电子毕业论文-短波调频接收机

2013 届本科毕业设计（论文）绪 论众所周知，短波调频接收机是收音机、电视机等无线通信系统中必不可少的设备，随着社会的发展，人们迫切要求在远距离能够接收到更好的信息，随着无线通信的发展，此技术也趋于成熟，而短波调频接收机是通信系统中必不可少的也很重要，人们对其的探讨也在逐渐加深。在这篇论文中注意了以下几点：1、注意了经典内容与新技术及其发展趋势相结合，在注意系统整体性的前提下，同时也阐明了个组成部分的工作原理和技术要求，并且选用了具有代表性的例子来加深理解。2、注意了可实施性，避免了繁琐的数学公式推导，力求从结论上深入浅出的阐明其物理概念。3、随着集成电路的发展，通信系统中越来越多的运用了集成电路，集成电路具有灵活、简便、不易损坏等优点，因此本论文尽可能的运用了集成电路，这样也使本论文更加得简洁、易懂。短波调频接收机一般包括：天线、前端输入回路、混频、本振、中放、解调、放大和输出等部分。如果要事先静噪、自动调谐、程控搜索、电台存储、载频显示，还要加上适当的控制和键盘显示电路。其中混频、中放、解调和静噪电路既可以单独设计，也可以采用专用的芯片。采用单片机,可以实现发挥部分所要求的程控搜索、电台存储、载频显示等功能，而且有专门的锁相环频率合成器可用。故本振部分电路选择锁相环频率合成方式。从理论上讲，输入选频回路也可以由本振部分锁相环中的低通滤波器输出电压来控制，但是由于变容二极管的非线性，以及两部分电路的参数调整困难，实际上难以采用。因此输入回路谐振频率由单片机通过 D/A 转换的输出电压来控制。综合以上分析和论证，本设计完整的方案为：以 PLL 频率合成方式产生稳定的本振，同时以电压合成方式来控制输入谐振回路的谐振频率，从而实现电调谐。混频、中放、解调和功放选用专门的 FM 解调芯片和功放芯片，加以适当的外围电路。为了对 PLL、D/A 进行控制，同时实现程控搜索、电台存储等功能，采用MSC51 系列单片机，并配以键盘和显示电路。本接收机具有较高的灵敏度。测得的灵敏度指标高于所要求的指标。这是因为我们所设计的双调谐回路高频放大器 Q 值较高，所用的 MC3361B 内部也有 40dB增益高频放大电路和 60dB 增益中频放大电路，本身具有很高的灵敏度（2.6V） ，因此使本机获得了较高的灵敏度。同时为了抑制镜像干扰，输入调谐回路的谐振频率应比本振高 455kHz 左右，因此不能用自动电压扫描来选频，必须由单片机来控制。当单片机将本振调制某一频率时，查表得到一控制电压数值，然后通过 D/A 转换将这一控制电压作为反向偏置电压加至调谐回路的变容二极管上，使调谐回路谐振在高于本振 455kHz左右的频率上。接收机的带宽是由中频滤波器决定的，这个带宽可用未调载波来测定。但是2013 届本科毕业设计（论文）在实际工作中，输入接收机是调频波，它的频谱占有一定的宽度。随着输入信号频偏的加大，信号频谱所占的宽度也会加大。当它超过中频滤波器的带宽较多时，解调输出的失真就严重，将导致输出信噪比的下降。为了实际反映接收机带宽对接受调制信号频谱的影响，专门定义了一个叫做“调制接收带宽”的性能指标。本论文在内容上力求能适应当前通信发展的现状，又能跟踪未来的发展动向，在写法上力求条理清楚、深入浅出、理论联系实际、突出物理概念，避免了繁琐的公式，使文章通俗易懂。2013 届本科毕业设计（论文）第 1章 方案设计与论证短波调频接收机一般包括：天线、前端输入回路、混频、本振、中放、解调、放大和输出等部分。如果要事先静噪、自动调谐、程控搜索、电台存储、载频显示，还要加上适当的控制和键盘显示电路。其中混频、中放、解调和静噪电路既可以单独设计，也可以采用专用的芯片。采用集成芯片也可以是整个系统体积小、重量轻、可靠性好、灵敏度高、功耗低。一般的调频接收机芯片就能满足要求。对整机性能和功能影响较大的是输入调谐放大器和本振，这两部分电路直接影响接收机的选择性、镜像抑制比。调谐方式的选择，则决定了整机能否实现程控搜索等功能。下面对调谐方案经行设计和论证。1 . 1调谐方案设计调谐方案如下所示：方案一：手动调谐。通过手动调节双联电容来改变输入回路的谐振频率和本振频率，或调节精密电位器产生一定的偏压改变变容二极管或晶体管的结电容，使谐振频率发生变化。其优点是调谐简单，使用者可以根据收听效果进行调节，获得最佳的效果；缺点是难以实现程控搜索等智能功能，而且由于频率的稳定度取决于 LC 振荡器的稳定度，而 LC 振荡器的频率稳定度较低 ，导致本振频率漂移现象严重，接收性能不稳。方案二：用 D/A 转换器或数字电位器产生一定的电压来改变晶体管或变容二极管的结电容，从而改变选频回路和本振的振荡频率。这种方案可以实现程控搜索等功能，但由于 D/A 转换器和数字电位器的位数一般较低，所以难以得到精细的控制电压，再加上变容二极管的非线性，使得控制电压与谐振频率之间一般是非线性的关系，从而使控制电压的产生及载频的确定都很困难。另外，同方案一一样，稳定性不好。方案三：锁相环频率合成方式。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体振荡器的稳定度相同，可达 106 以上，当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率重新稳定。通过对可编程分频器的分频系数进行预置和步进，可以实现电台的程控搜索，并且可以准确知道本振或载频的频率。如果采用小数分频（如用相位累加和脉冲吞除技术） ，可以在好的环路性能下实现微小的频率步进。比较以上三种方案，很明显：方案三的锁相频率合成方式优于方案一和方案二。采用方案三加上单片机可以实现发挥部分所要求的程控搜索、电台存储、载频显示等功能，而且有专门的锁相环频率合成器可用。故本振部分电路选择锁相环频率合成方式。从理论上讲，输入选频回路也可以由本振部分锁相环中的低通滤波器输出电压来控制，但是由于变容二极管的非线性，以及两部分电路的参数调整困难，实际上难以采用。因此输入回路谐振频率由单片机通过 D/A 转换的输出电压来控制。2013 届本科毕业设计（论文）. 2单片机自动选台及搜索功能设计单片机自动选台及搜索功能是本系统颇具特色的部分，如何定位信号是一个问题。通常最容易想到的方法是通过接收电路的音频信号有无来判别电台的频率，由单片机加以识别和控制。这里有两个问题需要考虑：一个是噪声问题；另一个是接收机带宽与本振频率分辨率的关系。由于一般的接收机都有静噪电路，但是静噪电路有较长的时间滞后，在无电台信号时到静噪电路起作用来关闭音频输出两者之间，接收机可能产生多个猝发噪声，所以单片机在判别有无信号到电台定位之间，需要加以相当长的延迟，这样就延长了搜索时间。我们采用硬件来解决这个问题，用一个峰值检波器和电压比较器来判别是信号还是猝发噪声（后者由于脉宽较窄，电压平均值低，不能作用电压比较器） 。另一方面，由于接收机的带宽大于本振频率分辨率。检测到信号后还应当加以适当的频率偏移调节。这样，才能保证较高的音频信号质量。. 3 方案的确定综合以上分析和论证，本设计完整的方案为：以 PLL 频率合成方式产生稳定的本振，同时以电压合成方式来控制输入谐振回路的谐振频率，从而实现电调谐。混频、中放、解调和功放选用专门的 FM 解调芯片和功放芯片，加以适当的外围电路。为了对 PLL、D/A 进行控制，同时实现程控搜索、电台存储等功能，采用MSC51 系列单片机，并配以键盘和显示电路。系统框图如图 11 所示。2013 届本科毕业设计（论文）高频调谐放大器及选频回路455kHz 陶瓷滤波器 正交线圈静噪电路有源滤波器 音频放大器功率放大器解 调限幅放大器混频器本振 VCO 低通滤波器 频率合成器 检波比较D/A 转换器 单片机串行 EEPROM键盘显示电路图 11 系统总框图2013 届本科毕业设计（论文）第章 硬件实现21 主要指标定义2.1.1 频率调制调频就是使载波的频率按照调制信号的变化规律而变化，而载波幅度保持不变，即只改变载波的频率。调频指数表示调频波瞬时频率随调制信号变化的程度，从理论上讲，调频波的频谱占据无限大的频带，但由于调频波的频带宽度与调制指数无关，当mf1 时，它的频谱包括载波频率和两个旁频，该频带宽度与调幅波相当，通常把这种调频成为窄带调频。2.1.2 灵敏度灵敏度是衡量接收机接收弱信号的能力的指标。在调频信号输入的情况下，接收机正常工作时的输出应具有足够的功率和信噪比。由于接收机的输出信号必定伴有噪声，两者无法分开，也就无法测量信噪比。实际测量的信号必然包括了信号 S、噪声 N 和失真 D 诸分量，即测得的是SND。因此接收机输出端只能测得所谓信纳比，即（S ND ）（N D） 。按定义和测试方法的不同，灵敏度的定义也有多种，常用可用灵敏度来衡量。其定义如下：接收机输出端达到规定的信噪比（例如 12dB） ，且输出功率大于额定输出功率 50%以上，输入端所需标准测试信号的最小信号电平，称为可用灵敏度；这里所说的标准测试信号是指调制音频为 1kHz、频偏为额定频偏、载频等于接收机工作频率的调制信号。2.1.3 音频输出功率和谐波失真音频输出功率是指以接收机输入信号为标准测试信号，接收机输出端能提供的最大不失真（符合规定指标）音频功率。谐波失真是指输出音频功率为额定功率时的输出音频信号失真系数，一般要求谐波失真10%。2.1.4 调制接收带宽接收机的带宽是由中频滤波器决定的，这个带宽可用未调载波来测定。但是在实际工作中，输入接收机是调频波，它的频谱占有一定的宽度。随着输入信号频偏的加大，信号频谱所占的宽度也会加大。当它超过中频滤波器的带宽较多时，解调输出的失真就严重，将导致输出信噪比的下降。为了实际反映接收机带宽对接受调制信号频谱的影响，专门定义了一个叫做2013 届本科毕业设计（论文）“调制接收带宽”的性能指标。2.1.5 选择性接收机的选择性表示选择有用信号抑制干扰信号的能力，它的好坏影响了接收机灵敏度和抗干扰能力，通常由中频滤波器来保证。2.1.6 镜像抑制比镜像频率是指比本振频率高（或低）一个中频的干扰信号。由于接收机采用超外差式接收，必须采取有效措施抑制镜像干扰频率，通常由输入回路本身的特性来保证。22 FM（调频）IF（中频）部分电路这部分电路完成混频、中放、解调和静噪等功能，为此选用 Motorola 公司的低功率窄带 FMIF 芯片 MC3361B，其内部包含混频器、限幅放大器、正交鉴频器、有源滤波器、静噪电路，只需要较少的外部元器件即可构成 FMIF 电路。外围元器件参数的选择参考了摩托罗拉通信器件手册中 MC3361B 的典型应用电路。为了防止外部干扰，这部分电路和输出回路都用印刷电路板制作，印刷电路板四周大面积接地，并用金属壳屏蔽，输入输出线均使用电缆。电路如下所示：图 2 MC3361B2013 届本科毕业设计（论文）23 输入回路输入回路为高频调谐放大器，为了改善其选择性，解决其增益和通频带之间的矛盾，采用双调谐回路谐振放大器，初次级之间采用电容耦合，按照题目所要求的通频带和选择性进行设计，电路可见图 22 所示。图 22 输入回路该电路中的双调谐电路，电容 C 用变容二极管 BB139 代替，用单片机部分的D/A 变换器产生的控制电压加以调谐，以达到跟踪本振信号而抑制镜像频率的目的。24 本振部分电路本振部分电路采用 PLL 频率合成电路，选用了 Motorola 公司的串行输入 PLL频率合成器 ML1451552，其内部包含参考振荡器、可变参考频率分频器、数字相位检测器、14 比特可编程序N 计数器，为接受串行输入数据所必要的移位寄存器和锁存电路，其串行输入与单片机的串行外围接口（SPI）兼容，分频比 N可从 3 变化到 16383。根据所要求的 8kHz 的通频带，为了实现步进搜索，步进频率选取 4kHz 较为合适，这样可以保证搜索到所有电台，同时又不会使搜索时间过长。下面讨论环路滤波器的设计。调频输入信号载频范围为8MHz o10MHz （式2.1）2013 届本科毕业设计（论文）根据超外差接收的原理，可知本振频率为 I L= 。- I （式2.2）选取中频频率 I455kHz,则7545kHz L9545kHz （式2.3）MC145155-2 分频比变化范围为Nmin= = =1886 （式RLfmin4752.4）平均分频比为N=（Nmax+Nmin）/2=2136 （式2.5）环路模型如图 23 所示。2013 届本科毕业设计（论文）PD LF VCONr LK KVCONeout图 23 环路模型VCO 为 LC 压控振荡器，实际测得 VCO 增益为Kvco = 20.33106rad/sV VCOf610)7549(（式2.6）MC145155 内部鉴相器增益为K= （式2DV2.7）环路总增益为K= （式NKVCO2.8）环路滤波器为二阶有源低通滤波器，图中，一个滤波单元外接四个电阻R1、R2、R3 、R4，其余元件封装在芯片内，并有准确参数。每个滤波单元有五个外接管脚，分别为输入（IN） 、带通输入（BPI） 、带通输出（BPO ） 、带通输入（LPI）和低通输出（LPO） 。在作带通滤波器用时， UI 为输入，Uo 为输出。如图 24 所示。2013 届本科毕业设计（论文）图 24 二阶低通滤波器其传输函数为F(s)= （式 2.9）CsR21总的回路传输函数为H(s)= （式)(sFK2.10）固有频率为= （式nCNRVO112.11）阻尼系数为（式2n2.12）对于典型设计，有（式10Rnf2.13）此时环路带宽窄，环路相位噪声小，有利于改善解调输出的质量，但环路捕捉时间长。为了减小环路捕捉时间，取（式2Rnf2.14）当 0.8，C=4.7F， R=4kHz，可以求得2013 届本科毕业设计（论文）R1=6.5k， R2=27.12 k实际选取 C=4.7F， R1=6.5k， R2=27 k。本振部分的电路见图 25 所示。图 25 本振电路第章 单片机系统设计单片机系统的任务是：从键盘读取控制指令，对调谐回路和本振的频率进行调整和控制，实现程控搜索、电台存储和调出、电台序号和载频的显示。具体2013 届本科毕业设计（论文）设计如下：3.1单片机 选用 MSC-51 系列，由于实现的功能较多，程序较长，选用了 AT89C52，其内部有 8KE2PROM、256 字节 RAM 。311 MSC-51 系列单片机基本结构3.1.1.1 MSC-51 单片机系列MSC-51 系列单片机虽已有 10 多种产品,但可分为两大系列: MSC-51 子系列与MSC-52 子系列。MSC-51 子系列中主要有 8031、8051、8751 三种类型。而 MSC-52子系列也有三种类型 8032、8052、8752。各子系列配置见下表 31 所示。表 31片内存储器（字节）系列 无ROM片内ROM片内EPROM片内RAM定时器计数器并行I/O串行I/O中断源制造工艺8031 80514K87514K128 216位48位1 5 HMOSMSC-51子系列80C31 80C514K87C514K128 216位48位1 5 CHMOS8032 80528K87528K256 316位48位1 6 HMOSMSC-52子系列80C23280C528K87C528K256 316位48位1 7 CHMOS表 31 中列出了 MSC-51 系列单片机的两个子系列，在 4 个性能上略有差异。由此可见，在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无 ROM 或 EPROM；MSC-51 与 MSC-52 子系列间所不同的是片内程序存储器 ROM 从 4KB 增至 8KB；片内数据存储器有 128 个字节增至 256 个字节；定时器计数器增加了一个；中断源增加了 12 个。另外，对于制造工艺为 CHMOS 的单片机，由于采用 CMOS 技术制造，因此具有低功耗的特点，如 8051 功耗约为 630mW，而 80C51 的功耗只有 120 2013 届本科毕业设计（论文）mW。3.1.1.2 MSC-51 系列单片机内部结构及功能部件MSC-51 系列单片机内部结构框图如下图所示图 31 单片机内部结构分析上图，并按其功能部件划分可以看出，MSC-51 系列单片机是由 8 大部分组成的。图 31 为按功能划分的 MSC-51 系列单片机内部结构简化框图。这 8 大部分是：1、 一个 8 位中央处理机 CPU。它由运算部件、控制部件构成，其中包括振P1.0P1.7 P3.0P3.7XTAL1P1.0P1.7P3.0P3.7XTAL1VCCVSSP0.0P0.7 P2.0P2.7PSENALEEARESET2013 届本科毕业设计（论文）荡电路和时钟电路，其主要完成单片机的运算和控制功能。它是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。2、 128 个字节（MSC-52 子系列为 256 字节）的片内数据存储器 RAM。其片外数据存储器的寻址范围为 64KB，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等。3、 4KB（MSC-52 子系列为 8KB）的片内程序只读存储器 ROM 或 EPROM（8031和 8032 无） 。其片外可寻址范围为 64KB，主要用于存放已编制的程序，也可以存放一些原始数据和表格。4、 18 个（MSC-52 子系列为 21 个）特殊功能寄存器 SFR。它用于控制和管理片内算术逻辑部件、并行 I/O 口、定时器计数器、中断系统等功能模块的工作。5、 4 个 8 位并行输入输出 I/O 接口：P0 口、P1 口、P2 口、P3 口（共 32线） ，用于并行输入或输出数据。6、 1 个串行 I/O 接口。它可使数据 1 位串行地在计算机与外设之间传送，可用软件设置为 4 种工作方式，用于多处理机通讯、I/O 扩展或全双工通用异步接收器（UART） 。7、 2 个（MSC-52 子系列为 3 个）16 位定时器计数器。它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。计数或定时的范围由软件来设定，一旦计数或定时到则向 CPU 发出中断请求，CPU 根据计数或定时的结果对计算机或外设进行控制。8、 1 个具有 5 个（MSC-52 子系列为 6 个或 7 个）中断源，可编程为 2 个优先级的中断系统。它可以接受外部中断申请、定时器计数器中断申请和串行口中断申请。常用于实时控制、故障自动处理、计算机与外设间传送数据及人机对话等。MSC-51 系列单片机内部结构简化框图如下所示PSENALEEARESET2013 届本科毕业设计（论文）图 32 MSC-51 系列单片机内部结构简化框图3.1.1.3 单片机外部引脚说明MSC-51 系列单片机芯片均为 40 个引脚，HMOS 工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如图 33 所示。CMOS 工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的，但为 44 个引脚，其中 4 个引脚是不使用的。MSC-51 系列单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源的引脚，2 个外结晶体的引脚，4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32 条输入输出 IO 引脚。2013 届本科毕业设计（论文）图 33 MCS-51 系列单片机引脚图下面按引脚功能分为 4 部分叙述各引脚的功能。、主电源引脚 VCC和 VSSVCC（40 脚）：接5V 电源正端；VSS（20 脚）：接5V 电源地端。、外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1（19 脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于 HMOS单片机，该引脚接地；对于 CHMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡器的输入端；对于 CHMOS 芯片，该引脚悬空不接。、控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有 RSTV PD、ALE/ 、 和 PROGSENV PP等 4 种形式。EA1）RSTV PD（9 脚）：RST 即为 RESET，V PD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。当 VCC发生故障、降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（50.5V）为内部 RAM 供电，以保证 RAM 中的数据不丢失。2）ALE/ （30 脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）PROG以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在 P0 口的低 8 位地址。在不访问外部存储器时，ALE 端仍以上述不变的频率（振荡器频率的 16） ，周期性的出现正脉冲信号，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE 脉冲会跳过一个，此时作为时钟输出就不妥当了。2013 届本科毕业设计（论文）对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM 编程期间，该引脚作为编程脉冲的输出端。PROG3） （29 脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当SEN从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期 PSEN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间， 信号将不出现。PSEN4） V PP（31 脚）： 为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效。EAEA当 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器 4KB（MS-52 子系列为 8KB） 。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当 端保持低电平时，EA无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM 编程期间，该引脚用于接 21V 的编程电源 VPP 。4、输入输出（I/O）引脚 P0 口、P1 口、P2 口及 P3 口1）P0 口（39 脚32 脚）：P0.0P0.7 统称为 P0 口。当不接外部存储器与不扩展 I/O 接口时，它可作为准双向 8 位输入输出接口。当接有外部存储器或扩展 I/O 接口时，P0 口位地址数据分时复用口。它分时提供 8 位地址总线和8 位双向数据总线。对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM 编程期间，从 P0 口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。2）P1 口（1 脚8 脚）：P1.0P1.7 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 接口使用。对于 MCS52 子系列单片机，P1.0 与 P1.1 还有第二功能：P1.0 可用作定时器计数器 2 的计数脉冲输入端 T2；P1.1 用作定时器计数器 2 的外部控制端 T2EX。对 EPROM 编程和进行程序验证时，P1 口接收输入的低 8 位地址。3）P2 口（21 脚28 脚）：P2.0P2.7 统称为 P2 口，一般可作为准双向I/O 接口使用。当接有外部存储器或扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时，P2 口用于高 8 位地址总线送出高 8 位地址。对 EPROM 编程和进行程序验证时，P2 口接收输入的高 8 位地址。4）P3 口（10 脚17 脚）：P3.0P3.7 统称为 P3 口。它为双功能口，可作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能。P3 口的第 2 功能详见下表 32 所示。2013 届本科毕业设计（论文）表 32 P3 口的第 2 功能表引脚 第 2 功能P3.0 RXD （串行口输入端）P3.1 TXD （串行口输出端）P3.2 （外部中断 0 请求输入端，低电平有效）0INTP3.3 （外部中断 1 请求输入端，低电平有效）1P3.4 T0 （定时器计数器 0 计数脉冲输入端）P3.5 T1 （定时器计数器 1 计数脉冲输入端）P3.6 （外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）WRP3.7 （外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）D综上所述，MS-51 系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1、单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第 2 功能；2、单片机对外称 3 总线形式，由 P2 口、P0 口组成 16 位地址总线；由 P0 口分时复用作为数据总线；由 RST、ALE、 、 与 P3 口中的 、PSENA0INT、T0 、T1、 、 共 10 个引脚组成控制总线。由于是 16 位地址1INTWRD线，因此，可使外部存储器的寻址范围达到 64KB。3.2 键盘和显示 使用键盘和显示扩展芯片 8279，设置了 7 位 LED 数码管显示电台序号和载频，4 个发光二极管显示接收机工作状态 ，12 个按键接收控制命令。列举如下：三位 LED：显示电台序号四位 LED：显示载频四个发光二极管亮分别表示：半自动搜索过程中、半自动搜索到某一电台、全自动搜索过程中、全自动到某一电台。2013 届本科毕业设计（论文）12 个按键的功能依次为：Display:显示存储的电台序号及载频S1：全范围搜索自动存储（全自动搜索）S2: 全范围搜索选择存储（半自动搜索）S3：按预置频率范围搜索Down:设置频率范围下限Up:设置频率范围上限Store:存储电台Stop：停止搜索Goon:继续搜索Move:移位Add:加 1Dec:减 13.3 电台存储和调出 为了存储电台序号和载频，使用串行 E2PROM 24C16，其特点是占用极少的单片机口资源（两根口线）,数据一旦写入可常年保存，容量为 2k 字节。如果按照电台序号将每个电台的载频（4 位十进制数）存入相应地址的两个字节，理论上总共可以存储 1023 个字（另外两个字节存储电台数目） 。3.4 本振频率控制 MC145155 为串行输入频率合成器。89C52 通过串行口输出分频比，从而实现本振频率的 PLL 控制。3.5 谐振回路变容二极管反向偏置电压控制 为了抑制镜像干扰，输入调谐回路的谐振频率应比本振高 455kHz 左右，因此不能用自动电压扫描来选频，必须由单片机来控制。当单片机将本振调制某一频率时，查表得到一控制电压数值，然后通过 D/A 转换将这一控制电压作为反向偏置电压加至调谐回路的变容二极管上，使调谐回路谐振在高于本振 455kHz 左右的频率上。程序用软件 Franklin C51 编写。2013 届本科毕业设计（论文）开机初始化调入上次关机时电台数据显示并发送所需要载频到频率合成器键盘扫描子程序返回图 34 系统主程序流程图2013 届本科毕业设计（论文）第章 测试方法与数据41 测试仪表411 HP 33120A 函数/任意波发生器控制软件设计4.1.1.1 HP33120A 函数/任意波发生器控制软件设计HP33120A 是一款高性能的 15MHz 合成函数发生器，它具有内置任意波形的能力。由于配备 GPIB 和 RS232 接口，它可与计算机通讯或直接由计算机对其进行远程控制，其控制指令完全符合可程控仪器标准命令 SCPI。首先，HP33120A 控制软件应支持仪器所有测量功能的控制，也就是在系统连接正常后，远程用户完全无需直接操作仪器就可以完成测量任务；其次，控制软件应提供一个图形化波形编辑工具，允许用户操作鼠标绘制和编辑用于输出的任意波形；最后，该软件支持仪器的网络共享。HP33120A 配置了标准的 GPIB 接口，其所有测量功能与仪器内部管理任务都可以通过 SCPI 命令由计算机来控制。当然，仪器不可能直接接收 SCPI 命令字符串，必须首先建立计算机与仪器 GPIB 接口之间的会话通道，这一任务是由标准 VISAI/0 库函数来实现的。HP33120A 控制软件主要包括仪器初始化与管理模块，标准与特殊波形选取、设置和输出模块，任意波绘制、编辑、存储与输出模块，波形调制选取、设置和输出模块等，本文主要介绍仪器初始化与管理和任意波绘制、编辑、存储与输出这两个模块的功能与编程。4.1.1.2 仪器初始化与管理启动参数设置的仪器主地址是指仪器 GPIB 接口地址，该地址可以通过两种方式改变：一是通过 GPIB 接口卡带的 I/O 配置软件进行设置；二是在 HP33120A仪器面板上，选取 I/OMENU 中 HPIB ADDR 项改变其参数。HP33120A 启动时会显示信息“ADDR?”一至两秒，数字“?”即该仪器的地址。用户应将该数字正确填入仪器主地址对话框中，错误的地址将使所有的控制命令无效。如果程序初始化不能成功，首先检查启动参数是否正确匹配，其次检查仪器是否打开，GPIB 接口卡配置和连线是否正常。初始化程序中还提供了三个复选框，允许用户选择相应的初始化工作。 “身份鉴别”通过发送公用命令“*IDN？”读取仪器身份识别字符串，判断是否是 HP33120A 仪器；“复位”通过发送公用命令“*PST”使仪器回复到其预设初始状态；“自我测试”则通过送出命令“*TST？”让仪器运行自检程序。为了出现错误时用户能够准确判断错误原因，控制程序专门设置了错误信息提示。如果发生命令错误，主程序中会发送错误询问命令“SYSTem：ERRor？”读取仪器错误信息，指出其错误代码、错误来源以及错误的有关信息。仪器初始化正常完成后，用户就可以点击功能面板内相应的2013 届本科毕业设计（论文）功能按钮进入新的操作界面。4.1.1.3 任意波形处理模块该模块包括两部分，一部分是任意波形绘制与编辑，另一部分是任意波存储管理与发送，任意波形绘制与编辑是该控制软件的主要特色，它是利用 LabVIEW强大的图形显示工具编程实现的。当用户需要绘制编辑任意波时，首先将鼠标移到波形显示上的十字光标，然后按住左键拖动鼠标，鼠标移动轨迹即形成需要输出的任意波形。按下送出(Enter)键，HP33120A 将保存该任意波并输出。活动光标位置通过 X、Y 指示光标或者面板右边的数字指示器可以一目了然。如果仅仅想移动光标位置而并不希望跟踪鼠标轨迹绘制波形，则可以通过选取面板上的“光标效果”开关来实现。为了增加功能的灵活性，系统提供了专门的波形编辑工具。首先允许用户设置所显示及送出的波形点数，缺省点数为可送出的最大值 16000；其次系统支持用户拷贝、裁减、取反、镜像任意一段波形数据，用户只需简单将活动光标移到编缉波形的起点，然后选择数据点数和指定的编辑操作即可；最后，系统还提供了在绘制任意波形时，利用已有波形进行插入、覆盖、相加、相减等编辑操作。可以调用的已有波形包括 HP33120A 本身提供的标准与特殊波形，文件中存储的波形和剪贴板中存储的波形，而且波形参数也可以选择。波形图的放大、缩小以及拖动是 LabVIEW 提供的 WaveformChart 显示控件自带的功能。它可以实现任意选定波形区域的缩放(支持 X 或 Y 的单向缩放)。另外，系统还提供了方便的 UNDO功能。412 E312A 型通用计数器2013 届本科毕业设计（论文）图 41 通用计数器413 SX2172 交流毫伏表SX2172 型交流毫伏表具有测量准确度高、频率影响误差小、输入阻抗高的优点，且换量程不用调零，使用方便；有交流电压输出能用作为宽频带、低噪声、高增益放大器或其他电子仪器的前置放大器。 该仪器用于测量频率为 5Hz2MHz,电压为 100V300V 的正弦波有效值电压。它广泛应用于工厂、实验室、科研单位、部队和学校。 详细参数 表 41型号 SX2172交流电压测量范围 1、3、10、30、100、300mV1、3、10、30、100、300VdB 量程分十二档量程 -60、-50、-40、-30、-20、-10 0、+10、+20、+30、+40、+50dB电压固有误差 满刻度的2%（1kHz）基准条件下的频率影响误差 （以 1kHz 为基准）5Hz2MHz 10%10Hz500kHz 5%20Hz100kHz 2%输入电阻 1300mV 8M10%1300V 10M10%2013 届本科毕业设计（论文）输入电容 1300mV 小于 45PF1300V 小于 30PF最大输入电压 AC 峰值+DC=600V噪声 输入短路时小于 2%输出电压在每一个量程上、当指针批示满刻度“1.0”位置时，输出电压应为 1V。(输出端不接负载)频率特性 10Hz500kHz-3dB(以 1kHz 为准)输出电阻 600 允差20%失真系数 在满刻度上小于 1%（1kHz）工作温度范围 040工作湿度范围 040电源 220V10% 50/60Hz 2.5W414 SX2173 交流微伏表SX2173 型交流微伏表不但具有测量准确度高、频率影响误差小、输入阻抗高、不用调零、使用方便，便于维修等优点，而且具有灵敏度高、线性好的特点。有交流电压输出，便于生产流水线上调试，并能作为宽频带、低噪声、高增益放大器或其他电子仪器的前置放大器。 该仪器用于测量频率为 5Hz1MHz,电压为 30V100V 的正弦波有效值电压。它广泛应用于工厂、实验室、科研单位、部队和学校。 详细参数表 42型号 SX2173仪器共分十二档量程 0.3、1、3、10、30、100mV0.3、1、3、10、30、100VdB 量程分十二档量程 -70、-60、-50、-40、-30、-20 -10、+0、+10、+20、+30、+40dB电压固有误差 小于满刻度的2%（1kHz 或 400Hz）基准条件下频率影响误差（以 1kHz 为基准）5Hz1MHz 10%10Hz500kHz 5%20Hz100kHz 2%2013 届本科毕业设计（论文）输入电阻 0.3100mV 8M10%0.3 100V 10M10%输入电容 0.3100mV 小于 50PF0.3100V 小于 35PF最大输入电压 AC 峰值+DC=400噪声 输入短路时小于满刻度 4%输出电压 在每一个量程上、当指针批示满刻度“1.0”位置时，输出电压应为 1V频率特性 10Hz500kHz-3dB(以 1kHz 为准)输出电阻 60020%失真系数 在满刻度上小于 1.5%（300V、300mV 档除外）工作温度范围 040工作温度范围 040电源 220V10% 50/60Hz 2.5W415 Proter 650220MHz 示波器图 42 示波器的基本结构框图2013 届本科毕业设计（论文）42测试仪表的连接和输入输出由于没有 8MHz10MHz 的场强仪，故将信号发生器输出通过电容耦合至接收机的选频回路。仪表连接如图所示。其中高频信号发生器 HP33120A 输出音频调频信号，其特性为：中心频率 o8MHz10MHz频偏 3kHz音频频率 audio20Hz1000Hz信号发生器衰减器 被测接收机示波器音频电压表图 43 测试仪表连接4.3 性能测试33 最大不失真输出功率测量(8 负载) 测试方法:调节音量电位器,同时用示波器观察功放输出波形,用交流毫伏表测量波形不失真时的功放输出电平,并由 8 负载计算最大不失真输出功率.数据如下表所示:表 43o/MHz audio/Hz最大不失真输出电压V最大不失真输出功率mW20 0.65 52.8400 1.40 24581000 0.94 110.520 0.71 63.09 400 1.52 288.82013 届本科毕业设计（论文）1000 0.90 101.320 0.63 49.6400 1.37 234.6101000 0.85 90.34.3.4 通频带测试测试方法：测试中心频率 o处的输出电平，然后改变载波频率，当输出电平下降 3dB 时，即为 3dB 带宽的上下限截止频率。数据如下表所示：表 44o/MHz BWkHz8 59 510 5选择性测试测试方法：测量载波频率为 o处谐振时的输出电平，然后调节载波频率为o10 kHz，测量接收机输出电平，两者之差即为选择性。数据如下表所示：表 45o/MHz o10 kHz 选择性dB8010 138 7990 429010 319 8990 2010010 3210 9990 304 灵敏度测量测量方法：方法与最大不失真功率测试类似，调节音量电位器使接收机输2013 届本科毕业设计（论文）出功率为 100 mW，减小信号源输出幅度，使输出波形恰好不失真，此时调频信号源输出的电压即为灵敏度。数据如下表所示：表 46频率MHz 输出功率mW 信号源输出电压mV8 100 1009 100 09110 100 1014 镜像抑制比测量测量方法:当接收机调谐于某一载频 o时,降低载频至其镜像频率 o-2I=o-2455=o-910 kHz,测量两个频率和的输出电平,两者之差即为镜像抑制比。数据如下表所示：表 47o/MHz 镜像抑制比dB8 239 2510 3044 功能测试1、可实现全频段范围搜索，自动存储电台。2、可实现全频段范围搜索，选择存储电台。3、可实现在特定频率范围搜索，选择存储电台。4、可实现调用已存储的任意电台。5、存储电台数最大可达 1023 个。6、有载波显示功能，显示载波频率误差4 kHz。2013 届本科毕业设计（论文）第 5章 测试结果分析51 性能测试结果分析由于条件所限（缺少场强仪等仪器） ，我们所用的测试方法不是很完善，但测试结果从一定程度反映了我们所设计的短波调频接收机的性能：1、本接收机具有较高的灵敏度。测得的灵敏度指标高于所要求的指标。这是因为我们所设计的双调谐回路高频放大器 Q 值较高，所用的 MC3361B 内部也有40dB 增益高频放大电路和 60dB 增益中频放大电路，本身具有很高的灵敏度（2.6 V） ，因此使本机获得了较高的灵敏度。2、通频带和选择性基本达到指标。通频带和选择性的矛盾由双调谐回路谐振放大器的精心设计而得到解决。3、音频响应在较低音频（20Hz）调制时，最大不失真输出功率不到100 mW，这是因为功放部分为 OTL 电路，有较大的隔直流电容，使低频信号有较大衰减。52 功能测试结果分析2013 届本科毕业设计（论文）由于本设计采用单片机控制锁相环输出作为本振，通过 D/A 转换合成电压控制调谐，以及使用串行 E2PROM，很容易就实现了各种程控搜索、电台存储和载波显示等功能，较好地实现了发挥部分的指标。总的来看，本设计的接收机性能基本上达到标准，控制功能比较完善。第 6 章 结论/展望本设计采用了集成电路与分立元件相结合的方案，集中了各方面的优势，使得设计简单、性能优良、稳定度高以及实现较容易。虽说各方面都达到了设计要求，但是电路各个部件之间的关系解决不理想，在电路中对每个器件的分别处理虽然提高了系统的性能，但是硬件方面却带来了困难。在设计电路时要先有一个整体的思路，然后再把它模块化，再仔细分析各个电路，只有把各个单元电路分析透彻了，才能联接整体电路，实现整体功能，完成整体设计要求，如果一直整体或分立考虑，容易顾此失彼，即使电路出来了也完不成整体功能，达不到整体要求。通过本次设计，让我学到了许多课本中学不到的知识，在本次设计中，我学会了独立的分析问题、解决问题也学会查阅资料手册，提高了动手能力，在设计中我也发现了自己的不足之处理论知识不够扎实，一些电路不能灵活运用，对课本知识分析不够，没有真正的理解。这要求我在以后的学习与工作中不管做什么事都要认认真真、一思不苟，只有这样才能真正的学到东西。2013 届本科毕业设计（论文）致谢在三个月的毕业设计即将到来之际，同时也是我三年大学生活结束之时，这是我大学生活的最后一课，同时也是最重要最关键的一刻，它使我学到了许多课本上未学过的知识，也使我明白了理论与实际相结合的重要性，使我明白了理论与实际缺一不可，虽然我在论文中有许多不明白的地方，但是我知道这是我辛勤劳动的成果，我会珍惜这次所取得的成果