通信电子线路课程设计调频对讲机设计.doc

兰州理工大学课程设计报告*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2012年秋季学期通信电子线路课程设计报告题 目： 调频对讲机 设计软件仿真与硬件调测 目录一、 前言3二、设计指标4三、系统总述5四、 单元电路设计与仿真74.1单元电路的设计74.2整体电路图84.3仿真电路9五、 硬件安装与调试165.1安装165.2调试175.3问题处理18六、设计总结19七、参考文献20附件1：硬件实体照片21附件2.元器件清单22一、 前言无线对讲机作为一种简单的通讯工具，由于它不需要中转和地面交换机站的支持，就可以进行移动通信，所以深受人们欢迎。目前广泛用于生产、保安、野外工程等领域的小范围的通信工程中。无线对讲机技术是很多无线通信技术的基础，目前应用较广泛的蜂窝式移动电话技术，就是在无线双工对讲机的基础上发展起来的新兴现代通信技术。对讲机的电路形式很多，从调制方式可分为调幅式和调频式；从收发功能上，可以分为单工式和双工式。单工式对讲机同一时间内，只能工作在一种状态下，即：接收或发射状态，而不能同时处于收发状态。单工式对讲机工作时，要不停的切换开关来控制收发状态，所以使用起来不太方便。但单工式对讲机，则由于它造价低，体积小，耗电低等优点，所以被大量使用。而双工式对讲机，可以收发电路同时工作，使用起来如同普通电话机一样，应用起来也比较方便，但是由于双工对讲机电路复杂，造价高，耗电大等缺点，所以应用较少。学生通过对调频对讲机安装与调试，可对所学过的高频电子线路中各单元的电路形式、各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果有更深的了解。同时，也对以前所学过的各类型模拟单元电路的工作原理、电路形式、调试方法、测试方法、测量技术、整机电路统调技巧等方面得到了全面的、系统的训练。为今后从事本专业工作奠定了坚实的技术基础。二、设计指标 本套件用的是DIP插件，电路板较紧凑，要求制作者细心，认真。对讲的发射部分采用两级放大电路，第一级为振荡兼放大电路；第二级为发射部分，使发射效率和对讲距离大大提高。它具有造型美观、体积小、外围元件少、灵敏度极高、性能稳定、耗电省、输出功率大等优点。只要按要求装配无误，装好后稍加调试即可，无需统调，是学习电子技术的理想套件。它既能相互对讲，不断激发学生的学习兴趣。通讯方式：同频单工工作电源电压范围：9V；电池供电电压：9V对讲距离：100米三、系统总述在现代通信中，对讲机是一种近距离的、简单的无线传输通信工具。目前，它广泛应用于生产、保安、野外工程等小范围移动通信工程中。本JC986A型对讲机是一款专用的对讲机，发射频率是49.8MHZ，2套对讲机构成一对，使用时用9V电池。电路简洁，整机制作比较容易，装配成功率高，具有遥控距离远，声音大等特点。它是由接收部分和发射部分组成。接收部分采用直接接收的方式，采用LC振荡电路检波，检波后音频信号再由低频放大器放大，最后由耦合电容推动扬声器发声；发射时，由扬声器讲话音信号变成电信号后，再经低频放大电路、调制电路，最后将已调波从天线发送出去。音频放大调制电路高频放大收发带通滤波器电 源发射接收选频放大混频电路中放电路解调电路音频放大本 振振荡器图3-1 对讲机原理框图对讲机声音的传播要依靠电磁波来完成。电磁波是由电磁震荡产生的。发射功率的大小直接影响到对讲机发射信号的强弱，同时对讲机之间的功率是否匹配将直接影响传输距离的远近。发射功率越大，发射信号覆盖的范围越大，在功率匹配的情况下通话的距离也就越远。但是，在实际中发射功率也不能太大，大的发射功率不仅影响原件的寿命，而且由于干扰噪声的存在则会引起很强的干扰。天线用于发射和接收电磁波，发射天线将高频电流转换为电磁波，向空中发射传播信息，并将电磁波转换为高频电流。天线的增益越大，驻波比越小，发射或接受的能力越强。本对讲机采用半双工工作方式。它的工作原理是，将话筒收到的微弱音频信号进行电压放大，并将放大后的交流电压经过检波电路检波整流后，得到一个直流电平信号，用其控制电子开关去切换收发电路工作状态，完成对讲机的收发转换过程。三极管Q1和耦合可调电感线圈T1，电容器C4，C2等组成振荡电路，产生频率约为49.8MHZ的载频信号。Q2,Q3,Q4,Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路。扬声器SP兼做话筒使用。电路工作在接收状态时，将收、发转换开关置于接收位置（默认状态为接收），从天线ANT接收到的信号经天线匹配电感L1，在经可调耦合电感线圈T1,电容器C4,C2，高频三极管Q1及T1次线圈等组成的检波电路进行检波。检波后的音频信号，经T1次级线圈中心抽头耦合到低频放大器的输入端，经放大后由电容器C17耦合推动扬声器SP发声。电路工作在发信号状态时，S2是收，发转换开关（复位开关），按下置于“发信”状态，由扬声器将话音变成电信号后由电容器C17耦合到Q2,Q3,Q4,Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路放大后，经耦合可调电感的中心抽头将信号加到震荡管Q1进行信号调制，使该管的bc结电容随着语音信号的变化而变化，实现了调制功能，并将已调波经T1及L1从天线发射出去。4、 单元电路设计与仿真4.1单元电路的设计4.1.1发射部分锁相环和压控振荡器（VCO）产生发射的射频载波信号，经过缓冲放大，激励放大、功放，产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。4.1.2接收部分接收部分为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，在经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器，得到人们所需的信息。图4-1 原理框图4.1.3调制信号及调制电路人的话音通过麦克风转换成音频的电信号，音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制。4.1.4信令处理CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。接收鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器，若不同，则关闭扬声器。4.1.5电源控制CPU控制在不同状态时，送出不同的电源接收电源：正常处于间歇工作方式，以保证省电发射电源：发射时才有电CPU 电源：稳定的电源4.2整体电路图 图 4-2 整体电路图三极管Q1和耦合可调电感线圈T1、电容器C4、C2等组成振荡电路，产生频率约为49.8MHz的载频信号。Q2 Q3 Q4 Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路。扬声器SPK1兼作话筒使用。电路工作在接收状态时，将收发转换开关置于“接收”位置(默认状态为接收)，从天线ANT1接收到的信号经天线匹配电感L1、再经可调耦合电感线圈T1、电容器C4、C2及T1次级线圈等组成的检波电路进行检波。检波后的音频信号，经T1次级线圈中心抽头耦合到低频放大器的输入端，经放大后由电容器C17耦合推动扬声器SPK1发声。电路工作在发信状态时，S2收发转换开关按下置于“发信”位置，由扬声器将话音变成电信号后由电容器C17耦合到Q2 Q3 Q4 Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路放大后，经耦合可调电感的中心抽头将信号加到振荡管Q1进行信号调制，使该管的bc结电容随着话音信号的变化而变化，而该管的bc结电容是并联在T1次级两端的，所以振荡电路的频率也随之变化，实现了调制的功能，并将已调波经T1及L1从天线发射出去。三极管Q1和耦合可调电感线圈T1，电容器C4，C2等组成振荡电路，产生频率约为49.8MHZ的载频信号。Q2,Q3,Q4,Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路。扬声器SP兼做话筒使用。电路工作在接收状态时，将收、发转换开关置于接收位置（默认状态为接收），从天线ANT接收到的信号经天线匹配电感L1，在经可调耦合电感线圈T1,电容器C4,C2，高频三极管Q1及T1次线圈等组成的检波电路进行检波。检波后的音频信号，经T1次级线圈中心抽头耦合到低频放大器的输入端，经放大后由电容器C17耦合推动扬声器SP发声。电路工作在发信号状态时，S2是收，发转换开关（复位开关），按下置于“发信”状态，由扬声器将话音变成电信号后由电容器C17耦合到Q2,Q3,Q4,Q5和相关电阻电容等组成低频放大电路放大后，经耦合可调电感的中心抽头将信号加到震荡管Q1进行信号调制，使该管的bc结电容随着语音信号的变化而变化，实现了调制功能，并将已调波经T1及L1从天线发射出去。4.3仿真电路 4.3.1接收电路的仿真 1.总电路的仿真4-3 接收总电路4-4 提供的输入信号设置参数4-5 喇叭端最终的获得的信号图4-5是天线接收49.8MHZ的正弦波时喇叭端获得一个直线段的放大信号，幅度如图：2.502V，足以推动喇叭发声。2.单元电路的仿真.天线接收与鉴频网络的仿真电路4-6 天线接收与鉴频网络的仿真电路4-7 鉴频后的输出信号图4-7是鉴频后的输出信号为一个正弦波有效值29.892mV。4-8 频率计的示数图4-8的结果显示对应的接收电路与鉴频电路的频率均为49.8MHZ左右。4-9 Q1的三个端口的直流工作电压 图4-9说明Q1工作在放大区。.后续处理的电路仿真图4-10 后续处理的电路4-11 推动喇叭发声的信号图4-11在喇叭端得到一条直线波形这就是推动喇叭发声的信号，幅值：2.526V4.3.2发射电路的仿真电路4-12 发射电路4-13 天线发射端所测得信号图4-13的技术参数：发射频率50MHZ左右。1. 发射电路单元电路仿真信号源部分4-14 信号源电路4-15 示波器下的波形4-16 参数设置音频信号放大部分4-17 音频放大电路部分仿真4-18 经过放大之后的输出信号波形图4-18中的电压值已经到了290mV。上面的电路的输出波形用于调频发射。调制反射部分电路仿真4-19 调制反射部分电路4-20 Q1的三个管脚的电压值 从图4-20知道该三极管工作在放大区。4-21 输出结果波形图4-21中电压已经到达5V左右，足以供天线使用。5、 硬件安装与调试5.1安装5.1.1安装安装前对照元件清单仔细检查了所给的元件，而且测试了三极管的好坏。检查无误后，先安装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。按如下步骤进行安装：确定元件的安装方式，由孔距决定，并对照电路核对电路板；将原件弯曲成形，本电路所有的电阻尽量采用立式安装，并将字符置于易观察的位置，以便以后检查；插装。应对照电路图对号插装，有极性的元件应注意极性，如集成电路的引脚等；焊接。各焊点加热时间及锡用量要适当，防止虚焊、错焊、短路。其中耳机插座、三极管焊接时要快，以免烫坏；焊后剪去多余的引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。所有的器件以立式插装，较紧贴电路板，不要掉得过高。电解电容，三极管插装时注意极性。焊接好的期间不要折断了，就立式放置。电路板上的跳线J1用焊接电阻厚剪下的金属线代替，还需以金属线把拨动开关的上端与电路板上S1处连起来。套件中6条导线，分别是按如下连接方式接入电路中： 120毫米长得导线：电池负极到电路板GND-处； 100毫米长得导线：电池接到电路板VDD+处； 2根80毫米长的导线：扬声器的两端到电路板SPK2处； 2根50毫米长的导线：一根是天线接线耳到L1的一端;一根是拨动开关中间端到电路板S2处。5.1.2注意事项1）发光二极管应焊接在印制板反面，对比好高度和孔位再焊接2）由于本电路工作频率较高，安装时请尽量紧贴线路板，以免高频衰减而造成对讲距离缩短；3）焊接前应先将双联用螺丝上好，并剪去双联拨盘圆周内多余高出的部分再焊接；4）J1可以用剪下的多余元件脚代替，J2的引线用黄色导线连接，TX的引线用略粗黄色导线连接；5）插装集成电路时一定要注意方向，保证集成电路的缺口与电路板上IC符号的缺口一一对应；6）按钮开关K1外壳上端的脚要焊接起来，以保证外壳与电源负极连通。5.2调试由于对讲机的工作条件相对较差，为确保机器可靠工作，在焊接元件之前，元件引脚均应先上锡，焊接时，引脚也要尽可能的短，避免不必要的耦合。元器件以及连接导线全部焊接完后，经过仔细检查后即可通电调试。（注意最好不要用充电电池，因为电压太低使发射距离缩短）：2套套件焊接完后，认真检查无错后，可接入9V叠层电池，旋转拨动开关钮，可以使电路通电工作，不安道复位按钮，电路处于“接收”状态，扬声器起“电”转化为“声”的作用，可以听到丝丝的声音；把另外一套的复位按钮按下，使其工作在“发信”状态，这时扬声器起“声”转化为“电”的作用，把两套的对讲机的天线平行靠近，用无感起子轻轻微调可调电感T1的磁芯，使接收机的“嘟嘟”啸叫声最大，即两者的发射接收频率一致。然后，2套互换按同样的方式微调可调电感的磁芯，保证两者的发射，接收频率一致。这样的过程要相互微微跳几次（包括拉开距离调试），保证2套之间对讲距离最远，声音最清晰。调试成功后，装好“拨动开关塑料旋钮”和“复位开关塑料钮”，用2颗螺丝固定电路板于前壳中，清理好导线，用5颗螺丝将前，后盖固定。 使用时，打开电池盒盖，装好9V电池，旋转拨动开关按钮，可以让电路通电工作，平时电路处于“接收”状态，按下复位按钮，电路处于“发信”状态。 如果安装后，通电没有“丝丝”的声音，请认真检查电源线，扬声线，元器件等有没有错焊，短路等故障，检查一定要细心。5.2.1接收部分的调整首先用万用表100mA电流档（其它档也行，只要50mA档即可）的正负表笔分别跨接在地和K的GB-之间，这时的读数应在1015mA左右，这时打开电源开关K并将音量开到最大，再细调双联，这时应收得到广播电台，若还收不到电台应检查有没有元件插错，印刷电路板有没有短路或开路，有没有焊接质量不高，而导致短路或开路等，还可以试换一下IC1，本机只要装配无误可实现一装响。排除故障以后找找一台标准的调频收音机，分别在低端和高端收一个电台，并调整被调收音机L4的松紧度，使被调收音机也能收到这两个电台，那么这台被调收音机的频率覆盖就调好了。如果在低端收不到这个电台，说明应增加L4的匝数，在高端收不到这个台，说明应减少L4的匝数，直至这两个电台都收到为止。调整时注意用无感起子或牙签、牙刷柄（处理后）拨动L4的松紧度。当L4拨松时，这时的频率就增高，反之则降低，注意调整前请将频率指示牌贴好，使整个圆弧数值都能在前盖的小孔内看到。5.2.2发射部分的调整首先将一台标准的调频收音机的频率指示调在100MHz左右，然后将发射部分的开关K1按下，并调节L1的松紧度，使标准收音机有啸叫，若没有啸叫则可将距离拉开0.20.5米左右，直到有啸叫为止，然后再拉开距离对这驻极体讲话，若有失真，则可调整标准收音机的调台旋钮，直到消除失真，还可以调整L2和L3的松紧度，使距离拉得更远，信号更稳定。若要实现对讲，请在装一台本套件并按同样的方法进行调试，对讲频率可以自己定，如88MHz、98MHz、108MHz这样可以实现互相保密也不至于相互干扰。这样一台自己亲自动手制作的对讲机就实现了。在调试和使用对讲机过程中，如出现故障，不能正常工作，则应先检查电源电压是否正常，元件有无焊错或损坏，各跳线是否联接可靠，如无问题，可先用万用表对各三极管、集成电路的电压进行检测，看有无异常。如有异常，则应检查故障原因，寻找故障元件。如各点电压正常，则可按已述调试方法，重新调试。5.3问题处理如果安装后，通电没有声音，就要认真检查电源线、扬声器线、元器件等有没有错焊、虚焊、短路等问题。当检查到有两点焊接到一起的时候，用电烙铁将上面的焊锡溶化用固定的工具吸掉，然后重新焊接；当检查到有虚焊是仔细将它焊牢；当检查到电源连接线、扬声器连接线没有焊牢时继续将它们焊牢。在调试时如果只能发送不能接收则检查接收电路，用万用表逐点测试找出错误点并改正；如果只能接收不能发送则检查发送电路，用万用表逐点测试找出错误点并改正。如果既不能发送也不能接收上面两部分都要照做。最后在验证对讲机的性能时，也应该考虑外界环境因素的影响，天气、地形、建筑物、电磁干扰等都会影响信号的场强和覆盖范围。当电池电量不足时，通话质量也会变差，严重的会有噪声初相，影响正常通话。六、设计总结本以为只是简单的焊接，应该没有难度，可是当自己亲自动手弄的时候，问题就开始一个接着出现，通过自己所查的资料，就让人感觉到头疼，因为上面有好多比较专业的知识，而且还是自己不知道的，为了能让自己更好的阅读懂，不得不扩充自己的知识面，光是看资料就让自己头痛了一周，不过收获还是不小的，最明显的就是自己的专业知识得到了巩固。我在对讲机的焊接过程中就出现了元器件少焊的问题，直接导致部分电路开路，对讲机没有声音，最后经过细心检查，终于解决了这一问题。由于电路板较小两个焊点的距离较近，很容易在焊接的过程中将两点焊在一起导致部分电路短路。所以焊接时一定要小心。本次课程设计让我学到了很多知识，锻炼了自己的动手能力和细心度，使学到的部分专业知识得以与实践相结合，所以本课程让我收获很多。七、参考文献1 张肃文，高频电子线路，北京：高等教育出版社 ，2008年2 康华光，电子技术基础（模拟部分）,北京：高等教育出版社，