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国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设 计 报 告 设 计 题 目 ： 模 拟 单 工 通 信 系 统 学 院： 电子信息工程学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 谭啸宇 学 号： 10213082 任课教师： 马庆龙 2013 年 7 月 16 日 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 目 录 1 设计任务要求 .1 2 设计方案及论证 .2 2.1 任务分析 .2 2.2 方案比较 .2 2.3 系统结构设计 .9 2.4 具体电路设计 10 3 制作及调试过程 13 3.1 制作与调试流程 13 3.1 制作与调试流程 19 3.2 遇到的问题与解决方法 19 4 系统测试 19 4.1 测试方法 19 5 系统使用说明 20 5.1 系统外观 20 6 总结 20 6.1 本人所做工作 20 6.2 收获与体会 20 6.3 对本课程的意见与建议 21 7 参考文献 21 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 1 1 设计任务要求 设计并制作一个如图 1 所示的模拟单工通信系统，实现话音信号和遥控信号在所给定 的模拟信道中的单向通信。 基本部分 （1） 系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2所示的一 个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入输出阻抗等参数须在 模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报告中的“任务分析”部分给出测试 过程及结果。 （2） 在发射机中设置一个3.5mm音频接口，通过该接口和音频线输入一路模 拟话音信号（可用mp3播放器、计算机等作为音源），由发射机对其进行调制、 放大后通过双绞线送入模拟信道，且连接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于 1Vp-p。 （3） 接收机应能够对接收到的信号进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频 功率放大后通过扬声器输出，声音应清晰响亮，无明显失真。 发挥部分 （1） 增加遥控信号传输功能，可在发射机和接收机各设置一个开关来切换当前通信模式 为话音通信或遥控通信。在发射机中设置编号为14的4个数字按键，在接收机中相应设置 4个LED，当按下发射机上任一数字按键时，接收机中相应的LED应能够被点亮。在发射机 和接收机上各设置一个“话音”指示灯和一个“ 遥控”指示灯，当切换到“ 话音”或“遥控”通信时， 两端相应指示灯点亮。 （2） 增加其他有意义的功能。如自动切换“话音”和“ 遥控 ”通信、“ 话音”和“遥控”信号同时 在信道中传输而互不影响、实现双声道立体声音频信号传输等。 2 设计方案及论证 2.1 任务分析 系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2 所示的一个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入 输出阻抗等参数须在模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报 告中的“任务分析 ”部分给出测试过程及结果。 在发射机中设置一个 3.5mm音频 接口，通过该接口和音频线输入一路模拟话音信号（可用mp3 播放器、计算机 等作为音源） ，由发射机对其进行调制、放大后通过双绞线送入模拟信道，且连 接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于1Vp-p。接收机应能够对接收到的信号 进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频功率放大后通过扬声器输 出，声音应清晰响亮，无明显失真。 模拟信道制作完成后， 测得增益最大处频率为 213kHz，幅度衰减到一半 时频率约为 40KHz，带宽约为 80KHz。 所制作信道为中心频率 210kHz 左右，带宽为 80KHz 的无源带通滤波器。要 该通过信道实现通信，需要将话音/遥控信号调制为频率处于通频带中的已制信 号，再在出信道后用对应的解调方式进行解调，加功放弥补信道衰减，从而实 现话音信号和遥控信号在该模拟信道中的单向通信。 2.2 方案比较 幅度调制方案：其中发射机如图 2-1 调幅发射机框图所示，接收机如图 2-2 调幅接收 机框图所示。 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 3 图 2-1 调幅发射机框图 图 2-2 调幅接收机框图 2、频率调制方案：其中发射机如图 2-3 调频发射机框图所示，接收机如图 2-4 调频 接收机框图所示。 图 2-3 调频发射机框图 图 2-4 调频接收机框图 文氏振荡器方案一： 文氏振荡器方案二： 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 5 文氏振荡器方案三： 三极管功放方案一： 三极管功放方案二： 功率放大器方案一： 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 7 功率放大器方案二： 乘法器方案一： 乘法器方案二： 检波器方案一： 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 9 检波器方案二： 2.3 系统结构设计 选用幅度调制方案： 1、发射机部分： 话音信号和遥控信号切换进入乘法器，用文氏振荡器产生约 200kHz 的载波对信号进行调制， 调制信号经过功率放大器后进入信道，如图 2-5 调幅发射机方案图所示。 ! 图 2-5 调幅发射机方案图所示 2、接收机部分： 信号从信道出来，经过二极管检波器进行解调，之后经过功率放大器进行放大，放大 后的信号分路给扬声器或解码器，播放声音或显示指示灯，如图 2-6 调幅接收机方案图所 示。 图 2-6 调幅接收机方案图 2.4 具体电路设计 文氏振荡器： 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 11 功率放大器：（LM386 用 proteus 单独仿真） 乘法器： 检波器： 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 13 输入 信号 文氏振 荡器 乘法器 信道 二极管 包络检 波 输 出 3 制作及调试过程 3.1 制作与调试流程 乘法器： 如图 2-10 乘法器连接图中给了一个-4v 的偏置电压，后来为了方便最后调试，在 633 的 X2 管脚加了一个抬升调制波包络的电位器，将-15V 分压给 X2 管脚，调节包络厚度，波 形如图 2-11 乘法器仿真波形图所示。 图 2-10 乘法器连接图 图 2-11 乘法器仿真波形图 用了一个电位器去给-15V 的直流稳压电源分压给偏置，调节电位器，使包络没有产生 过调幅为止。 文氏振荡器： 先调节两个电位器使其产生一个频率为 210K 的左右的正弦波（信道中心频率为 210K） ， 再用一个电位器给输出分压，调节分压电位器使输出峰峰值为 3V 到 4V 左右。 根据信道参数，振荡器的输出频率需要 200kHz，其中选用 C=250pF，根据式 2-1 可以 求出，R=3.18kHz。文氏振荡器电路如图 2-8 文氏振荡器图所示，输出波形如图 2-9 振荡 器仿真波形图所示。 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 15 （式 2-1） 图 2-8 文氏振荡器图 图 2-9 振荡器仿真波形图 包络检波器： 在二极管包络检波电路中，截频需略大于 3.4kHz，根据式 2-2 可以计算出 RC4.7X10(-5)。得到的电路图如图 2-12 包络检波连接图所示，波形如图 2-13 包络检波 仿真波形图所示。 （式 2-2） 用式 2-2 计算出了电容电阻大小后，解调总是会有失真和噪声。最后我把电阻替换成 了电位器，一边调一边看仿真波形，发现可以解调出带有高频噪声的正弦波。等实物做出 来再根据影响大小考虑要不要再加一个滤波器。 图 2-12 包络检波连接图 图 2-13 包络检波仿真波形图 实际焊接中用电位器与固定电容并联，调节电位器使 1/2piRC 大概为信号发生器输出 频率，解调后波形较细。 低通滤波： 调节电位器后使解调后的信号高频成分少。 功率放大器： 通过所设电位器以分压方式调节运放输入电压，改变输出电压，起到调节增益的作用。 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 17 应在实物完成后根据解调出的方波幅度进行调节。其中功率放大器连接如图 2-16 功率放 大器连接图所示，波形如图 2-17 功率放大器仿真波形图所示。 图 2-16 功率放大器连接图 图 2-17 功率放大器仿真波形图 编码解码: PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相 应的数据脚也输出高电平。PT2272 对从 Din 端子送入的信号进行解码。所送入的编码波 形被译成字码，它含有码地址位，数据位和同步位，解码出来的地址码与所设置地址输入 端进行比较。 PT2262 内置振荡回路,通过在 OSC1 和 OSC2 端外接一个电阻可构成一个精密的振荡 器。为确保 PT2272 能正确地对接收到的波形解码，要求 PT2272 的振荡频率与 PT2262 的 频率相匹配。 根据振荡频率计算表达式如式 2-3，计算出 PT2262 振荡电阻选为 1.2M 欧，PT2272 振 荡电阻选为 200K 欧。 （式 2-3） KHzkRfosc)(160 编码器与解码器的连接电路图分别如图 2-18 编码器连接图和图 2-19 解码器连接图所 示。 图 2-18 编码器连接图 图 2-19 解码器连接图 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 19 3.1 制作与调试流程 首先按照电路图将各单元在面包板上进行连接，并且使用信号发生器与示波器进行测 试，当测试成功之后再将各个单元焊到电路板上。具体的焊接顺序是首先是信道，之后模 拟部分的顺序是发射机功率放大器、接收机功率放大器、文氏振荡器、前置放大器、乘法 器、检波电路、音频输入口和扬声器，数字部分的顺序是编码器、解码器、脉冲整形、开 关和发光二级管。在调试文氏振荡器的时候，我们将载波频率调制信号的中心频率 210kHz 上。在各个部分都调试成功之后，先将模拟部分与信道连通并进行调试。然后将数字部分 不通过调制与信道直接接通进行调试。然后再将数字部分通过信道传输，发现衰减十分严 重，于是将数字部分的编码器输出接入乘法器进行调制，利用开关进行控制。之后对乘法 器的偏置与接收机检波电路中的电阻同时调整。由于检波电路中对于数字部分与模拟部分 的频率要求不同，往往是模拟部分解调的好的时候数字部分的解调信号解码器无法识别， 所以要找到一个点，能够同时将数字部分与模拟部分解调出来。 3.2 遇到的问题与解决方法 数字部分电路电源为正负 3V，而电源选用为正负 15V 直流稳压电源，所以采用电位器 分压。 乘法器输出太大，调小峰峰值又会改变频率，这里也采用电位器分压。 解调后的信号较粗，高频成分多，随后在解调输出用部分加了一个 RC 低通滤波器，高 频成分被滤除很多。 LM386 经常坏，经同学提醒原来是在调试时不能接好电源后开启，应该先开启电源， 调至 0V，再接入电路，然后调试时慢慢将电压升至 15V。 4 系统测试 4.1 测试方法 信道的调试： 将信号发生器接至信道左端输入，输入接红线，黑线接地；示波器接至信道右端。使 用信号发生器输入一个 Vpp=2V 的正弦波，调节频率并在示波器上找出振幅最大的频率为中 心频率，记录此时的信道输出 Vppmax，与 2V 相比计算衰减量。将频率调大，使示波器振 幅为 Vppmax 的一半，记录此时频率 fup。再将频率调小，是为 Vppmax 的一半，记录此时频 率 fdown。则带宽 B 为 fup-fdown。 文氏振荡器的调试： 文氏振荡器是产生载波的模块。将发射机的电源及地线分别接好，用示波器测量振荡 器输出端口。使用示波器测量振荡器的输出频率。调节两个电位器共同调整振荡器的频率 与幅度，将频率调制信道的中心频率附近。再调节分压电位器使输出在 3 到 4V 左右。 乘法器的调试： 乘法器是调幅模块。将一个频率在 1k-4kHz、幅度近似为 500mV 的正弦波输入到发射 机输入端口。用示波器测量乘法器输出端口，乘法器调试连接图所示。旋转电位器，调节 乘法器的偏置电压，使包络没有过调幅。 5 系统使用说明 5.1 系统外观 6 总结 6.1 本人所做工作 由于一个人一组，所以我做了所有工作。 6.2 收获与体会 由于这是本科阶段最后一次电工实验了，我决定好好抓住这次机会，锻炼自己的能力， 于是我决定不与同学组队了，要自己独立完成这次课程设计的任务。 刚开始拿到设计题目后，并没有明确的思路，于是我去网上查找了许多有关的资料， 再结合老师给的参考元件，慢慢整理了一些头绪出来。我了更好了完成设计，我把这次设 计任务细分了很多小块，比如设计一个正弦波发生器，设计一个功率放大器，设计一个乘 法器，设计一个包络检波器，设计一个低通滤波器等等。然后我再按细分下来的任务，一 点一点去完成。 最先做的就是仿真，通过这次仿真我发现 Mutisim 真的是一款非常好用的软件，只要 耐心的搭建电路图，一些功能都能很好的通过这款软件体现出来，但是也要注意仿真结果 往往和实际结果有着很大的差别，所以有部分电阻在按仿真结果焊接时最好用电位器代替。 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告 21 设计好电路后就得去中发市场买元件了。在中发逛的时候一定要小心代购集团，这些 代购的摊位卖的东西并不多，但是他们却很清楚你所想要的东西在哪能买到，当你问他们 你所想要的东西时，他们会骗你说有卖，但是得去仓库拿，其实他们是跑到专门卖你所想 要的东西的店铺里去拿货，然后再以比专卖店更贵的价格卖给你，从而赚取差价。所以在 中发逛的时候一定要货比三家，更要注意店铺上方的标牌上所写的专营的物品，比如电阻 就尽量去电阻专营店买，电容就尽量去电容专营店买，那些一直拿着电脑查的商家的店铺 千万不要去。 买好材料后就是进行焊接的工作了。焊接我推荐使用三联板，有些同学觉得三联板比 较麻烦，线路比较复杂，更倾向于单联板，然后用拖焊的方法来焊接。其实只要你仔细把 三联版的特点摸透后，焊接起来能省很多事，而且用单联板拖焊稍有不慎就容易短路，而 三联板的内置铜线能让你省很多导线和焊锡，并且接地接电源都很方便，因此我推荐使用 三联版来进行焊接。 焊接好电路后就是调试了。调试时一定要注意不能把电路电源都接好后再直接启动电 源，这样做的话电源产生的瞬时峰值可能会烧坏你的芯片，所以要把电源先调 0V 接入电路， 接好电路后再慢慢调高电源电压值。然后实验室里的示波器有两种，一种是数格子数读值， 这种示波器波形效果显示的非常清晰，包络看的也非常清楚，但是又很多示波器格子数与 真实值不对应，读值很不准确；另一种示波器是数字的，这种示波器有自动读数功能，能 自