电子制作简易无线电遥控系统

1、题号： E 武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告题目： 简易无线电遥控系统参赛者： 张思成学院班级： 机自0906联系方式：分标准：项目满分得分基本要求论文结构完整性10理论分析与计算20硬件电路设计与器件选择45分析及结论20创新特色5总分目 录摘 要31方案比较设计与论证31.1 调制体制的方案论证与选择31.2 发射接收模块的设计方案论证与选择3 1.3 数据传输的设计方案论证与选择31.4 系统组成42单元硬件电路设计52.1 发射部分电路的设计52.2 锁相环电路设计52.3 PT2262/2272编码/解码电路设计72.4 抗干扰措施73 软件设

2、计73.2 发射部分程序设计73.3 接收部分程序设计84性能测试94.1 发射部分的指标测试和测试结果94.2 接收部分的指标测试和测试结果104.4 结果分析125总结及创新12参考文献12附录1 图1发射部分电路图13附录1 图2接收部分电路图14附录1 图3锁相环电路图15简易无线电遥控系统( E题)摘要：本文介绍了无线电遥控发射机和接收机的设计方法，发射部分采用锁相环式频率合成器技术， MC145152和MC12022芯片组成锁相环，将载波频率精确锁定在10MHz， MC2831实现对载波的调频调制，输出功率达到设计要求。接收部分以大规模FM集成芯片MC3372为主体，灵敏度、镜像抑

3、制、信噪比等各项性能指标均达到设计要求。采用PT2262/2272编码/解码电路实现了数据传输等功能； AT89S52作为整个系统的控制部分；显示采用128×64点阵型液晶显示。经测试，整机功能齐全，各项性能指标符合系统要求，接收波形稳定，无明显失真。关键词 锁相环，灵敏度，编码/解码1方案比较设计与论证1.1调制体制的方案论证与选择方案一：采用调幅体制。其工作原理是：载波振荡器产生标准的载波信号，一路是输入信号经语音放大后在AM调制器中进行幅度调制；另一路是信号进入基带信号放大与整形电路后与载波信号进行幅度调制；调制后，功放级将调制后的信号的功率放大到所需发射的功率，再经天线发射出

4、去。 方案二：采用调频体制。它由三部分组成，即频率合成器和FM波的缓冲放大器。频率合成器的作用是产生一个振荡频率稳定度极高的FM信号，它是调制器的核心部件。本系统可以采取调幅体制或调频体制。调频系统与调幅系统相比，具有较强的抗干扰能力。1.2发射接收模块的设计方案论证与选择FM专业接收电路常采用大规模集成IC大规模集成芯片来实现。方案一：采用CXA1019作为接收机电路的核心IC。CXA1019是日本索尼公司研制的单片大规模接收机电路，它包含了AM/FM收音机从天线输入、高频放大、混频、本振到中频放大、检波直至低频（音频）功率放大的所有功能。除此之外，还具有调谐指示，电子音量控制等一些辅助功能

5、。方案二：采用MC2831，MC3372作为发射接收机电路的核心IC。MC2831无线电发射专用集成电路是美国摩托罗拉公司生产的无线电调频（FM）发射专用器件。此器件与MC3372系列无线电接收集成电路配合使用，可制成小型化、高性能、大功率的对讲机、电话机以及无线电遥控等设备。上述两种方案实现的功能基本相同，但MC2831与MC3372调整简单等优点；且它的宽电压适应范围和静噪功能也是CXA1019所力所不能及的。故选用方案二。1.3数据传输的设计方案论证与选择方案一：采用二进制振幅键控（ASK）调制与解调法。ASK有乘法器实现法和键控法两种实现方法，其数字信号与载频为fc的余弦信号进行混频得

6、到调制信号；振幅键控信号解调有两种方法，即同步解调法和包络解调法，信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，相乘器进行频谱反相搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。方案二：采用微控制器和PT2262/2272组成的编码/解码电路。PT2262/2272发射接收电路原理框图分别如图1-1和图1-2所示。在发射端，微控制器对PT2262的地址位进行预置，同时输入信号，通过微控制器进行短信编码后产生相应的数据去预置PT2262的数据位后，再调制发射出去；接收端，把接收到的信号进行解调放大后，送至PT2272，解码后在数据位产生对应的数据，通过微控制器进行控制。预置地址PT

7、2262调制显示置数数据输入信号信号编码图1-1 采用PT2262编码电路的发射原理框图解调PT2272输出信号信号解码输出信号控制预置地址图1-2 采用2272解码电路的接收原理框图上述两种方案都可以发送并且接收数字信号，但它们的原理不同，方案一是采用数字调制，而本设计发射部分的主体是频率合成技术，数字调制则无法把数字信号调制发射出去；方案二采用常用的PT2262/2272编码/解码电路，可靠性高，且与系统兼容；综上所述，本设计采用方案二。1.4 系统组成系统主要分为发射和接收两大模块，经过方案比较与论证，发射和接收部分的组成框图分别如图1-3和图1-4所示。其中发射部分的集成电路MC283

8、1、MC145152、MC12022、低通滤波器和晶振构成锁相环频率合成器、数据编码器、单片机进行数据处理、按键处理、LCD驱动。接收部分由接收模块、数据接收模块以及控制模块四大部分组成，单片机起控制作用。由于电路中既有数字电路又有高频电路，需将高频地和数字地分开以及高频电路用金属屏蔽隔离，以减小交叉调制等干扰。单片机LCD驱动按键控制数据控制信号编码键盘PT2262显示晶振参考分频器鉴相器可编程分频器MC145152环路滤波器发射芯片（MC2831）功率放大阻抗匹配高速分频器（MC12022）10MHz图1-3 发射部分组成框图 天 线 匹 配 网 路接收芯片（MC3372）高放电路本振电路

9、10.7M陶瓷滤波器PT2272单片机数据处理信号解码控制遥控对象（8个LED）数码管显示10MHz图1-4 接收部分组成框图2单元硬件电路设计2.1 发射接收部分电路的设计MC2831与MC3372构成的10MHz无线电发射接收典型应用 图2-1发射模块 图2-2接收模块2.2锁相环电路设计加入自动相位控制环节，即锁相环，来稳定发射频率。发射频率经反馈，与晶振产生的标准信号做比较，在锁相环的跟踪下，发射频率始终向标准信号逼近，最终被锁定在标准频率上，达到与参考晶振同样的稳定度。锁相环电路MC145152是大规模集成锁相环，集鉴相器、可编程分频器、参考分频器于一体，分频器的分频系数可由并行输入

10、的数据控制，其内部框图如图2-3所示。图2-3 MC145152内部框图2.2.1参考分频参考晶振从OSCin、OSCout接入，芯片内部的÷R参考分频器提供8种不同的分频系数，对参考信号进行分频。R值由RA0，RA1，RA2设定。本设计中，参考晶振为10.24MHz，所以取RA0RA1RA2101时，即R1024，对晶振频率进行1024分频。2.2.2可编程分频由于发射部分的频率高达10MHz，MC145152的电路无法对其直接分频，必须先用ECL电路的高速分频器进行预分频，把频率降低，然后由MC145152继续分频，得到一个参考频率相等的频率，并进行鉴相。为使分频系数连续可调，可

11、编程分频电路采用的是吞咽脉冲计数法，它由ECL（非饱和型逻辑电路）的高速分频器MC12022及MC145152内部的÷A减法计数器，÷N减法计数器构成。如图2-4所示。图2-4 吞咽脉冲计数器原理图参考频率fr10kHz，则输出频率fo（PNA）fr（64NA）×10kHz (1)本设计中，要使发射频率为10MHz。先令A0， 则N(fo/ frA）/P=（10×106/10×103）/64=15.63 (2)取N 1500001111B，进而A(fo/ fr)PN=（10×106/10×103）64×154000

12、101000B (3)由此可得，即给MC145152的N9N0和A5A0口预置相应的数值，这就实现了对发射频率的控制。2.2.3鉴相模拟鉴相器对输入其中的两个信号进行相位比较，一个是由稳定度很高的标准晶振经过分频得到的，另一个是由压控振输出频率经分频反馈回来的，这两个信号通过鉴相器，也就是经过一个模拟乘法器后得到一个相位误差信号。设两个输入信号分别为： （4）其中 （5）将两信号相乘得到 （6）误差信号 （7）再经过一个低通滤波器，取出其中的误差信号，滤去其高频成分，将其直流成分用来调整压控振的输出频率。本设计采用的鉴相器集成在MC145152中，它是一种新型数字式鉴频/鉴相集成电路，具有鉴频

13、和鉴相功能，不需要辅助捕捉电路就能实现宽带捕捉和保持。2.3 PT2262/2272编码/解码电路设计PT2262发射芯片地址编码输入由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出。Dout输出的编码信号是调制在载波上的，通过改变15脚（OSC1）和16脚（OSC2）之间所接的电阻阻值的大小，即可改变17脚输出时钟的频率；6个数据位（D0D5）由单片机预置，同时6个地址码也由单片机预置；17脚输出的信号通过左声道加入至发射模块（MC2831）进行调制发射出去。PT2262和PT2272的电路原理图分别如图2-5和2-6所示。图2-5 PT2262编码电路 图2-6 PT2272解码

14、电路2.4抗干扰措施本系统既有低频信号，又有中频和高频信号；既有模拟信号，又有低频基带的数字（脉冲）信号和锁相环生成的各种频率的数字（脉冲）信号。它们互相交调会形成频谱很宽的内部干扰信号，加上外部各类干扰信号，特别是50Hz的市电干扰信号，是无时不有，无孔不入。抗干扰措施必须做得很好才能保证信号高质量传送。地线隔离，地线一般要粗，甚至大面积接地，除了元器件引线、电源走线、信号线之外，其余部分均作为地线；同时模拟地要与数字地分开：模数隔离，模拟部分会受数字部分的脉冲干扰影响，必须将数字部分和模拟部分分开排版，并拉开一定的距离；加装屏蔽线，接收机鉴频/鉴相器之间的引线，均要加装屏蔽线。3软件设计3

15、.1 发射部分程序设计发射部分的程序主要可分为按键处理模块、液晶显示模块、数据处理模块以及信号转换模块四大部分。主要程序流程图如图3-1所示。开始初始化是否有键按？选择第n号LED选择电灯电灯亮度等级工作信号显示是否确认?发送YNYN图3-1发射部分程序流程图3.2接收部分程序设计接收部分的程序主要是完成液晶显示、按键处理以及台号的转换等功能。主要程序流程图如图3-2所示。开始初始化是否有中断？地址是否正确？接收信号是否为灯？判断亮度等级判断是第n个LED是否工作控制YYNNYN图3-2 接收部分程序流程图4性能测试4.1发射部分的指标测试和测试结果采用Multisim进行仿真。4.1.1输出

16、频率准确度的测试本设计的发射频率稳定在10MHz，测试方法是控制发射部分的电源开关来控制频率的发射，每开一次就记录发射的频率值，总共记录六次不同时候发射的频率值。表4-1为记录表格。式(1)为频率准确度的计算公式。 （1）式中A为频率准确度，f1为实测频率，f0为标称频率（10MHz）。表4-1 输出频率准确度记录表标称值（MHz）实测频率（MHz）平均值（MHz）准确度第一次第二次第三次第四次第五次第六次10.0000010.0013210.0015710.0008610.0016810.0009210.0010810.001243.5根据表中数据并计算可知，输出的频率准确度为3.5

17、5;10-5。4.1.2输出频率稳定度的测试 采用精度频率计数器来测量频率稳定度。本设计的发射频率稳定在10MHz，测试方法为以30s为单位测量不同时间的频率值并记录。表4-2为记录表格。式(2)为频率稳定度的计算公式。 （2）式中B为频率准确度，fmax为变化最大频率，f0为标称频率（10MHz）。表4-2 输出频率稳定度记录表标称值（MHz）实测频率（MHz）fmax（MHz）准确度（10-5）00s30s60s90s120s150s10.0000010.0011210.0005710.0008610.0006810.0010210.0015810.001584.5根据表中数据并计算可知，

18、输出的频率稳定度为4.5×10-5。4.1.3输出功率的测试首先输出10MHz的正弦标称信号，使用+5V的单直流电源为系统供电，接一个75的纯电阻作为负载，用100MHz的数字存储示波器测出该电阻两端电压值Uopp（详细测量数据见表4-3），按照式(3)便可计算出输出功率。 （3）表4-3 功率测量数据表测量次数123456平均值电压Uopp（V）1.781.811.831.801.771.821.80功率（mW）7.928.198.378.107.838.288.104.2接收部分的指标测试和测试结果接收部分主要指标是接收的灵敏度、信噪比以及其镜像抑制。4.2.1 接收机灵敏度（1

19、）定义接收机的灵敏度是指在给定的音频输出信杂比下，产生标称输出功率所需要的最小信号电平。 （4） （2） 测试方法调频信号发生器的载波频率为10MHz，调制频率1KHz，频偏±75KHz，接收机的信号平位，按失真最小调谐调节，使其输出为标准输出功率。改变输入信号电平，使输出保持标准输出功率，而用滤基波法测得的信噪比达到30dB（相当于失真3），此时的输入信号电平为使用灵敏度。4.2.2信噪比（1） 定义信噪比：指在一定的输入信号电平下，接收机的输出端的信号电压和噪声电压之比。 （5）式中 S为有用信号，D为谐波失真，N为噪声。（2）测试方法用去调制法进行指标测试。开关K先在1的位置，

20、调频信号发生器的载波频率为10MHz。调制频率1KHz，频偏±75KHz，输入电平为70dBf,按失真最小调谐，使输出为标称有用功率相应的电压U1。去调制，并将开关放到2位置。记下噪声输出电压U2，U1 和U2之比，用分贝表示，即为信噪比。（3） 提高信噪比的方法根据信噪比的定义和式(6) （6）在Pi为定值的情况下，输出端信杂比取决于整机噪声系数NF和输入端噪声。但有些噪音是由低频放大器部分引入的，特别是50Hz的交流电的干扰是无孔不入的。可用示波器观测噪声的基波成分。如果基波成分为100Hz，一般来自电源部整流滤波性能欠佳，可采取加大滤波电容、加大地和电源线的面积及合理布线等措施。如果基波成分主要是50Hz，则说明50Hz交流电通过空间耦合而来，此时要采取电磁隔离的办法方能解决。表4-4 接收部分参数测量基本参数测量条件测试数据单位灵敏度测量频率：10MHz频偏：±75kHz信噪比：30dB （滤基波法）调谐方法：失真最小输出功率：标准输出功率音调：平直位置10V信噪比测量频率：10MHz频偏：±75kHz（去调制法）调谐方式：失真最小输出功率：标称有用功率音调：平直位置60dB镜