頻，這種電路的優(yōu)點是可以得到良好的選頻特性，缺點是在130MHZ的覆蓋范圍內(nèi)單個LC回路難以實現(xiàn)，需要用到頻段切換等技術(shù)處理，難以做到比較好的一致性；方案二：采用非調(diào)諧寬帶濾波的辦法，輸入級不設(shè)選頻電路，只設(shè)置一個通頻帶為130MHZ

26、的帶通濾波器，缺點是沒有選頻特性，但是電路簡單可靠；綜合比較后選擇方案二，選頻的實現(xiàn)是在一次變頻后用中心頻率為45.499MHZ的LC濾波器選頻。 3、混頻器混頻器是外差式接收電路必不可少的。方案一：用分立元件如三極管和二級管組成，顯然電路比較簡單，但是在混頻增益和性能一致性上有所欠缺；方案二：用集成電路混頻器，雖然一般(ybn)的器件存在動態(tài)范圍小的缺點，但是混頻增益高和性能穩(wěn)定；本作品需要用到兩個混頻器，要求比較高，綜合比較后選擇方案(fng n)二，采用性價比很高的NE602作為混頻器件，事實證明有很好的效果。4、中頻(zhngpn)值和中頻濾波器本作品中用到二次變頻，所以有兩個不同的中

27、頻值。方案一：低中頻+低中頻，即第一和第二中頻都比待接收頻率的最高頻率低，如第一中頻用10.7MHZ，第二中頻用455KHZ，由于頻率不高，中頻放大電路都比較好做，但是由于輸入回路已經(jīng)選定寬帶輸入，將帶來嚴重的鏡像干擾；方案二：高中頻+低中頻，即第一中頻比待接收頻率的最高頻率高，第二中頻比待接收頻率的最高頻率低，通過選用合理有效的輸入調(diào)諧回路這種辦法可以得到很高的鏡像抑止比；綜合比較后，選用方案二，第一中頻用45.499MHZ，第二中頻用4.999MHZ，同時第一中頻濾波器用普通LC中頻變壓器，第二中頻濾波器用帶寬為2KHZ的石英晶體濾波器，這樣可以得到很好的選擇性。5、第一本振和第二本振電路

28、采用寬帶輸入調(diào)諧回路后，通過改變第一本振的頻率值即可改變待接收頻率。方案一: 采用傳統(tǒng)的LC振蕩器，優(yōu)點是電路簡單，但是穩(wěn)定度差，不容易數(shù)控是明顯的缺點；方案二：用數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)的方法產(chǎn)生，缺點是電路比較復雜，但是穩(wěn)定性很好，容易由單片機控制；最終選定方案二，第一本振采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，精確度，穩(wěn)定度高。由PLL芯片MB1501、壓控振蕩器芯片MC1648、頻率為6.4MHZ的溫度補償晶體振蕩器、作為主控器的單片機AT89S52組成，在單片機的控制下可以產(chǎn)生頻率為45.499MHZ-75.499MHZ，頻率穩(wěn)定度與晶體的穩(wěn)定度相當，步進為1KHZ的任意點頻。第二本振由于是固定的，所

29、以選用40.5MHZ的有源溫度補償晶體振蕩器直接產(chǎn)生，精確度和穩(wěn)定性均很好。6、AM/FM鑒別電路方案一：將待分析的信號或其轉(zhuǎn)換后的中頻信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后用DSP或單片機分析，軟件和硬件上的難度很大，時間也不允許；方案二：參考成品頻譜分析儀的做法，將第一中頻信號同時輸入到AM檢波器和FM鑒頻器，靠人工對同一信號兩種不同解調(diào)辦法得到的不同結(jié)果來區(qū)別；綜合比較后選用方案二，用簡單的檢波器和D7021集成電路組成的AM/FM鑒別電路即可得到滿意的效果。7、核心主控器件方案一：選用一般數(shù)字電路組合而成，然而在本作品所需控制的器件的邏輯比較復雜，顯然會提高成本和降低可靠性；方案二：選用性價比高的單片機；我

30、們選擇方案二，直接選用AT89S52單片機，性價比高，完全滿足了本作品智能化的要求，同時與漢字液晶顯示模塊、鍵盤、D/A轉(zhuǎn)換器等外圍部件構(gòu)成了一個完整的主控系統(tǒng)。8、整體(zhngt)系統(tǒng)框圖系統(tǒng)(xtng)框如圖（1）如下：圖（1）系統(tǒng)(xtng)框圖 單元電路的分析與實現(xiàn)帶通濾波器為了將頻率測量范圍擴展至130MHZ，同時由于上下截止頻率之比為30MHZ/1MHZ=30，因此必須在輸入端設(shè)計一個帶通濾波器，這個濾波器性能的好壞將影響被測頻率的范圍，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濾波器。該濾波器的特點是：其逼近誤差峰值在一個規(guī)定的頻段上為最小，而且是等波紋的

31、，即誤差在極大值和極小值之間擺動。在設(shè)計過程中，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)計時，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）。在計算電容值很接近電容器的標準化值時，我們選用標準化值的電容器。當計算值與標準化值相差較大時，我們用固定值的云母銀電容器和云母壓縮微調(diào)電容器并聯(lián)使用。具體電路圖如下圖（2）所示： 圖（2） 130MHz帶通濾波器混頻器混頻電路的作用在于將不同(b tn)頻率信號變換為同一個固定頻率信號, 而保持其調(diào)制規(guī)律不變。 在本超外差式頻譜分析儀

32、中,采用兩級變頻的方法，提高儀器對譜線的分辯力。輸入的頻率信號與鎖相頻率合成的頻率信號先經(jīng)第一級混頻器，將輸入頻率信號變換為中頻45.499MHZ, 由于第一中頻取得高，這樣可以盡量避免外差式接收所特有的鏡像頻率干擾，但由于第一中頻很高，其絕對帶寬不能很窄，分辯力低。因此將第一中頻經(jīng)過中頻濾波器后再經(jīng)二次混頻將45.499MHZ的信號變換為4.999MHZ的中頻信號，這樣得到的中頻信號頻率低，濾波器的通頻帶可以做得很窄，可以提高儀器對譜線的分辨力。由于器件的非線性特性，使得混頻電路很容易產(chǎn)生混頻干擾。為了減小或避免混頻干擾，我們采取(ciq)了一系列的措施：(1) 選擇合適的中頻。如果將中頻選

33、在接收信號頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強的干擾哨聲。對于本系統(tǒng)的130MHZ的輸入頻率，我們分別選取(xunq)了45.499MHZ和4.999MHZ作為中頻信號，這樣產(chǎn)生中頻干擾的45.499MHZ的外來干擾無法通過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò)。 另外,由非線性電路的分析方法可知，當兩個頻率信號作用于非線性器件時，會產(chǎn)生這兩個頻率的各種組合分量，設(shè)輸入信號頻率fc，本地振蕩頻率fL，輸出中頻fI， 從式子：|pfLqfc|=fIF 可看出, 來源于p=0, q=1分量最強的干擾哨聲要求fc與fI的差值在音頻范圍內(nèi), 這個條件在整個中波波段都不會滿足。尤其是采用高中頻(中頻高于接收信號頻段),

34、還可以避免鏡頻干擾和其它一些寄生通道干擾。 (2) 提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進入混頻電路的外來干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。 (3) 采用具有平方律特性的場效應(yīng)管，模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路,可以大大減少無用組合頻率分量的數(shù)目,尤其是靠近有用頻譜的無用組合頻率分量,從而降低了各種組合頻率干擾產(chǎn)生的可能性。 依據(jù)上述特點，我們采用了選用NE602作為混頻電路的設(shè)計方案。NE602 是內(nèi)含本地振蕩的單晶片變頻器，它具有混頻的功能。其優(yōu)點：靈敏度高，可以處理低到微伏的信號，更重要的是，它對于本地振蕩或射頻輸入端

35、的射頻信號，只產(chǎn)生該有的反應(yīng)，對射頻外泄有很好的抑制能力；而其它種類的混頻器，則容易經(jīng)由輸出管道，外泄射頻訊號，如果在線路的設(shè)計上發(fā)生了射頻外泄時，必需要附加一些過濾射頻的相關(guān)線路，以防止這類現(xiàn)像發(fā)生，或減少射頻外泄程度。NE602不僅輸出端不會把高振幅的本地振蕩訊號外泄，而且，其輸出信號還可以直接推動后面的線路，也不會有超載之處。同時其靈敏度極高，因此在超外差式簡易的頻譜分析儀中，它扮演變頻器的角色，獨挑中頻線路。其具體電路圖如下圖（3）所示：圖（3）混頻(hn pn)電路在該電路中同時具有混頻和濾波的功能，將經(jīng)過二次變頻和窄帶濾波后得到的中頻信號直接輸入到中頻放大器進行(jnxng)放大。

36、第一本振第一本振采用鎖相環(huán)頻率合成的方法(fngf)，其中包括鎖相環(huán)頻率合成電路以及壓控振蕩器（VCO）電路，分別介紹如下：鎖相環(huán)頻率合成電路以MB1501為核心構(gòu)成的“ 吞除脈沖”式鎖相頻率合成器如圖4所示。利用“吞除脈沖”式串行數(shù)字鎖相頻率合成器MB1501，在MCU和C51編程語言的支持下，成功地構(gòu)成了全程掃描發(fā)生器。MB1501包含內(nèi)部振蕩器，參考分頻器，可編程分頻器，相位檢波器，鎖存器，移位寄存器，雙模高速前置分頻器和一位控制鎖存器等主要部件。只需外接環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、單片微處理器等電路即可構(gòu)成一個完整的全程掃描頻率合成器。該系列芯片具有如下特點：最高工作頻率1.1GHz，輸入

37、信號的幅度不低于200mVp-p；工作電壓為2.75.5V，典型值為3V；功耗低，在工作電壓為3V，工作頻率為1.1GHz時僅為45mW。采用串行數(shù)據(jù)輸入控制方式。 圖（4） “ 吞除脈沖(michng)”式鎖相頻率(pnl)合成器組成框圖圖（4）是鎖相環(huán)路原理簡圖。鎖相環(huán)路是一個(y )負反饋相位控制系統(tǒng)。它由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)和可編程分頻器(NP)四個基本部件組成。為保證足夠小的信道間隔和高的工作頻率，可采用吞除脈沖式數(shù)字鎖相頻率合成器。所謂“吞除脈沖”技術(shù)，就是采用高速雙模前置分頻器，根據(jù)模式控制電平的高低，來控制它的分頻比為P 或P +1。此類數(shù)字

38、鎖相頻率合成器的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。圖中，fr為參考頻率；fP為反饋頻率；NP，A為分頻比系數(shù)；fO為壓控振蕩器輸出頻率。工作時，前置分頻器先按除“P + 1”方式工作，當吞除計數(shù)器計到預置狀態(tài)后，轉(zhuǎn)換成除“P”方式工作。當前置分頻器完成一個工作周期后，又回到除“P + 1”工作狀態(tài)。具有吞除脈沖計數(shù)功能的可編程分頻器的總分頻比M有如下關(guān)系： M =P NPA （1）式中P為前置分頻器的分頻比。由于MB1501芯片內(nèi)設(shè)置了移位寄存器，所以該芯片必須采用串行輸入方式實現(xiàn)分頻比的設(shè)置。為了使載波頻率的變化有較高的精度，若取參考頻率fr為1kHz，在外6.4MHz晶體使內(nèi)部振蕩器頻率為6.4MHz的

39、情況下，參考分頻比為6.4MHZ/1KHZ =6400。因此僅需改變MB1501可編程分頻器的吞除脈沖計數(shù)器分頻比A和可編程計數(shù)器分頻比NP即可控制鎖相環(huán)的輸出頻率fO，使其工作在相應(yīng)的工作頻率上。當環(huán)路鎖定時，振蕩器的輸出頻率為：fO =（P/ NP + A） fr （2）其中(qzhng) MB1501外圍電路圖如下圖（5）所示圖（5）MB1501外圍(wiwi)電路（2）壓控振蕩器（VCO）電路(dinl)選用芯片MC1648作為壓控振蕩器。MC1648使用外接LC并聯(lián)振蕩回路，將變?nèi)荻O管接入并聯(lián)回路中，作為并聯(lián)回路諧振電容，使MC1648成為VCO。為了改善和提高其壓控特性的線性和振

40、蕩頻率的穩(wěn)定度，使非線性互相抵消，采用將兩個變?nèi)荻O管背對背串聯(lián)。該電路能使VCO 的頻率穩(wěn)定度均達到10 - 410 - 5量級。MC1648芯片內(nèi)部的AGC電路維持VCO輸出電壓的穩(wěn)定，使之不會因為頻率的變化而變化，且VCO輸出的信號幅度基本與輸出頻率無關(guān)。同時也具有較寬的壓控范圍。其具體連接電路如下圖（6）所示:圖（6）壓控振蕩器（VCO）電路(dinl)AM檢波(jinb)和FM鑒頻為了識別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號，必須對調(diào)幅和調(diào)頻信號進行解調(diào)。在對調(diào)幅信號解調(diào)過程中我們采用二極管峰值包絡(luò)檢波器。為了減小交流直流負載(fzi)之間的差別，我們在檢波器與下一級電路之間插入一級射隨器, 即增

41、大RL的值。調(diào)頻信號采用D7021進行解調(diào)，D7021 內(nèi)包含有高放、混頻、本振、二級有源中頻濾波器、中頻限幅放大器、鑒頻器、低頻器、低頻放大器、靜噪電路以及相關(guān)靜噪系統(tǒng)等，它具有單聲道FM 收音機的全部功能，外圍電路簡單，正符合設(shè)計的要求。AM檢波與FM鑒頻電路具體實現(xiàn)電路如下圖（7）所示：圖（7）調(diào)幅、調(diào)頻識別電路5、X軸掃描電壓產(chǎn)生(chnshng)電路驅(qū)動示波器X軸電壓由D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，可以(ky)得到線性良好的鋸齒波，有利于更好地讀數(shù)。D/A轉(zhuǎn)換器選用TCL7528，TCL7528是雙路、8位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，它設(shè)計成具有單獨的片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存器，其特點包括非常緊密的DAC至DAC一致性

42、。它可工作于電壓方式，產(chǎn)生電壓輸出而不是電流輸出，采用此種方式可節(jié)省(jishng)運算放大器，使電路結(jié)構(gòu)更加緊湊，利于系統(tǒng)小型化。6、1MHZ頻標產(chǎn)生電路1MHZ的頻標顯示沒有像傳統(tǒng)的辦法將諧波發(fā)生器的信號和被測信號混和的辦法，而是利用本作品接收機部分的接收頻率是可以精確定量的特點，當接收頻率為1MHZ的整數(shù)倍時用單片機產(chǎn)生一個短脈沖，將這個短脈沖直接在示波器Y軸上混和即可得到所需頻標，同理還可以得到其他頻率的頻標。7、單片機主控電路 本系統(tǒng)選用AT89S52單片機作為主控芯片，其性價比高，完全滿足了本作品智能化的要求，同時與漢字液晶顯示模塊、鍵盤、D/A轉(zhuǎn)換器等外圍部件構(gòu)成了一個完整的主控

43、系統(tǒng)。電路圖如下圖（8） 圖（8）單片機主控電路軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)(shxin)1、軟件(run jin)功能該軟件系統(tǒng)的主要目標是要實現(xiàn)對MB1501鎖相環(huán)頻率(pnl)合成器的控制，存儲當前中心頻率和掃頻寬度至24C02，以及鍵盤輸入、中文字庫液晶顯示輸出等操作。通過控制MB1501的可編程分頻器的吞除脈沖計數(shù)器分頻比A和可編程計數(shù)器分頻比NP，實現(xiàn)可設(shè)定中心頻率和掃頻寬度以及全頻段掃頻輸出的功能。同時通過利用單片機給TLC7528輸出數(shù)字量使之轉(zhuǎn)換為線性度良好的電壓模擬量，實現(xiàn)對示波器X軸的控制。2、系統(tǒng)程序流程圖如圖（9）所示：圖（9）系統(tǒng)程序流程圖抗干擾措施由于本地振蕩產(chǎn)生頻率較高，達到45.499MHz75.499MHz，因此為了很好地避免自激和減少噪聲，我們采取了一系列的抗干擾