无线传输系统.doc

无线语音与数据传输系统【摘要】：系统以FM及FSK方式实现了无线语音与数据传输。整个系统由三部分组成：发射，接收及数据控制部分。收发双方采用一定的协议进行跳频通信，有利于无线传输系统中信息的保密。发射单元采用变容二极管调频，载波的产生使用锁相频率合成技术，由单片机控制锁相环分频系数，从而实现以不同的频率发射。接收部分采用SONY公司的大规模集成收音专用芯片CXA1691BM。该芯片具有混频，高放，调谐指示，中频放大，检波及音频功放等功能。控制部分进行数据的处理，协议的规定以实现收发双方频率的同步等等。【关键词】：FM FSK 协议 跳频 锁相频率合成 频率同步【Abstract】：The system achieves wireless voice and data transmission by using the FM and FSK modulation method.The entire system consists of three components:transmitter ,receiver and the data controlling part.The trancessiver and receiver achieber frequentcy-hopping communication over a certain protocol,its a Confidentiality means to the information communicated wirelessly. The launch unit use Varactor frequency modulation method and have used the PLL frequency synthesizer technology to produce carrier,PLL frequency coefficient pm is controlled by microcomputer ,so that it can achieve the communication witn different frenquency.The receiving part used the Sonys large-scale integrated chip CXA1691BM.This chip integrate with the mixing ,hing-level ,turning instructions,IF amplification and detection ,and audio power amplifier functions,erc.The third part data controlling system complete date processing and the provisions of the protocol to achieve the frequency synchronization between transmitter and receiver and so on.【Key Words】:protocol phase-lock demodulator frequency synchronism 目 录1. 方案设计和论证.3 1.1调制方式的选择与论证.3 1.2接收芯片的选择.3 1.3本振电路的选择.32. 理论分析和参数计算 2.1总体电路设计.4 2.2锁相频率合成器分频系数的计算.5 2.3环路滤波器的设计.63. 系统测试和结果分析 3.1测试仪器.7 3.2测试条件.7 3.3测试方法和结果.7 3.3.1发射机频率稳定度测量.7 3.3.2接收机解调出的波形（未经整形放大之前的） .7 3.3.3接收机解调出的经整形放大后的波形8 3.3.4接收端本振能调节的频率范围.84. 分析和总结.85. 参考资料.86. 附件9一 、方案设计和论证1、调制方式的选择与论证 方案一： 采用AM调制方式。 AM调制方式是用调制信号去控制载波的幅度，也就是说信号的特征反映在幅度上。由于干扰和噪声一般都反映在信号的幅值上，因而AM调制的一个最大的缺点就是抗干扰能力差，噪声大，恢复出的信号失真大。方案二： 采用FSK调制方式。 频移键控（Frequency Shift Keying, FSK），也叫频率调制（Frequency Modulation , FM），它给数字0和1分别分配一个模拟信号频率。即用数字信号去调制载波的频率。电路中键控的开与关决定被控状态采用二进制编码（0或1），因而采用数字调制FSK调制十分方便。同时FSK调制方式实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好在中低速数据传输中性能良好。 鉴于以上几点，我们采用了FSK调制方式。2.接收芯片的选择 方案一：采用MC3361解调器。MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯的无线接收机。片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。MC3361的外围电路较简单，但其灵敏度不够高。方案二：采用高频模拟锁相环NE564实现FSK信号解调。此电路具有外围电路少的优点，但实现频率的锁定较难，且解调效果不佳。方案三：采用MC3362接收芯片MC3362是低功耗双变频FM接收芯片，芯片内部集成有振荡器、混频器、正交检波器、表头驱动电路、载波检测电路以及第一、第二本地振荡器缓冲输出和一个用于FSK检波的比较器电路。MC3362最大的好处就是采用了两级混频，比起单级混频来，电路具有了更好的镜像抑制比。但是由于MC3362的带宽仅为3KHz，对于语音的接收会产生很大的失真。方案四：采用索尼公司的CXA1691收音芯片，CXA1691为超大规模AM/FM立体声收音集成芯片，集调幅、调频、锁相环、立体声解码等电路为一体。外围电路比较简单，而且其带宽大于75KHz，因而收音效果较佳。通过比较，选用CXA1691接收方式。3.本振电路的选择方案一：采用常见的LC振荡或晶体振荡器。晶体振荡器稳定度很高，但由于输入频率变化时改变本振频率需更换晶振，因而不便于应用于多点频率的测量。LC振荡虽然可以通过改变电感或电容的值来改变频率，但由于其稳定度低，调节困难，因而也不宜采用。方案二：用D/A转换或数字电位器产生一定的电压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。采用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，使得控制电位与谐振频率之间一般是非线性关系，从而使控制电压的产生和载频确定都很困难，同时稳定度较差。 方案三：采用直接数字频率合成器DDS。DDS能够产生稳定度很高的振荡信号，而且可以通过软件进行步进，实现频率的精确跟踪。但是由于DDS产生的高频信号纹波较大，波形很糟，需加滤波器虑除杂波，而滤波器的性能不易做到很好。方案四:锁相环频率合成方式。采用该方案的优点四频率的稳定度高，与晶体振荡器的稳定度相当。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，则可在好的环路性能下实现微小的频率步进。综合上述比较可知，选用锁相环频率合成法较好。二、理论分析和参数计算1.总体电路设计 电路的无线发射部分采用的是锁相频率合成法，通过将频差转换成与其相对应的直流电平来改变变容二极管的偏压实现频率的改变。锁相环，压控振荡器，环路滤波器及前置分频器构成一个闭合环路，使输出频率稳定在预期的值上。调频输出经射极跟随器和功率放大电路后经天线发送出去。拨码控制单片机控制数据处理液晶显示VD5026串/并行编码晶振参考分频 10KHz 鉴相 可编程分频10KHz集成锁相环MC145152误差信号环路滤波器压控振荡器35MHz匹配网络反馈高速分频器MC12020 图（1）发射部分系统框图接收电路采用CXA1691，本振和输入振荡回路频率相差10.7MHz，通过改变变容二极管BB910两端的偏压进行频率的微调，调节范围有6MHz。匹配网络收音芯片CXA1691FM高放谐振回路FM本地振荡回路FM中频功放回路FM鉴频回路整形放大VD5027并/串行解码单片机控制相应收/发切换数据处理液晶显示变容管电压 图（2）接收部分系统框图2.锁相频率合成器分频系数的计算：锁相频率合成器是由锁相环MC145152，压控振荡器MC1648，环路滤波器及前置分频器构成的。MC145152和压控振荡器MC1648构成闭环锁相环电路，当压控振荡器的输出频率受自身参数、控制电压的稳定性、温度、外界电磁干扰等因素的影响而产生不稳定时，不稳定的信号由VCO输出端反馈给MC145152，由MC145152鉴相后经过环路滤波器产生误差信号输给VCO，这样经过不断的反馈，比较，逐渐使频率稳定。 锁相频率合成器分频系数由前置分频器分频系数P，可编程分频系数A和N决定。电路的基准频率为10.245MHz的晶振，参考分频由RA2,RA1,RA0三个端控制，每个端有两种状态，共 8 种状态，如下图所示：RA2(脚6)00001111RA1(脚5)00110011RA0(脚4)01010101R(分频率)864128256512102411602048 表（1）MC145152参考分频比电路中设定RA2 RA1 RAO =101,即为1024分频，fr=10.245MHz/1024 = 10.004883KHz为实现锁相，必须有fo/（ PN+A）= fr。反过来，由于fofr（PN+A），改变N和A的值，也能改变fo，这就是输出频率数字化控制的原理。A计数器为8位，因此A值最大为63，MC12022的P值为64。例如对于35MHz的信号，分频比的计算如下：参考分频fr=10.245MHz/1024 = 10.004883KHz 所需输出频率为fo 35MHzfofr（PN+A）取P=64N + A/P= fo / P*fr = 35MHz / 64*10.004883KHz 54.661 故N=54=（110110） A=（fo/fr）- PN =42=(101010) R=1024 即RA2 RA1 RAO =101 对MC12022来讲，P=64 故 SW=H MC=H3.环路滤波器的设计 环路滤波采用的是一级有源滤波和一级无源滤波器组合成的滤波电路，环路滤波器的性能好坏直接影响到整个电路的性能。MC145152中鉴相器输出的两个误差信号分别是一个与参考频率同频的方波信号和一个固定电平。有源积分网络是将方波信号转化为直流，此直流中含有较多交流成分，再用一级无源低通网络虑除交流分量后加到VCO上，由该直流电平作为VCO中变容二极管上的偏压，从而达到控制频率的目的。 同时，调制信号的频谱要处于低通滤波器同频带之外，并且调频指数不能太大。这样，调制信号不能通过低通滤波器，因而在锁相环路那不能形成交流反馈，业就是说调制频率对锁相环路无影响。 图（3）环路滤波器 滤波器参数的确定是本滤波器的核心，其中自然谐振角频率 ,阻尼系数 是环路滤波器的主要参数。其中为单位偏置电压变容管所产生的频率偏移，N为总分频系数，为供电电压。通常取，设计中取C1uF，则可算出，的阻值。三、系统测试和结果分析1. 测试仪器：（1）信号源：YB1620P，QF1055A（2）数字示波器：Tektronix TDS1002（3）高频信号发生器（4）频率计（5）高频毫伏表2. 测试条件：（1）时间：2007年8月1日（2）温度：27。C3. 测试方法和结果：（1）使用数字示波器测量发射机的频率稳定性及发射波形的失真情况。 观察示波器上的波形，记录所测频率： 次数1234567频率34.9990134.9972134.9970034.9973134.9960834.9997034.99608 表（2）频率稳定度为：（3534.99901）（3534.99721）（3534.99700）（3534.99731）（3534.99608）（3534.99970）（3534.99608） / 7 7.2输出幅值测量：次数123456幅值/mv746749750748752756 表（3）（2）接收机解调出的波形（未经整形放大之前的）： 图（4） 输入为正弦波时的信号 图（5） 输入为方波时的信号 图（6） 解调出的声音信号（3）接收机解调出的经整形放大后的波形： 图（7） （4） 接收端本振能调节的频率范围：16MHz22MHz因而所能接收到的频率范围为5.3MHz11.3MHz和26.7MHz32.7MHz这两个频段，对应上混频和下混频四、分析和总结 经过测试，各项指标基本达到要求。在电路的调试中，一开始尝试了采用了MC3362作为接收芯片，用35MHz的发射频率作为测试，初始接收时噪声很大，且收到的是2次谐波，即70M信号，本振振荡为59.4M，幅度为122mv。为接收35MHz的信号，必须将本振的频率降到24M活46M左右，所以在本地LC回路并联了一个电容。第二次并联一个24P的电容，调谐到46M，噪声仍很大，且奇怪的是必须将示波器的探头放到3362的VCO缓冲输出端17脚才收到，还有就是在45.73510.7M的点收不到任何噪声也无任何信号输出。 改并联一个50P的电容，总（501868P）不行，频率仍降不下去。而且所收到的音频信号的质量非常不好，这是由MC3362的带宽局限性所决定的。 由于上述原因，就淘汰了MC3362，而改用CXA1691做为接收，但由于1691仅有一次混频，这必然导致镜相抑制性能变差。发射部分对频率准确度产生影响还可能是选取