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毕业设计
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多点无线数据传输系统资料,毕业设计
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多 点 无 线 数 据 传 输 系 统 nts题目：多点无线数据传输系统 摘要： 本系统分三个模块构成：一主接收机，两个发射机。主要以 89S52 为控制及数据编码 ，以 FSK为调制方式，利用无线传输文字和语音数据，采用 LCD显示、单片机数据存储器存储，具有多功能传输与存储功能。 关键词： 89S52 FSK 调制 LCD显示 一 方案比较 1、 载波生成比较 题目要求载波稳定度高，真正实现到可以有以下方法 方案一： 利用晶体振荡，值晶体震荡电路可以实现，不过使用太高频率的晶振仍然不够理想，同时高值 晶振并不好购买，并且在一定的范围内频率不容易改变。 方案 二 ： 采用 LC压空振荡器，利用锁相环技术产生高稳定载波，可采用 MC145152来实现 1-50MHZ足够，而且可以使载波达到很高稳定度，但是进入 MC145152的基准频率要经过前置分频而使可控制的频率降低导致传输速率达不到题目所给要求，如果基准频率频率太高 MC145152所集成的鉴相器达不到鉴频要求。 方案 三 ： 也可利用混频技术，使用较高频率用 MC1496模拟乘法器与从同一晶振产生的两个不太高的频率混频选出上限频率。频率稳定度也能达到。但是给选用接收方案带来 困难。 方案 四 ： 用 RC压控振荡产生高稳定载波，集成芯片有 CD4046和 NE564， CD4046频率太低，上限频率最高才 1.2MHZ，不利于发送，且传输数据慢。 NE564 可以达到几十 MHZ足可以满足要求。 最后选用 RC压空振荡为下一步直接 FSK调制用。 2、 数据发生器设计 比较 方案一： 专用编码 可用专用编码芯片进行文字，语音和图象编码，但是同时处理这些数据给单片机带来负担过重，单片机还要处理别的数据。所以不采用此方案。 方案 二 ： 简单 4*4 键盘与单片机组成数据编码 4*4键盘简单可实行，在有限时间内完成题 目要求，进而改善发挥部分。 3、 调制方法比较 对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号来控制高频载波的某些参量，这种把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。我们把数字调制与解调合起来称为数字调制，把包括调制和解调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统或数字调制系统。数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制时有振幅键控（ ASK）、频移键控（ FSK）、移 相键控（ PSK）调制方式。 FSK调制原理 nts 2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列 0、 1状态而变化，即载频为 f0代表传 0，载频为 f1 时代表传 1。显然， 2FSK信号完全可以看成两个分别以 f0 和 f1为载频、以 an 和 为被传二进制序列的两种 2ASK 信号的合成。 2FSK信号的典型时域数学表达式为： 2FSK信号的产生通常有两种方式：（ 1）频率选择法；（ 2）载波调频法。由于频率选择法产生的 2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换时刻， 2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生 2FSK信号，即用数字基带矩形 脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，输出不同频率的信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内，在这里，我们采用的是载波调频法。 4、 高校功率放大比较 方案一： 一般功率三极管放大： 采用一般三极管采用丙类高频功率放大电路或者采用 D类高频功率放大电路将载波发射出去，电路简单并且一般的无线电发射机都采用此方式，但无论丙类高频功率放大还是 D 类高频功率放大电路都采用了谐振选频网络，要做到带宽很宽、并且频率在 50MHZ 以内时很难做到，并且效率不高；如果减小带宽 即减小 FSK 信号的两个频率之差，将减小传输过程的抗干扰能力，提高传输的误码率； 方案 二 ： 高频功率合成： 高频功率合成利用传输线原理来达到功率分配和合成的目的，它的带宽很宽。但高频功率合成电路电路复杂难调、效率不是太高，我们不采用此电路。 c upc1651功率放大： 1651 用在高频放大，可用在几百兆，对与此设计可以说足够实现，线路简单效率高具体参数如下： 内部结构图： nts 5 显示方案的选择与论证 方案一：采 用传统的 8 位数码管（ LED）动态扫描显示传输的数据信息。 方案二：采用 16 位字符型液晶（ LCD）显示各种相关数据和信息，充分利用 4行液晶显示的大容量特性。 以上两种方案中，方案一软件驱动简单，硬件电路调试方便，但显示信息量少，功耗较大；而方案二采用的 16 位字符型液晶（ LCD）显示属于低功耗器件，使得系统更具智能化、人性化。经过比较选用方案二。 二 模块实现 1、 高稳定载波产生 a NE564相关参数介绍 1、在本设计中，所使用的锁相环为 NE564（国产型号为 L564）是一种工作频 率可高达 50MHz 的超高频集成锁相环。其内部框图和脚管定义如图。nts 图 1 其内部电原理图如图 : nts 图 2 1）在图 1（ a）中， A1（ LIMITER）为限幅放大器，它主要由原理图中的 Q1Q5 及 Q8， Q7 组成。 Q1Q5 组成 PNP， NPN 互补的共集 共射组合差分放大器，由于 Q2， Q3 负载并联有肖特基二极管 D1， D2，故其双端输出电压被限幅在 2VD=0.30.4v 左右。 因此可有效消除 FM 信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。 Q7， Q8 为射极输 出差放，以作缓冲，其输出信号送鉴相器。 (a)NE564 内部框图 (b)NE564 管脚分布图 2）鉴相 PD（ PHASE COMPARATOR）采用普通双差分模拟相乘器，由压控振 荡器反馈过来的信号从外部由端输入。另外由端去改变双差分电路的偏置电流， 控制鉴相器增益，从而实现环路增益控制。 3）压控振荡器 VCO NE564 的压控振荡器是一改进型的射极定时多谐振荡器。主电路由 Q21， Q22 与 Q23， Q24 组成。其中 Q22， Q23 两射极通过，端外接定时电容 Ct， Q21， Q24 两射极分别经电阻 R22， R23 接电源 Q27， Q25。 Q26 也为电流源。 Q17， Q18 为控制信号输入缓冲级。接通电源， Q21， Q22 与 Q23， Q24 双双轮流导通与截止， 电容 Ct 周期地充电与放电，于是 Q22， Q23 集成极输出极性相反的方形脉冲。根据 特定设计，固有振荡频率为 nts其中 R20=100 f0 为 VCO 振荡频率 图 2 锁相环内部电原理图 4）输出放大器 A2（ AMPLIFIER）与直流恢复电路 A2 与直流恢复电路是专为 解调 FM 信号与 FSK 信号而设计的。输出放大器 A2 由 Q37， Q38， Q39 组成，显然这是一恒流源差分放大电路，来自鉴相器的误差电压 由，端输入，经缓冲后，双端送入 A2 放大。直流恢复电路由 Q42， Q43， Q44 等组成，电流源 Q40 作 Q43 的有源负载。 若环路的输入为 FSK 信号 即频率在 f1 与 f2 之间周期性跳变的信号，则鉴相 器的输出电压 A2 放大后分两路，一路直接送施密特触发器的输入，另一路送直流恢 复电路 Q42 基极，由于 Q43 集电极通过端外接一滤波电容，故直流恢复电路的输 出 电压就是一个平均值 直流。这个直流电压 VREF 再送施密特触发器另一输入端 就作为基准电压。 若环路的输入为 FM 信号，那么在锁定状态，端的电压就是 FM 解调信号。 60 5）施密特触发器（ POST DETECTION PROCESSOR） 施密特触发器是专为解调 FSK信号而设计的，其作用就是将模拟信号转换成 TTL 数字信号。直流恢复输出的直流电压基准 VREF（经 R26 到 Q49 基极）与被 A2 放大 了的误差电压 Vdm 分别送入 Q49 和 Q50 的基极， Vdm 与 VREF 进行比较，当 VdmVREF 时，则 Q50 导通， Q49 截止，从而迫使 Q54 截止， Q55 导通，于是端输出低电平。 当 VdmVREF 时， Q49 导通 Q50 截止，从而迫使 Q54 导通 Q55 截止，端输出高电 平。通过端改变 Q52 的电流大小，可改变触发器上下翻转电平，上限电平与下限 电平之差也称为滞后电压 VH。调节 VH 可消除因载波泄漏而造成的误触发而出现的 FSK 解调输出，特别是在数据传输速率比较高的场合，并且此时端滤波电容不能 太大。 NE564 的主要参数如下： NE564 的最高工作频率为 50MHz，最大锁定范围达 12%f0，输入阻抗大于 50k ，电源工作电压 5 12V，典型工作电压为 5V，典型工作电流为 60mA，最大允许 功耗为 40mV；在频偏为 10%，中心频率为 5MHZ 时，解调输出电压可达 140mVp-p。 输入信号为有效值大于或等于 200mVRms。 2、 NE564 基本应用电路如图 3 其中 IC71 及其外围器件组成 FM 锁相解调电路，在锁相解调电路中，信号从第 6 脚经交流耦合输入， 2 脚作为压控振荡器增益控制端， 12 脚和 13 脚外接定时电容，通过组合使分别振荡在 5MHz 和 20.945MHz 上，从 14 脚输出调制信号 NE564 的 12 脚和 13 脚跨接定时电容 C， C 的由下列算式确定。nts 则当 f0 =1MHz 时 C 625pF f0 =2MHz 时 C 312pF f0 =4MHz 时 C 156pF f0 =5MHz 时 C 125pF f0 =8MHz 时 C 78pF f0 =16MHz 时 C 39pF f0 =20.945MHz 时 C 29pF f0 =32MHz 时 C 20pF 在实际电路中，由于分布电容的存在应比计算值偏小。 _ b 本系统具体应 用 2、 采集数据实现 数据采集利用键盘采集，通过单片机 89S52 编码之后传输；键盘采集数据采用一次按键技术，让按键按下的一次只产生一次动作；并且这次动作是在按键弹起的是候产生，防止按键的误动作。 3、 数据编码实现 从键盘采集数据，经单片机处理，给数据加上数据地址和校验位， 降低收发数据误码，提高数据准确度 。 nts1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 3- D e c - 2004 S he e t of F i l e : C : W I N D O W S D e s k t op 重要资料切勿删除 27 27.D dbD r a w n B y :10kR10kR10kR10kRV c c + 5vR O W 0R O W 1R O W 2R O W 3L I N E 0 L I N E 1 L I N E 2 L I N E 3 4、 FSK调制设计 NE564调制电路及频率调节 5带通滤波器 为了接受扩展至 37-48MHZ，同时由于上下截止频率之比为 48MHZ/37MHZ=1.30，因此必须在输入端设计一个带通 滤波器，这个滤波器性能的好坏将影响接收信号， 为了有效地减少频谱混叠失真和提高信噪比，本带通滤波器采用切比雪夫滤波器 。该滤波器的特点是：其逼近误差峰值在一个规定的频段上为最小，而且是等波纹的，即误差在极大值和极小值之间摆动。在设计过程中，滤波器各元件值都采取归一化值除以 MHZ 为单位的截止频率（边界频率） fc 的值。设计时，我们确定了低通滤波器的谐波频率衰减值以及高通滤波器的次谐波频率衰减值，同时还确定了该滤波器的最大容许通频带波纹值和驻波比（ SWR）。在计算电容值很接近电容器的标准化值时，我们选用标准化值的电容 器。当计算值与标准化值相差较大时，我们用固定值的云母银电容器和云母压缩微调电容器并联使用。具体电路图如下图（ 2）所示： nts 5、 接受处理数据 89S52处理 单片机 89S52 从 FSK 解调端接收到发射端经编码的数据后，利用软件将数据头地址和校验位去掉，得到原数据 6、 LCD显示界面 a界面 1 b界面 2 7 电源设计模块 电池供电 DC DC 变化 ，用 MC34063软件设计电源，在电池供电同时改变电压以给各个模块供电，解决交流高电压供电整流过程对信号的干扰。 提 高系统稳定度。 样机 1： 数据显示区 文字滚动区 样机 2： 数据显示区 文字滚动区 nts 三 软件设计 1、 接收 和发射 软件 设计 接 收 来 自 主 站 的 机 号校 验 码自 身 的 机 号 ？接 收 信 号Y不 接 收 信 号NL C D 显 示否 是 nts 2、 整体设计方框图 a 发射机 1设计 b发射机 2设计 C接收机设计 四 系统调试 1、 主要调试过程 aFSK调制解调调试 用信号源给 NE564 数据， NE564调制数据发射。接收端接收并解调出数据观测数据记录并计算错码率。记 录数据如下 |： 4*4 键盘 98S52 编码及串口数据输出 FSK 数据调制 高频放大 发射 4*4 键盘 98S52 编码及串口数据输 出 FSK 数据调制 高频放大 发射 接收信号 小信号放大 FSK 解调 数据输出 89S52接到 数 据后处理 LCD 显示发送样机和所发送的数据 nts发送数据（ /S） 100 200 500 1K 2K 10K 50K 100K 500K 接受数据 （ /S） 100 200 500 1K 2K 10K 50K 100K 500K 误码数 0 0 0 0 0 0 0 0 1 b LCD显示调试 主要解决显示乱码问题：显示的时候一般有乱码；解决的办法是加延时和查忙标志位 c、测试仪器 测试仪器包括 TDS1002双通道示波器， EET1461型 DDS合成信号发生器、 SG1640B函数信号发生器， WYK-302B2直流稳压源。以及软件硬仿时的仿真器 Keil uVision2，自制编程器 AT89S52。 五 系统测试结果 实际测试结果与题目要求对比 项目 题目要求 实际完成情况 发挥说明 1 载频稳定度高于 10-6 已完成 2 发送距离：不小于 10 米（发送功率不大于 10mW时） 优于题目要求 3 发送模块数：大于等于 2 以完成 4 数据传输率：每个发送模块不小于1kbps 优于题目要求 5 误码率：不大于 10-7 以完成 6 从站使用干电池供电， 主站不做要求 优于题目要求 7 增加发送模块数 以完成 nts8 增加发送距离（不增加发送功率的前提下） 以完成 9 降低发送端功耗，以适应电池供电 以完成 发挥部分介绍 1、 从主站都 采用电池供电 。 2、 数据传输率高 。 六 前景展望 在现今时代已经进入数字时代，数字传输的数据抗干扰能力强、准确率高；可以用来传输各种信号， 如果进一步改进加上编码译吗芯片完全可以用来传递文字信号、 视频信号、声音信号。 七 总结 在这次比赛中充分展示了团对精神，也进一步锻炼了自己，同时也学到了许多知识。总 感觉时间紧张，如果时间再长我们相信自己的作品会更加完美。 在此 也感谢学校领导及组织这次比赛的各位老师给了我们锻炼的机会， 丰富我们大学生活，开拓了知识视野，增强了我们动手动脑的能力，激发了们对科学知识探索的兴趣。 备注： 参考资料： 1、高频电路设计与制作科学出版社 日 铃木宪次 2、 LC 滤波器设计与制作科学出版社 日 森 荣二 3、新编电子电路大全 通用模拟电路 中国计量出版社 中国计量出版社组编 4、新编电子电路大全 通信电路 中国计量出版社 中国计量出版社组
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