无线自动识别系统电路的设计（分机部分）毕业设计论文

1、西安工业大学西安工业大学 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 题目：无线自动识别系统电路的设计（分题目：无线自动识别系统电路的设计（分 机部分）机部分） 系 别： 电子信息系 专 业： 通信工程 班 级： b090310 学 生： 学 号： b09031002 指导教师： 2013 年 06 月 毕业设计（论文）任务书 系别 电子信息系 专业 通信工程 班级 b090310 姓名 学号 b09031002 1.毕业设计(论文)题目： 无线自动识别系统电路的设计（分机部分） 2.题目背景和意义： 目前大型船只均装有国际通用 ais 自动识别系统，来进行身份识别。而对于中小型船 只来说，ai

2、s 系统过于昂贵的价格和过于复杂的系统功能使得该系统不适用于中小型船只 的基本身份识别。本课题所设计的系统就是针对这一点，专为中小型船只的身份识别提供 便利。该系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分 机两部分组成。船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发 出应答信号。主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份” 。该系统具有一定的实用价值。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标)： 1）为提高可靠性及保密性，主机和分机均 采用无线编码信号，发射功率0.5w；2）主机收到分机信号后，能发出提示音并显示装 置的编号；3）设计出电路图，装

3、配图，并进行装配，调试。 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点)：本设计要求完成整个无线自动识别 系统的功能设计，并进行装配调试。设计工作要求严格按照学校的计划安排和各项规范进 行，保质保量完成任务书中各项工作，技术指标满足要求并认真撰写学位论文。 13 周：查阅相关专业资料，选定方案，开题； 48 周：进行详细的方案设计、功能模块划分以及设备器件选型等，以及对硬件设备进行 初步的了解和掌握，软件的初步应用和调试； 第 9 周第 10 周：利用 protel99 完成电路图的封装，确保电路的可行； 第11周第12周：与主机进行接收发送的联调，实现课题的目的； 第13周第15周：撰

4、写毕业论文，进行毕业答辩。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 撰写 15000 字论文 图纸(幅面和张数)*： a4（标准幅面 210mm297mm） 其他要求： 提供完整的无线自动识别系统电路的设计，并完成与课题相关的 3000 字 左右的英文文献资料翻译。 指导教师签名： 年 月 日 学 生 签 名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日 说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。 2 带*项可根据学科特点选填。 无线自动识别系统电路的设计（分机部分）无线自动识别系统电路的设计（分机部分） 摘摘 要要 射频识别即 rfid（radio frequency identific

5、ation）技术，又称电子标签、 无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关 数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频 （125k134.2k） 、高频（13.56mhz） 、超高频，无源等技术。rfid 读写器也分 移动式的和固定式的，目前 rfid 技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食 品安全溯源等。 本课题主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在 船上的分机两部分组成。船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到 该信号后，能自动发出应答信号。主机收到该信号后，可识别出该船只的“身 份” 。 本课题基于 frid

6、射频识别技术对进港船舶身份编号识别进行研究。仅以 设在船舶上的船载设备进行设计讨论。 关键词关键词: 滤波放大；编码；调频；高频功率放大 design of wireless automatic identification system circuits(the extension part) abstract radio frequency identification is rfid (radio frequency identification) technology, also known as electronic tags, radio frequency identificat

7、ion, is a kind of communication technology, through the specific target radio signal recognition and to read and write data, between without recognition system with specific objectives to establish mechanical or optical contact. commonly used with low frequency (125k134.2k), high frequency (13.56mhz

8、), ultra high frequency, passive technology. the rfid reader is mobile and fixed, and the application of rfid technology is very broad, such as: library, access control system and food safety traceability. this topic mainly used on import and the ships in the harbour were identified, which is compos

9、ed of the shore of the host and installed in the ships extension of two parts. ports, host sends the information signal, the ship received the signal after the extension, can automatically send a response signal. the host receives the signal, which can identify the ships identity. this project is ba

10、sed on the frid radio frequency identification technology to study the arrival of ship identification number recognition. the equipment in the ship is only discussed in the paper. key words: filter amplifier；coding；frequency modulation；high frequency power amplifier 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 课题背景及研究的目的和意义.

11、1 1.2 课题的要求及指标.2 1.3 研究者的工作任务.2 1.4 课题的内容简介.2 2 设计实现方案设计实现方案.3 2.1 实现原理.3 2.2 电路原理框图.3 2.3 实现分电路功能简介及所用芯片.3 3 子电路模块设计子电路模块设计.5 3.1 滤波放大电路.5 3.1.1 电路原理图说明.5 3.1.2 芯片介绍.5 3.1.3 电路介绍.6 3.2 译码电路.8 3.2.1 电路原理图说明.8 3.2.2 芯片说明.8 3.3 触发电路（单稳态电路）.9 3.3.1 电路原理图说明.9 3.3.2 芯片说明.9 3.4 触发电路（多谐振荡电路）.10 3.4.1 电路原理图

12、说明.10 3.4.2 芯片说明.10 3.5 编码电路.11 3.5.1 电路原理图说明.11 3.5.2 芯片说明.12 3.6 调制倍频电路.14 3.6.1 电路原理图说明.15 3.6.2 频率调制（fm）原理.15 3.6.3 芯片说明.16 3.7 高频功率放大电路.18 3.7.1 电路原理图说明.18 4 分机系统电路总原理分机系统电路总原理.20 5 调试调试.21 5.1 硬件调试的目标.21 5.2 电路调试.21 5.3 pcb 板的调试.21 5.4 印制电路板的设计步骤.22 6 结论结论.23 参考文献参考文献.25 致谢致谢.26 毕业设计（论文）知识产权声明

13、毕业设计（论文）知识产权声明.27 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.28 附录附录 1 发送端原理图发送端原理图.29 附录附录 2 接收端原理图接收端原理图.30 1 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景及研究的目的和意义及研究的目的和意义 我国已经跨入了全面建设小康社会的时期，建设“和谐社会”成为现阶段 我国社会经济发展的一个重要目标，如何更好地加强水上运输监管设施的建设， 确保人民生命财产安全，保护环境，保障经济的持续发展，成为港航部门的重 中之重。近年来，随着陆路交通逐步显现物流运量瓶颈，提高水运效率，改善 水运监管环境逐步成为沿江各城市的发展战略。在传统“黄金水道

14、”的长三角 和运河沿线地区，各个主要城市都在制定雄心勃勃的“水运强市” 、 “数字港航” 工程计划，充分发挥其内河航运的优势，降低物流运输成本，提高经济社会的 综合竞争力，以利于进一步支持经济建设的快速发展。 在实际业务环境中，信息技术获得了广泛和深远的应用。各个内河港航城 市均已投入大量人力物力加快信息网络化建设步伐和科技投入力度，例如建立 健全整个航区的船舶中心数据库，依据港航管理业务实现船舶年审、进出港签 证、稽征缴费、现场监管、信息综合利用等业务的信息化、网络化动态管理。 这些依靠先进信息技术的系统应用，实现了不停航检查，打破了“属地管理” 的传统模式，为打造“数字港航”奠定了扎实的基

15、础，但在这些系统的现场监 管模块中，仍然采用人工录入船名船号的采集方式。如果出现船名船号被遮盖、 夜间看不清、船舶流量过大及操作者困乏的状况，这就可能造成船名船号无法 实现自动识别，成为打造“数字港航”的最大瓶颈。那么，有没有经济实用的 办法解决船舶船号的自动识别呢？有，这就是近几年走向成熟的新技术，即射 频识别技术（rfid） 。 rfid 是起源于上世纪50年代的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非 接触式通信交换数据以达到识别目的。一个典型的 rfid 应用系统通常由标识 特定目标物体的电子标签、接收电子标签信号的阅读器以及应用软件组成。与 传统的磁卡、接触式 ic 卡相比，rfid

16、技术完成识别工作时无须人工干预，适 合于实现系统的自动化操作且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多 个射频卡，操作快捷方便。电子标签可以采用特殊的封装方式，有效抵御油渍、 灰尘污染等恶劣环境的腐蚀和侵袭。 射频识别系统按电子标签的供电方式可分为有源和无源两类。无源标签所 需工作能量需要从读写器发出的射频波束中获取，经过整流、存储后提供，成 本较低，但射频功率较大。有源标签本身带有微型电池，由于不需要射频供电， 其识别距离更远，读写器需要的功率较小，具有读写稳定、防冲突性能佳、携 带物品信息量大等优点，这在船舶识别应用中都是关键的性能要求1 。 1.2 课题的要求及指标课题的要求及指标 该

17、系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在 船上的分机两部分组成。船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到 该信号后，能自动发出应答信号。主机收到该信号后，可识别出该船只的“身 份” 。该系统具有一定的实用价值。 本课题的要求及技术指标如下： a为提高可靠性及保密性，主机和分机均采用无线编码信号，发射功率 0.5w； b主机收到分机信号后，能发出提示音并显示装置的编号； c设计出电路图，装配图，并进行装配，调试。 1.3 研究者的工作任务研究者的工作任务 本课题所设计的方案由建立在基站上的主机和设置在船舶上的分机两部分 组成，研究者的工作为分机部分的研究。研究者完成本

18、课题所需任务如下： a熟悉课题所属背景以及研究的目的和意义； b熟练掌握课题实现所需的软硬件的知识和使用方法，并利用 protel 软件 完成相关的电路图和程序； c对其进行调试和联调，确认能与主机部分进行有效的接收发送以及识别 信号的功能； d将研究内容整理成论文。 1.4 课题的内容简介课题的内容简介 第一章：简述无线自动识别系统船舶应用的背景意义，本课题的研究内容， 要求和研究者的任务； 第二章：陈述设计的大纲以及相关技术支持，原理图框架和结构； 第三章：分述各个模块的结构以及实现所需芯片的结构功能和原理； 第四章：对整个电路运作的原理进行陈述； 第五章：对完成的电路进行 pcb 调试的

19、方法，注意事项及调试结果； 第六章：进行毕业设计的最后总结。 2 设计实现方案设计实现方案 2.1 实现原理实现原理 设在基站的主机发出信号后，船舶上的分机天线接收后解调，经过滤波放 大电路对信号进行滤波放大，增强信号的强度。经初步处理后的信号解码后传 到触发电路后使其产生时钟脉冲促使编码电路开始工作，对信号进行编码，告 诉主机接受到的信号的来源船只编号。然后对编码后的信号进行调制及放大， 增强信号的抗干扰能力以达到传送的要求。最后将经多次处理后的信号发送出 去给主机接受，这样分机的任务就算完成了。 2.2 电路原理框图电路原理框图 整个系统分为接收端和发送端两大模块，其中接收端由滤波放大电路

20、，译 码电路和触发电路（单稳）组成；发送端由触发电路（多谐振荡） ，编码电路和 调制倍频电路组成。具体原理框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统电路原理框图 2.3 实现分电路功能简介及所用芯片实现分电路功能简介及所用芯片 滤波放大：由天线接收到的信号因为易受天气等外界因素干扰，均以高频 信号作为载波。为了还原本来的信号，需要通过滤波放大电路进行变频放大。 这里用到 mc3363 芯片。 译码电路：将编码器输入的二进制代码状态翻译成输出信号，以表示其原 来含义的电路。这里用到 mc145027 芯片。 编码电路：对分机（各船舶）进行编号，并将其转换为可以用以通信，传 输和存储的信号形式，用

21、以区分各分机，这里采取二进制编码，范围 099，用 到 mc145026 芯片。 触发电路：通过控制产生触发电平来使编码器工作。这里用到 ne555 芯片。 调制倍频电路：我们需要的信号由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不 适合直接用天线发射，所以就使用一个高频信号作为载波，把需要传输的信号 混入载波中，通过天线发射，本课题中采用调频（fm）方式，提高我们需要的 信号的抗干扰能力便于传输。这里用到 mc2833 芯片。 高频功放电路：高频功率放大电路用于发射机的末级，作用是将高频已调 波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间， 保证在一定区域内的接收机可以接收到满意

22、的信号电平，并且不干扰相邻信道 的通信。这里用到三个三极管组成的电路进行功率放大。此电路后接一个滤波 电路，滤掉杂质信号2。 3 子电路模块设计子电路模块设计 3.1 滤波放大电路滤波放大电路 由天线接收到的信号因为易受天气等外界因素干扰，均以高频信号作为载 波。为了还原本来的信号，需要通过解调电路进行变频。这里用到 mc3363 芯 片。 3.1.1 电路原理图说明电路原理图说明 由天线接收到的高频信号经过 lc 选频电路甄选出 49.7mhz 的信号，经射 频晶体管放大后，再经第一混频器放大并变频为 10.7mhz 的中频信号。该中频 信号外部滤波后输入第二混频器进一步放大并变频为 455

23、khz 的低中频信号， 由 18 管脚经过两个非门送入 mc145027 芯片进行译码工作。图 3.1 为 mc3363 芯片原理图。 128 10 18 227 9 19 326 8 20 425 12 21 524 13 17 623 14 16 722 11 15 jp1 mc 3363 c4 1000pf c3 0.001 c6 120pfc10 50pf r3 1.0k r4 20k r10 68k r9 10k r2 390 y 2 cry stal c9 0.1 c7 0.1 c8 cap l1 l=680uh c=180pf c1 1000pf c11 0.01 c2 27pf

24、 c12 0.1uh r11 10k r6 300 u 1 n ot u 2 n ot y 1 39.130m hz l2 1.2uh 13 13 a 1 49.7m hz 0 0 1 1 3 3 a 2 com pon ent_2 0 0 1 1 3 3 a 3 com pon ent_2 + c18 10uf l1 0.35uh mc145027 +5v 图 3.1 mc3363 原理图 3.1.2 芯片介绍芯片介绍 mc3363 是美国 motorola 公司生产的单片窄带 vhf 调频接收电路，主 要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。片内包含一个高放晶体管，振荡 电路、混频电路、限

25、幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等 从天线输入到音频输出的二次变频所有的全部电路，同样包含了混频用一本振 缓冲输出，fsk 检波数据限幅比较器。具有低供电电压、低功耗、极高灵敏度 和信噪比，广泛应用于语音和数字通讯的接收设备。 其特点如下： a.输入带宽使用内部本地振荡器时为 200mhz，使用外部本地振荡器时为 450mhz b.有射频放大器晶体管 c.是完整的双变频系统 d.工作电压低：vcc=2.0 到 7.0v e.功耗电流小：vcc=3.0v 时，icc=3.6ma（典型值），不包括射频放大器 晶体管 f.灵敏度高：使用内部射频放大器晶体管，信纳比为 12db，输入典

26、型值为 0.3uv g.有数据限幅比较器 h.接收信号强度指示器（rssi）动态范围为 60db i.所需外围元件少 j.采用 motorola 公司的 mosaic 工艺制造3 mc3363 最大额定值说明如表 3.1 所示。 表 3.1 mc3363 最大额定值 参数 引出端符号数值单位 电源电压8 vcc(max) 7.0vdc 工作电压范围8 vcc 2.0 to 6.0vdc 输入电压c = 5.0 vdc) 1, 28 v128 1.0vrms 静噪输出电压（峰值）19 v19 0.7 to 8.0vpk 结温度 tj 150单c 工作环境温度范围 ta 40 to + 85单c

27、贮存温度范围 tstg 65 to + 150单c 3.1.3 电路介绍电路介绍 mc3363 是一个完整的 fm 窄宽接收机（从射频放大器到音频前置放大器 输出）。其工作电压低，可用于窄带话音及数据链路系统，功耗低，灵敏度高， 镜频干扰抑制效果好。mc3363 电特性如表 3.2 所示。 表 3.2 mc3363 电特性（vcc=5.0v，f0=49.7mhz，ta=25 度） 参数引出端最小值典型值最大值单位 功耗电流（载波检测低）84.58.0 ma 3.0 db 限幅灵敏度（射频放大器未用）0.72.0 vrms 20 db s/n 时的灵敏度（射频放大器未用）1.0 第一混频器输入电

28、阻（并联rp）1, 28690单 第一混频器输入电容（并联cp）1, 287.2 pf 第一混频器变换电压增益（avc1，开路）18 db 第二混频器变换电压增益（avc2，开路）21 第二混频器输入灵敏度（20db s/n） (10.7mhz i/p) 2110 vrms 限幅器输入灵敏度（20db s/n）（455khz i/p） 9100 射频晶体管直流消耗电流41.01.52.5 madc 噪声输出电平（射频信号=0mv）1670mvrm s 恢复出的音频信号（射频信号电平 =1.0mv） 16120200mvrm s 恢复出的音频信号的门限 （射频信号=1.0mv） 162% % 检

29、波器输出阻抗16400单 数据比较器输出电压高18 vcc vdc 数据比较器输出电压低180.10.1 vdc 数据比较器门限电压差1770110150 mv 表头驱动灵敏度1270100135 na/db 载波检测门限（低于 vcc）120.530.640.77 vdc 静噪输出阻抗高1910 m单 静噪输出阻抗低1925单单单 单 第一本振用于在 pll 频率合成接收机中作为 vco。mc3363 可以与 mc145026 结合使用，构成用在 46/49 无绳电话波段上的双芯片十信道频率合成 接收机；也可与 mc14515x 系列的 cmospll 频率合成器及 mc120xx 系列的

30、ecl 前置分频结合，用于 vhf 频率合成，频率可达 200mhz。 对于单信道系列，第一本振可用晶体来控制，频率可达 60mhz。频率跟高 时，可在引出端 25 和 26 加一个外部振荡信号一建议电平取 100ma 左右。第一 混频器的传输特性可以再 450mhz 以内平坦度都较好（中频保持 10.7mhz）。 第二本振采用考比兹振荡器，晶体控制，工作频率典型值为 10.245mhz。混频 器经过双平衡以减小寄生响应。第一、第二混频器的变换增益典型值分别为 18db、21db。混频器增益相对电源电压时稳定的。用户采用陶瓷滤波器进行变 频4。 3.2 译码电路译码电路 将编码器输入的二进制代

31、码状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电 路。这里用到 mc145027 芯片。 3.2.1 电路原理图说明电路原理图说明 mc145027 解码器用于接收 mc145026 输出的编码数据流。当解码器地址 和编码器地址状态相并连续收到两组相同编码信号时，vt 端由低电平跳变为高 电平以指示接收有效，同时中断计算机进行接收。mc145027 译码器原理图如 图 3.2 所示。 c13 cap r12 res2 r13 res2 c15 cap c14 cap u 3 n ot v dd c5 0.1u 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 jp2 mc

32、145027 +5v mc3363 n e555单单单单 图 3.2 mc145027 原理图 3.2.2 芯片说明芯片说明 mc145027 是与编码器 mc145026 所对应的译码器，有 a1a5 五位地址， 当其与编码器当中的 a1/d1a5/d5 设置状态相同时，vt 端即变为高电平，指 示发送有效，而把编码器中的 a6/d6a9/d9 作为数据从 d6d9 端输出。在 与 mc145026 配对使用时，mc145026 的地址位 a1/d1a5/d5 可以编为三个 状态，而数据位只能编成“0”和“1”两种状态，若数据位编为“开路”，则 在译码器 mc145027 中自动译成“1”。

33、这个在后面介绍发送端时会说明。 在编码器中选定 rs，rtc，ctc（选定公式方法在后文 mc145026 介绍中）后， 按下式选择译码器中的阻容件，r1*c1=3.95rtc*ctc：r2*c2=77rtc*ctc 5。 3.3 触发电路（单稳态电路）触发电路（单稳态电路） 该设计模块的功能是产生触发脉冲使编码电路工作。由单稳电路和多谐振 荡电路两部分组成。 3.3.1 电路原理图说明电路原理图说明 电路原理图如图 3.3 所示，在输入脉冲的触发下，其输出端产生一个具有 恒定宽度的矩形脉冲，也就是说当触发脉冲被触发后，会翻转到另一个状态， 而该状态又是暂时稳定的，经过时间 t 后又回到初始状

34、态。触发脉冲经过三极 管控制继电器工作，使发送端的振荡器工作，所以也可看作是一个控制电路。 r7 res2 c16 cap c17 cap 4 8 2 3 6 1 7 5 jp3 555 r8 res2 r14 res2 j j1 con 2 +5v q 1 n pn1 mc145027 图 3.3 触发电路原理图 3.3.2 芯片说明芯片说明 单稳态触发器的特点是，在输入脉冲的触发下，其输出端产生一个具有恒 定宽度的矩形脉冲，也就是说当触发脉冲被触发后，会翻转到另一个状态，而 该状态又是暂时稳定的，经过时间 t 后又回到初始状态。 单稳态触发器通常用于脉冲信号展宽，延迟及整形。此外，还可作振

35、荡器、 数字滤波器和频率-电压变换器等。 ne555 的高触发端 th（6 脚）和放电端 d（7 脚）接 rc 定时电路，低触 发端 tl（2 脚）外接触发信号。 单稳态触发器的定时时间就是输出脉冲的宽度 tw。 tw1.11r1c16 3.4 触发电路（多谐振荡电路）触发电路（多谐振荡电路） 接收端的单稳电路使继电器工作，控制电键闭合，多谐振荡电路开始工作， 分别产生一个高低电平，经过三极管分送到两个 mc145026 编码器使其工作。 3.4.1 电路原理图说明电路原理图说明 电阻 r1、r6 和电容 c9 构成定时电路。定时电容 c9 上的电压 uc 作为高 触发端 th（6 脚）和低触

36、发端 tl（2 脚）的外触发电压。放电端 d（7 脚）接 在 r1 和 r2 之间。电压控制端 k（5 脚）不外接控制电压而接入高频干扰旁路 电容 c10（0.01uf） 。直接复位端 r（4 脚）接高电平，使 ne555 处于非复位状 态。图 3.4 为多谐振荡电路原理图7。 4 8 2 3 6 1 7 5 jp3 555 r1 res2 r6 res2 c10 cap r7 res2 c9 cap 7 7 8 8 9 9 q 2 com pon ent_4 d 1 d io de +5v mc145026 mc145026 图 3.4 多谐振荡电路原理图 3.4.2 芯片说明芯片说明 ne

37、555 引脚功能 ： pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 pin 2 (触发点) -这个脚位是触发 ne555 使其启动它的时间周期。触发信号 上缘电压须大于 2/3 vcc，下缘须低于 1/3 vcc 。 pin 3 (输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到 0 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出 电流大约 200 ma 。 pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一 个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 pin 5 (控制) -这个接脚准许由外

38、部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营 在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 pin 6 (重置锁定) - pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3 vcc 电压以下移至 2/3 vcc 以上时启动这个动作。 pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 on 时为 low，对地为低阻抗，当输出为 off 时为 high，对地为高阻抗。 pin 8 (v +) -这是 555 个计时器 ic 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏 特(最小值)至+16 伏特(最大值)8。 多谐振荡器的放电时间常数分别为 tph

39、0.7（r1+r2）c1 tpl0.7r2c1 振荡周期 t 和振荡频率 f 分别为 t=tph+tpl0.7（r1+2r2）c1 f=1/t1/0.7（r1+2r2）c1 3.5 编码电路编码电路 对分机（各船舶）进行编号，并将其转换为可以用以通信，传输和存储的 信号形式，用以区分各分机，这里采取二进制编码，范围 099，需要用到 mc145026 芯片两片，分管两位二进制码高低位。 3.5.1 电路原理图说明电路原理图说明 如图 3.5 所示，此芯片 14 端口与三极管分别相连，分由一个高低电平控制。 15 端口为编码电路地址码，与主机的设置一致，6，7，9，10 四个端口为数据 码，所提

40、供的数据即为该分机的编号。这里我设计的为 0001 和 0000，即为 10 号船舶。当主机收到分机发送的信号后，便可以识别本船的身份。第 11、12、13 端口外接阻容器，决定内部时钟振荡频率。编好的信号由 15 管脚 输出9。 14 1 3 4 2 5 6 7 9 16 15 10 12 11 8 13 jp1 mc145026 r2 res2 r3 res2 c1 cap g nd d 2 d io de +5v n e555单单单单单单 mc2833 图 3.5 编码电路原理图 3.5.2 芯片说明芯片说明 此组芯片是摩托罗拉公司生产的用于通信配对使用的最新芯片。编码芯片 mc1450

41、26 可对 9 位输入信息（地址位 a1a5，数据位 d6d9）进行编码， 编码后每个数据位用两个脉冲表示：“1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄 脉冲；“开路”编码为一宽脉冲和一窄脉冲交叉。当 te 端输入脉冲上升沿时， 编码后的数据流开始由 d0 串行输出。对于每 9 位数据信息，能看作是个数据 字，为了提高通信的安全性，编解码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。 第 11、12、13 脚外接阻容件，决定内部时钟振荡频率。第 14 脚 te 端是 发送控制端，当 te 端接低电平时，开始发送数据流：当 te 端开路时，ic 内 部有一个上拉电阻使其保持为高电平，编码器完全禁止，时钟振荡

42、器停止振荡， ic 功耗降至最低，仅零点几个微安，故无需加设电源开关。第 8 脚接电源负， 第 16 脚接电源正。编码器中时钟振荡频率 f 范围可以从 1hz 到 1mhz。对于 1khzf20k，rtc10k，400pctc15u。 这个在上文介绍 mc145027 译码器时有过提及，即为编码器 rs，rtc，ctc 的选定方法。10 编码器 mc145026 的 11 脚 rs是内部时钟振荡器的正反馈输入脚，由 rs 脚输入外部时钟信号可代替内部时钟振荡器的振荡信号，这时 12 脚 ct和 13 脚 rt 悬空不用。编码器的工作时序如图 3.6 所示，图 3.6 将 1 个发送周期分成 了

43、 4 个时间段并进行了压缩。图中的 te 为输入的控制信号波形，do 为发送的 数据信号波形，在此，数据 a1a2a3a4a5a6a7a8a9= z0z101011，式中的 z 代表 开路，rs为输入的时钟信号波形。由图可知，在 t0 时刻之前，te 保持高电平， 发送停止，do 输出为低电平；在 t0 时刻，te 由高电平变为低电平，1 个发 送周期开始，经过若干时钟周期之后，te 由低电平变为高电平，发送工作仍在 继续，直至发送周期结束；t0t1 是发送周期的引导时间段，含 16 个时钟周期； 从 t1 开始 do 输出数据，t1t4 为首发时间段，其间 t1t2 为发送数据 a1 的 位

44、周期，t2t3 发送数据位 a2a8，波形从略，t3t4 为发送数据 a9 的位周 期，每个位周期含 8 个时钟周期，宽脉冲占空比为 7/ 8，窄脉冲占空比为 1/ 8；t4t5 为两次发送的间隔时间段，含 24 个时钟周期；t5t8 为重发时间段， 它是 t1t4 的重复。 t8 以后发送停止。do 在引导时间段、间隔时间段以及停止发送时均保持 为低电平。1 个发送周期所含的时钟周期数可按下式计算：发送周期=引导时间 + 间隔时间+位周期18=16+24+818=184 个时钟周期。 编码器和译码器配合使用时，要求二者的时钟频率基本一致。其工作频率 范围很宽，可从1hz到1mhz，当编码器的

45、时钟频率f在1khz400khz范围内变 动时，可按以下算式确定译码器的外接电阻和电容： r1c1= 1. 72/ f ，r2c2= 19. 5r1c111。 te h l do h l rs h l te h l do h l rs h l te h l do h l rs h l te h l do h l rs h l 图 3.6 编码器工作时序 3.6 调制倍频电路调制倍频电路 我们需要的信号由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不适合直接用天线 发射，所以就使用一个高频信号作为载波，把需要传输的信号混入载波中，通 过天线发射，本课题中采用调频（fm）方式，提高我们需要的信号的抗干扰能 力

46、便于传输。这里用到 mc2833 芯片。 3.6.1 电路原理图说明电路原理图说明 调制部分制作原理图如图 3.7 图所示，经过编码后的信号从 5 脚输入然后 经过低频放大后到 4 脚，4 脚与 5 脚之间的电阻起到负反馈的作用。之后信号 到 3 管脚经可变电抗到 1 管脚，然后经过一个晶体管后到管脚 16、15，管脚 1、2、16、15 及之间的元件组成一个压控振荡器。信号经过压控振荡器后经过 缓冲器到 14 管脚，然后进入选频电路，到 13 管脚，此时信号进行一级放大， 12 管脚接地，放大后的信号从 11 管脚输出，再进入选频电路，到 8 管脚进入 第二次放大，7 管脚同 12 管脚接地

47、，经两级放大后的信号从 9 管脚输出。信号 电路中输出缓冲器同时作为三倍频器，产生 49.7mhz 的射频载波，49.7mhz 射 频输出功率是 10dbmw（10mw，50 负载）12。 116 215 314 413 512 611 710 89 jp2 mc2833 r4 100k c14 330pf c12 470p c4 56pf c6 47pf c5 51pf c3 470p c13 1.0 c2 0.0047 r11 220k r12 1.0k r13 390k r14 1.0k r5 390k l1 3.3u l2 0.22u c7 33pf c8 33pf c17 33pf

48、c16 470pf l3 0.22u c15 470pf c18 1000p y 1 16.5667m hz c23 470pf vcc c33 cap 图 3.7 mc2833 电路原理图 3.6.2 频率调制（频率调制（fm）原理）原理 实现频率调制的方式一般有两种: 一是直接调频, 二是间接调频。 a. 直接调频 根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性, 可以将调 制信号作为压控振荡器的控制电压, 使其产生的振荡频率随调制信号规律而变 化, 压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然, 这是实现调频的最直接方法, 故称为直接调频。 b. 间接调频 将调制信号积分后调相, 是实

49、现调频的另外一种方式, 称为间接调频。 或 者说, 间接调频是借用调相的方式来实现调频。 本次设计中所用频率调制芯片 mc2833 为直接调频，所以对间接调频不作 过多介绍。 变容二极管调频电路是广泛采用的一种直接调频电路。mc2833 调频芯片 采用的是晶振变容二极管调频电路。通过图 3.8 可以从图像上清楚的看出高频 振荡电压和变容二极管结电容之间的关系。 图 3.8 变容二极管上叠加高频振荡电压对结电容的影响 电路中通过调制信号的幅值变化改变压控变容二极管的电容，从而进一步 通过电容的改变控制振荡电路的频率，实现电压幅值变化控制频率偏移13。 3.6.3 芯片说明芯片说明 motorol

50、a 公司生产的 mc2833是单片集成 fm 低功率发射器电路，适用于 无绳电话和其它调频通信设备。以下是 mc2833的电路原理和应用。 图3.9是 mc2833内部结构和由它组成的调频发射机电路。mc2833内部包 括话筒放大器、射频压控振荡器、缓冲器、两个辅助晶体管放大器等几个主要 部分，需要外接晶体、lc 选频网络以及少量电阻和电感14。 图3.9 mc2833的外部引脚排列和内部结构图 a. 电源电压范围较宽，为2.8v9.0v b. 外接电子元件较少 c. 当电源电压为4.0v，载频为166mhz 时，最大频偏可达10khz d. 调制灵敏度可达15hz/mv e. 输出最大功率为

51、10mw（50 负载） 芯片 mc2833的高性价比是我们选择它作为发射芯片的主要原因，芯片在 频率调制发射中的主要应用如下： 外部产生的音频信号从 5 脚输入，经放大后去控制可变电抗元件。可变电 抗元件的直流偏压由片内参考电压 vref 经电阻分压后提供。由片内振荡电路、 可变电抗元件、外接晶体和 15、16 脚两个外接电容组成的晶振直接调频电路 (pierce 电路)产生载频为 16.5667mhz 的调频信号15。 变容二极管调频电路为了提高中心频率稳定度，可以加入晶振，但加入晶 振后又会使最大线性频偏减小。为了增大最大线性频偏，即扩展晶振的频率控 制范围，可以采用串联或并联电感的方法。

52、电感越大，频率控制范围越大，但 频率稳定度相应下降，所以要选择一个平衡点。本电路上选择 3.3h 电感与晶 体串联用于扩展最大线性频偏。 接下来信号由缓冲器通过 14 脚外接三倍频网络将调频信号载频提高到 49.7 mhz，同时也将最大线性频偏扩展为原来的三倍，然后从 13 脚返回片内，经两 级放大后从 9 脚输出16。 3.7 高频功率放大电路高频功率放大电路 利用三极管将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然 后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信 号电平，并且不干扰相邻信道的通信。 3.7.1 电路原理图说明电路原理图说明 高频功率放大器是通信

53、系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄 划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器 通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器 或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他 宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转 换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路” 课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲类（导通角=360度） 、 乙类（导通角=180度） 、甲乙类（导通角=180度360度） 。图3.10所示的为高频 功率放大电路的组成以及滤波电路组成1

54、7。 c22 cap c31 cap c24 cap c26 cap c27 cap c21 cap c25 cap c20 cap c19 capc30 cap c29 cap c28 cap r15 res2 r24 res2 r18 res2 r16 res2 q 4 n pn q 6 n pn q 7 n pn t1 tra n s4 r22 resisto r tapped r21 res2 r19 res1 r23 res1 r17 res1 r20 res1 +5v l4 in d uctor2 l5 in d uctor2 c32 cap l6 in d uctor2 a 图

55、3.10 高频功率放大滤波电路 第一次放大主要是电压放大过程，第三次主要进行频率放大。经过高频放 大后产生频率为0.5w，功率为49.7mhz 的信号。高频功率放大器后接一个滤波 电路，可将杂质信号滤掉，发射需要发射的信号18。 4 分机系统电路总分机系统电路总原理原理 轮船进入港口后，当设置在岸上（基站）的主机发出高频载波信号后，设 置在船上的接收端天线接收到信号后经过 lc 选频电路筛选出频率为 49.7mhz 的信号，经第一混频器放大变频为 10.7mhz 的中频信号，再进入第二混频器变 频为 455mhz 的中频信号，再经过限幅器去耦和检波电路，从 mc3363 芯片 18 脚输出，经

56、过两个非门送入 mc145027 译码器芯片进行译码。译码器控制 ne555 单稳态电路产生脉冲，三极管导通，控制继电器工作，使开关闭合，发 送端的 ne555 多谐振荡电路开始工作。多谐振荡电路产生脉冲信号经三极管分 别由高低电平信号控制两个 mc145026 编码器进行先后编码工作（我这里将二 位二进制码设置成 0001 和 0000，即分机编号为 10 号船舶） ，该信息即为分机 （船舶）的身份信息。 编好的码经由 mc2833 调制电路的压控振荡电路使晶振产生 16.5667mhz 的基准频率，同时缓冲器及其外设电容电感共同作用作为三倍频器将信号倍频 为 49.7mhz 的高频信号，经

57、过两个放大器进行二次放大的信号由 mc2833 的 9 管脚送入三级功率放大电路进行功率放大，输出的 0.5w，49.7mhz 的信号经过 滤波电路过滤掉杂质信号后由天线发出。主机接收到信号后，即可由此信号判 断分机船只的身份信息。该系统目的达成19。 系统电路总原理图见论文附录 1 发送端原理图和附录 2 接收端原理图。 5 调试调试 5.1 硬件调试的目标硬件调试的目标 测试的目的是应该尽量找出硬件设计中的隐藏的错误并加以纠正，而不是 通过测试证明硬件设计没有错误。所以，通过测试不是证明硬件设计是正确的。 通过测试只能从硬件设计中找到错误，而不可能证明硬件设计中没有错误，即 使选择测试方案

58、最完美，硬件设计中仍然可能隐藏着错误。本次测试的主要是 为了给最终用户提供具有一定可信度的质量评价，所以测试的主要内容是直接 针对在实际应用中会经常用到的商业假设。 5.2 电路调试电路调试 在 mc145026 的输入端加高电平信号，把地线和电源线都接通，然后观察 电路的工作状态。接下来测量 mc145026 的输出端是否为高电平。如果所测管 脚有参数输出则应该是高电平，若不是，则电路有错误。若发现不正常现象， 应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。 5.3 pcb 板的调试板的调试 当系统硬件部分的电路图设计好之后，接下来的工作就是对其进行 erc（电器规格检查）看在电路中是

59、否存在错误，并对其进行分析与改正。 a. multiple net names on net（即在进行 erc 检查时，同一网络上放置多个 网络名称而产生的错误） b. unconnected power objects（即在进行 erc 检查时，有电源符号没有连接 在任何网络上而产生的错误） c. duplicate sheet numbers (即在进行 erc 检查时, 在整个检查的范围内，有 重复的电路图名称而显示的错误) d. duplicate component designator （即在进行 erc 检查时，在整个检查的 范围内，有重复的元件编号而显示的错误） e. 在电路图

60、设计过程中，有连线没有连上20 通过在电路图上所显示的错误位置以及进行电器规格检查后的提示，可以 对错误进行改正，在错误被纠正之后，则可按印制电路板的具体步骤进行 pcb 板的绘制。 5.4 印制电路板的设计步骤印制电路板的设计步骤 a . 准备电路原理图和网络表 根据设计要求设计电路原理图，并绘制原理图，然后由该原理图文件生成 相应的网络表。对于相当简单的电路原理图，也可以直接进行印制电路板设计。 b. 规划印制电路板 在设计电路板之前，要对电路板有个初步的规划，主要包括电路板的选择， 采用几层电路板、板材的物理尺寸、各元器件的封装形式等，这是一项相当重 要的工作，是电路板设计的框架。 c.