课程设计（论文）-调频频对讲机的设计.doc

目录 第一章第一章 绪论绪论.3 1.1 调频收音机概述.3 1.2 对讲机概述.4 第二章第二章 系统设计总体要求系统设计总体要求.5 2.1 课题设计目的.5 2.2 课程设计题目及设计要求.5 2.3 课程设计具体内容及要求.5 第三章第三章 总体方案总体方案.7 3.1 收音机接受方案.7 3.2 对讲机发射方案.7 第四章第四章 原理框图原理框图.9 4.1 课题设计目的.9 4.2 对讲机印刷版电路.9 第五章第五章 系统模块详细设计与调试系统模块详细设计与调试.10 5.1 HX1800 工作原理.10 5.1.1 装配说明.11 5.1.2 电路原理.11 5.1.3 芯片概述.11 5.2 HX1800 安装过程.12 5.2.1 焊接与安装.12 5.1.2 安装提示.13 5.1.3 芯片概述.13 第五章第五章 设计总结设计总结.15 第六章第六章 参考文献参考文献.16 第七章第七章 系统软件方案系统软件方案. 16 7.1 I2C 接口键盘及 LED 驱动器原理图.16 7.2 程序清单及说明.17 7.2.1 程序清单. 17 7.2.2 实验运行结果. 21 第一章 绪论 1.1 调频收音机概述 调频收音机主要用来接收调频制广播节目。其解调过程是用鉴频器对己调频高频信号进行解调， 由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和和音频功率放大器组成。调频 信号在传输过程中，由于各种干扰，使振幅产生起伏，为了消除干扰的影响，在鉴频器前，常用限幅 器进行限幅，使调频信号恢复成等幅状态，电路结构见图 4。调频收音机一般工作在超短波波段，其抗 干扰能力强、噪声小、音频频带宽，音质比调幅收音机好。高保真收音机和立体声收音机都是调频收 音机。调频波段都在超高频(VHF)波段，国际上规定为 87108 MHz。 广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制， 这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波 信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速 度为 3108m/s，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇 叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原声音，即是声电转换传送电声转换的过程。 2 图 1 为调幅超外差收音机的工作原理方框图，天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本 机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，我国中频标准规定为 465KHZ）一起送入变频管 内混合变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频（实习图 3-2 中 B 处） ，中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大， 中频信号经检波并滤除高频信号（实习图 3-2 中 D 处） 。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。 本机工作原理简述。电路图见实习图 3-3 所示 C1、B1 组成天线输入回路。VT1、B2、B1、C 组成变 频级。VT1 为变频管。初级线圈与 C 构成变频级负载。C1、B2 组成本机振荡电路，C6 为振荡耦合电路， VT2、VT3 组成中频放大电路，2AP9 为检波电路，R9 为音量电位器（带电源开关） ，C16 为高频耦合电 容。 VT4、VT5 为前置低频放大级、VT6、VT7 组成乙类推挽功率放大器。R16、C21、C17 为电源波波电 路。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R12、R10、R11、R13、R17、R18 为各级的直流偏置电阻。 1.2 对讲机概述 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。 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。 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、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 图 3 简易调频对讲机原理图 电路如图所示。三极管 V 和电感线圈 L1、电容器 C1、C2 等组成电容三点式振荡电路，产生频率约 为 100MHz 的载频信号。集成功放电路 LM386 和电容器 C8、C9、C10、Cll 等组成低频放大电路。扬声 器 BL 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，从天线 ANT 接收 到的信号经三极管 V、电感线圈 L1、电容器 C1、C2 及高频阻流圈 L2 等组成的超再生检波电路进行检 波。检波后的音频信号，经电容器 C8 耦合到低频放大器的输入端，经放大后由电容器 Cll 耦合推动扬 声器 BL 发声。 电路工作在发信状态时，S2 置于“发信”位置，由扬声器将话音变成电信号，经 IC 低频放大后，由输 出耦合电容 Cll、S2、R3、C4 等将信号加到振荡管 V 的基极，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 L1 两端的，所以振荡电路的频率也随之变化，实现了调频的功 能，并将已调波经电容器 C3 从天线发射出去。 V 选用 fT=600MHz，B=60 的硅高频小功率管，如 3DG80、3DG56 等。L1 用 0.8mm 漆包线平绕 6 圈， 内径为 6mm，然后拉长成间距 1mm 的空心线圈。L2 用 0.lmm 漆包线在 1/8W、100K 电阻上绕 l00 圈而成。 C1、C2、C3 选用云母或高频瓷介电容。S2 选用四刀二位拨动开关。BL 选用直径为 5cm 的电动式喇叭。 天线用 0.8 米拉杆天线（作无线话筒时可用同样长度的多股软线代替） 。电源采用 9V 叠层电池。两部 对讲机元器件参数应尽量一致。 调试时，先将 S2 置于“接收”位置，这时扬声器应有较大的噪声。用手摸一下三极管外壳噪声消 失说明接收电路工作基本正常。然后将 S2 置于“发信”位置，取一台调频收音机放在附近，接收频率 调到 100MHz 左右，这时收音机中应有较大的啸叫声，拉开约 10 米距离啸叫声消失，对准话筒发话， 在收音机中应能听到清晰、宏亮的声音。若无声音或音小，可调整收音机的频率。待两部对讲机进行 完上述调试后，进行互通试验，适当调整 L1 的间距使收、发信都能统一到同一个频率上。当与本地电 台频率重叠时，需更换谐振电容 C1，防止互相干扰，影响正常使用。 第二章 课程设计总体要求 2.1 课程设计目的 通过本次课程设计,运用已学的课程知识,根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,对现代通信 技术课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从 而加深对本课程知识点的理解，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面 有显著提高。 2.2 课程设计题目及设计要求 1、题目： 调频收音/对讲机 2、设计要求：调频收音/对讲机 利用实验系统的资源来设计制作一个“调频收音/对讲机” 。 工作流程如下： （1）系统电路分析; （2）电路原器件焊接装配; （3）电路调试以及预先设定指标。 2.3 课题设计具体内容及要求 课程设计任务及工作量的要求（包括课程设计说明书，图纸，实物样品等要求） 根据任务书要求，在教师的指导下，独立完成设计方案，根据各模块功能，运用相关知识完成各 模块的详细设计，调试及测试。 1、硬件制作 （1） 原理图设计要符合项目的工作原理,根据电路图合理选择电阻、电容等相关元件； （2） 焊接正确,无虚焊; （3） 了解该系统设计的一般步骤和调试方法; 2、系统调试 （1） 接受机调试：打开电源开关,将音量开至最大,再细调双联,这时可以收到广播电台信号； 6 （2） 发射机调试：打开发射部分开关，拉开距离对着驻极体讲话，声音无失真； 3、设计报告 每位同学要上交一份完整的课程设计报告（统一用 A4 纸打印） 。课程设计报告的具体要求见附件 1（现代通信技术课程设计报告的要求）和附件 2（现代通信技术课程设计实习报告书写格式规范） 。 4、结束 完成设计任务后，由指导教师进行验收。验收过程中，接受指导老师对综合应用能力和实验能力 的提问考察。 5、其他 （1） 独立完成现代通信技术课程设计的各项内容； （2） 文明课程设计，保持课程设计场所卫生、工作台面整洁; （3） 正确使用实验仪器设备; （4） 注意用电安全; 第三章 总体方案 3.1 收音机接收方案 调频信号由 TX 接收，经 C9 藕合到 IC1 的 19 脚内的混频电路，元件构成本振的调谐回路。在 ICl 内部混频后的信号经低通滤波器后得到 l0.7 MHz 的中频信号，中频信号由 IC1 的 7、8、9 脚内电 路进行中频放大、检波，7、8、9 脚外接的电容为高频滤波电容，此时，中频信号频率仍然是变化的， 经过鉴频后变成变化的电压。10 脚外接电容为鉴频电路的滤波电容、这个变化的电压就是音频信号， 经过静噪的音频信号从 14 脚输出耦合至 12 脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从 ll 脚 输出，经过 R10、C25 、RP，耦合至 IC2 进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。 3.2 对讲机发射方案 变化着的声波被驻极体转换为变化着的电信号，经过 R1、R2、C1 阻抗均衡后，由 VT1 进行调制放 大。C2、C3、C4、C5、Ll 以及 VTl 集电极与发射极之间的结电容 Cce 构成一个 LC 振荡电路，在调频 电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。当电信号变化时，相应的 Cce 也会有变化，这样 频率就会有变化，就达到了调频的目的。经过 VT1 调制放大的信号经 C6 耦合至发射管 VT2 通过 TX、C7 向外发射调频信号。VT1 为 9018 是振荡放大三极管，VT2 为 D40 是专用发射管。 第四章 原理框图 4.1 电路原理框图 下图为 HX1800 的电路原理图: 4.2 对讲机印刷板电路 图 4-1 直流电机速度检测器框图 8 图 4-2 对讲机印刷电路图 第五章 系统模块详细设计与调试 5.1 HX1800 工作原理 5.1.1 装配说明 本套见用的核心芯片为 D1800,它作为收音机接受专用集成电路，功放部分选用 D2822。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，采用 9018 三极管使发射效 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收到电台，无需统调，是电子技术改 进更新的理想套件。它既能收到电台又能相互对讲，不断激发了学生的好奇心。收音机的参数：调频 波段 88MHZ108MHZ；工作电源电压范围 2.5V5V；静态电流 13.5mA；信噪比80dB；谐波失真 0.8；输出功率350mA。 发射机工作电流：18mA，对讲距离 50100 米。 5.1.2 电路原理 1、收音机(或接收)部分原理： 调频信号由 TX 接收，经 C9 藕合到 IC1 的 19 脚内的混频电路，元件构成本振的调谐回路。在 ICl 内部混频后的信号经低通滤波器后得到 l0.7 MHz 的中频信号，中频信号由 IC1 的 7、8、9 脚内电 路进行中频放大、检波，7、8、9 脚外接的电容为高频滤波电容，此时，中频信号频率仍然是变化的， 经过鉴频后变成变化的电压。10 脚外接电容为鉴频电路的滤波电容、这个变化的电压就是音频信号， 经过静噪的音频信号从 14 脚输出耦合至 12 脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从 ll 脚 输出，经过 R10、C25 、RP，耦合至 IC2 进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。 2、对讲发射部分原理： 变化着的声波被驻极体转换为变化着的电信号，经过 R1、R2、C1 阻抗均衡后，由 VT1 进行调制放 大。C2、C3、C4、C5、Ll 以及 VTl 集电极与发射极之间的结电容 Cce 构成一个 LC 振荡电路，在调频 电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。当电信号变化时，相应的 Cce 也会有变化，这样 频率就会有变化，就达到了调频的目的。经过 VT1 调制放大的信号经 C6 耦合至 9018 三极管 VT2 通过 TX、C7 向外发射调频信号。VT1 为 9018 是振荡放大三极管，VT2 为 9018 是专用发射管。 5.1.3 芯片概述 本套件采用了 D1800 和 D2822 这两种芯片，它们的内部结构如图 3 和图 4 所示。核心芯片为 D1800，它作为收音接收专用集成电路，功放部分选用 D2822。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，采用专用的发射管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收到电台，无需统调，是电子技术改进更新的理想套件。它既能 收到电台又能相互对讲。 图 5-1 D1800 内部框图及静态参考电压 10 图 5-2 D2822 方框图及静态电压参考值 棕红橙黄绿兰紫灰白黑金银 1234567890510 图 5-3 电阻值计算示意图 5.2 HX1800 安装过程 5.2.1 焊接与安装 一般先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接 : (l) 清查元器件的质量，并及时更换不合格的元件； (2) 确定元件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对电路板 ； (3) 将元器件弯曲成形，本电路所有的电阻( 除 Rl2 外)均采用立式插装 ,尽量将字符置于易观察的 位置 , 字符应从左到右，从上到下。以便于以后检查，将元件脚上锡，以便于焊接 ； (4) 插装。应对照电路图对号插装, 有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等； (5) 焊接。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路。其中耳机插座、三极管等焊接 时要快 , 以免烫坏 : (6) 悍后剪去多余引脚，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。 5.2.2 安装提示 (l) 发光二极管应焊在印制板反面，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，并剪去双联拔盘圆周内多余高出的引脚再焊接； (4) Jl 可以用剪下的多余元件脚代替 ,TX 的引线用粗软线连接； (5) 为了防止集成电路被烫坏，套件中配备了集成电路插座 ,22 脚插座由一个 14 脚插座和一个 8 脚插座组成，请务必要焊上； (6) 耳机插座上的脚要插好，否则后盖可能会盖不紧； (7) 按钮开关 Kl 外壳上端的脚要焊接起来，以保证 VD 的正极与电源负极连通。 5.2.3 测试与调整 元器件以及连接导线全部悍接完后，经过认真仔细检查后即可通电调试: (l) 收音 ( 或接收)部分的调整 :首先用万用表 100mA 电流档 ( 其它挡也行，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 10-I5mA 左右，这时打开电源开关 K, 并 将音量开至最大，再细调双联，这时应收得到广播电台，若还收不到应检查有没有元件装错，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即响。排除故障后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，说明应减少 L4 的匝数，在高端收不到这个电台，说明应增 加 L4 的匝数，直至这两个电台都能收到为止。调整时注意请用无感起子或牙签、牙刷柄 ( 处理后) 拔动 L4 的松紧度。当 L4 拔松时，这时的频率就增高，反之则降低，注意调整前请将频率指示标牌贴 好，使整个圆弧数值都能在前盖的小孔内看得见旋转调台拔盘 。 (2) 发射 ( 或对讲)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 10OMHz 左右，然后将 被调的发射部分的开关 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 0.2-0.5 米左右，直到有啸叫声为止，然后再拉开距离对着驻极体讲话，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 ，使距离拉得更开， 信号更 稳定。若要实现对讲，请再装一台本套件并按同样的方法进行调整，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相互干扰。 第六章 设计总结 这是我们第二次经历课程设计这样的大型作业了。根据第一次的经验，我们先去图书馆或上网搜 集调频原理、调频收音原理、对讲机原理。坦白的说，这一次相对上一次已经熟练了许多，因为在上 学期的嵌入式学习的实验环节中，我们做过类似的实验，所以就感觉做这一设计会比较容易一些。 实验初段，我们搜集资料到的一些资料，经过整理和筛选，拟定出基本的电路图框架和设计方向。 方案拟订之后，指导老师王永明给了我们一些小提示，包括了整个系统的大致原理框图，然后我们经 过对比，进一步确立课程设计的具体后续内容。之后，用 Word 文档正式的整理出来第一份调频收音机 /对讲机原理报告和原理图样。 12 之后是电脑绘图。我们根据先前拟订的原理图样，使用 PEOTEL 工具开始