无线对讲机论文

1、无线对讲机设计（基带信号处理单元） 摘要 本文阐述无线对讲机基带信号处理单元的设计。 主要设计工作包括： 发射端的麦克风语音信号放大电路，采样和量化，以及接收端的数字信号接收、数模转换、平滑滤波和功率放大， 从而支持语音信号的基带传输。 电路设计中主要使用运算放大器和单片机，分别处理模拟信号和数字信号。完成了硬件制作和软件编程。测试结果表明，麦克风语音信号放大电路、采样量化、数字信号接收、数模转换、平滑滤波和语音功率放大均达到了预期指标。 关键词 无线对讲机基带信号 运算放大器单片机Design of the One Way Radio (Base Band Signal Process Un

2、it )Abstract This paper mainly expounds the design method of the one way radio in base bandsignal unit. The main work can be divided into two parts:sending and receiving The former involves the amplification of the input voice siganl from the microphone, sampling, andquantization.After the arrival o

3、f the signal,the next procedures are as follows: the digital signal receiving,D/A conversion, smoothing filtering and power amplification.When theabove steps are finished, the base band signal transmission are implemented,The maincomponents used in the design of circuitare operational amplifiers and

4、 microcontrollers,respectively processing analogue and digital signal.Then I use the software for circuitsimulation and debugging.Once the results reach the expected indicators,I put it intopractice and make plates for the circuit. The final work is to test the plates and make adjustments so as to m

5、eet the requirements wanted.Key words One way radio Base band signal Operational amplifier Microcontroller引言 1第 1 章 无线对讲机系统31.1 无线对讲机基带信号处理单元结构 31.2 基带传输系统41.2.1 基带发送部分的构成41.2.2 基带接收部分的构成4第 2 章 基带传输系统设计方案 52.1 基带发送部分的设计52.1.1 前置放大电路的设计52.1.2 抗混叠滤波器的设计112.1.3 A/D 转换和基带串行发送的设计172.2 基带接收部分的设计192.2.1 基带

6、串行接收的设计192.2.2 D/A转换电路和平滑滤波器的设计 202.2.3 功率放大器的设计23第 3 章 软件仿真和调试283.1 基带发送部分的仿真和调试283.1.1 前置放大电路的仿真和调试283.1.2 抗混叠滤波器的仿真和调试303.1.3 A/D 转换电路的仿真和调试 313.1.4 基带串行发送设计的仿真和调试333.2 基带接收部分的仿真和调试363.2.1 基带串行接收的仿真和调试363.2.2 D/A转换电路的仿真和调试383.2.3 平滑滤波器的仿真和调试403.2.4 功率放大器的仿真和调试403.3 基带系统整体仿真和调试41第 4 章 实验测试和结果464.1

7、 基带发送部分的测试和结果464.1.1 前置放大电路的测试和结果464.1.2 抗混叠滤波器的测试和结果504.1.3 A/D 转换电路的测试和结果544.1.4 基带串行发送的测试和结果594.2 基带接收部分的测试和结果624.2.1 基带串行接收的测试和结果624.2.2 D/A转换电路的测试和结果 684.2.3 平滑滤波器的测试和结果714.2.4 功率放大器的测试和结果71结论 73参考文献 75附录 76引言对讲机与手机相比有许多独特的地方。 首先对讲机不受网络限制， 在无线蜂窝网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者相互沟通。其次是对讲机提供一对一， 一对多的通话方式，一按就说

8、，操作简单，令沟通更自由，尤其在紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的。第三是通话成本低，除了购机费用和电池耗电外，没有其他成本，相比而言，手机还有通话费，月租费等。对讲机应用领域很广，主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业， 用于团体成员间的联络和指挥调度， 以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、 购物也开始越来越多地使用对讲机。从通信工作方式上，对讲机分为单工通信工作的单工机和双工通信工作的双工机。本文主要容是设计单工机的基带信号处理单元。 主要设计工作包括： 发射端的麦克风语音信号放大电路，采样和量化，

9、以及接收端的数字信号接收、数模转换、平滑滤波和功率放大，从而支持语音信号的基带传输。在设计中以英国 Labcenter electronics公司出版的EDAX具软件PROTEU褥口美国Microchip公司出版的单片机集成开发软件MPLAB为设计平台，另外使用 MATLA欧件作辅助理论分析，还使用 PROTEL 99S欧件制作印 刷电路板。本文是这样安排的，第 1 章描述总体的基带传输系统架构，作为整个设计的提纲，第 2 章开始论证具体的实现方案，第 3 章对第 2 章提出的方案按模块一一用软件仿真，第 4 章是实际电路的制作和测试。最后作一个总结，说明设计完成的情况。本设计的技术指标包括：

10、语音失真度小于5%,频带围300hz3400hz,麦克风电路灵敏度10mv,扬声器功放功率0.5wo在具体电路设计中主要使用运算放大器和单片 机，分别处理模拟信号和数字信号第1章无线对讲机系统1.1 无线对讲机基带信号处理单元结构如图1-1所示为单工无线对讲机总体系统结构。它包括基带信号处理单元和射频信 号处理单元两部分。射频部分可由专用芯片完成，本文只阐述基带信号的数字传输设计， 包括为射频芯片发射部分提供语音数字输入，从射频芯片接收部分接收数字输出并还原 出语音信号。由于采用单工方式通信，在同一时刻只能单方向传送信息。当A方按下发送按键时，发信机与天线相连接而处于发送状态， B方则应使天线

11、与收信机相连接而处 于接收状态，构成由A到B的单向通信链路。要使信息反向传送，则需要双方改变原 来的收发状态。考虑到A, B双方的收发机完全相同，而本文不涉及射频部分，为减少工作量，只设计一对收发机进行基带通信，简化后总体系统结构如图1-2所示d4发/帆、/ 天 线发信机中收信机电台A电台B图1-1单工无线对讲机总体系统结构收信机口图1-2单工无线对讲机基带传输系统结构1.2 基带传输系统1.2.1 基带发送部分的构成基带发送部分由语音前置放大、抗混叠滤波、A/D转换和基带串行发送四部分组成. 如图1-3所示。语音前置放大k抗混叠滤波"A/D转换 基带串行发送图1-3基带发送部分的构

12、成1.2.2 基带接收部分的构成基带接收部分由基带串行接收、D/A转换、平滑滤波和功率放大四部分组成。如图 1-4所示。基带串行接收一D/A转换一平滑滤波*功率放大图1-3基带接收部分的构成第 2 章 基带传输系统设计方案2.1 基带发送部分的设计基带发送部分的设计包括前置放大、抗混叠滤波、 A/D 转换和基带串行发送四部分 的设计。2.2.1 前置放大电路的设计（ 1）小信号放大器要求1前置放大电路属小信号放大，一般不考虑输出功率，只要求在小信号激励下a 不失真地放大信号，b 具有足够大的增益，c 宽的通频带，d 合适的输入、输出阻抗，e 放大后的小信号电压足够被 A/D 转化，f 当然还要

13、有一定驱动能力。（ 2）分析a话筒的输出信号一般只有5mV&右，输出阻抗可达到20 k?（亦有低愉出阻抗的 话筒如20?, 20O?等），最常用的驻极体话筒输出阻抗一般小于2K?,所以麦克风电路的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到10kH） ，其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。b根据任务书要求，麦克风电路灵敏度小于10mV假设实际输入彳S号最小约为10mV, 放大后最大设定为5V,则最大增益约为54dRc语音信号的通频带为300-3400Hz。(3)电路设计2为简化电路设计，采用集成运算放大器，这样只要设计必要的外围电路即可。接下来的任务是综合上述几点，选用合适的集成运放芯片。常

14、用的有普通运放和高性能运放，比较典型的是UA741和NE5532,将它们的性能作一对比，如表 2-1和表2-2所示。表2-1仙A741的性能参数电源电压+VCc-VEE+3V+18V,典型值+15V-3V-18V,典型值-15V工作频率10kHz输入失调电压VD2mV单位增益带宽BW1MHz输入失调电流I IO20nA转换速率多0.5V/ pS开环电压增益Avg106dB共模抑制比KCMR90dB输入电阻1M?功率消耗PD500mW (接卜贞)输出电阻75?输入电压围士3V表2-2 NE5532的性能参数电源电压+VCc-VEE+3V+20V-3V -20V工作频率140kHz输入失调电压VD

15、0.5mV单位增益带宽BW10MHz输入失调电流IIO10nA转换速率多9V/ pS开环电压增益Avg94dB共模抑制比Kcmr100dB输入电阻1M?功率消耗PD780mW输出电阻75?输入电压围土电源电压比较发现NE5532虽然功耗较大，但在转换速率和单位增益带宽增益上都优于仙A741。别外对二者的开环频率特性作一比较，如图2-1和图2-2所示。-110*10。908。70605040302010 0-101 io 1Q0 ik iok look im iowi f Frequency Hzs z_<0on10 102 1。3 104 105 10e 107图2-1p A741差模输

16、入开环增益频率特性f (Hz)-20 1031Q4105106107108o o O 4 2mp) z-3图2-3NE5532差模输入闭环增益频率特性RfRFC1R1图2-2 NE5532差模输入开环增益频率特性观察发现仙A741开环时的通频带约为10Hz,而NE5532开环时的通频带约为1kHz,更 适合语音频段300-3400Hz的放大。(4)设计过程3结合上述分析决定使用 NE5532乍为前置放大电路的芯片，考虑到NE5532在闭环时 增益可达到40dB (见图2-3),很接近设计要求的54dB,所以不采用级联放大。另外希 望对低于20Hz部分的信号有衰减作用，也就是设计成一个低频语音前

17、置放大器。如图 2-4所示。60f (H/图2-4 用NE5532构建的低频语音前置放大器图2-4中，C1、C2用来隔直流。其系统函数s2RC£2(Rf Rf) sRCiH (S)=Uo/Ui= -(2-1 )s2RRfGC2 sRG sRG 1由于其幅频特性不好描述，常用软件进行刻画，考虑到该式中含有多个变量，需根 据设计要求大致确定各变量的取值才能进行画出图形，以便评估。该电路预期设计指标包括：闭环放大倍数101,通带频率20-2000HZ,输入信号Ui=10mV-80mV(有效值)。具体确定参数围需用到以下几个关系式：基本关系式1(2-2)f=GB/KF其中f为主极点频率，KF

18、为闭环放大倍数，GB为闭环单位增益频率基本关系式2fL12C2Rf(2-3)其中fL1是由C2决定的下限频率(幅频特性中-3dB对应的频率)。基本关系式3fL22 clR(2-4)其中fL2是由C1决定的下限频率，fL1<<fL2,通常取fL1= f L2/10 0基本关系式4KF=1+RF/Rf(2-5)其中KF为闭环放大倍数，通常取 R1=R£基本关系式5RfJ(kF 1)RidRo/2(2-6) 其中RID为差模输入电阻，Ro为输出电阻。有了以上关系式可以初步确定电路参数。具体分为以下几步： a确定电源电压NE5532的GB=10MH z输入电阻 Rd=1M,输出电

19、阻FO=75Q ,闭环放大倍数 KF=101, 则主极点频率f可由式（2-2）确定，求得f=99KHz>>2KHz满足上限频率的要求。由 于Uo最大值为v2 X 101 >0.08） =11.42V （幅值），电源电压应大于11.42V,取*5V。 b 选择 RR Rf、R1NE5532的输入电阻Rd=1M，输出电阻 R=75。，贝U RF可由式（2-6）确定，求得RF=61.23K Q,取 62KQ。由式（2-5）求得 Rf=620Q ,贝U R1=Rf=620Qoc确定C1、C2根据要求 f L2=20Hz,由式（2-4）求得 C1=12.8uF,取 C1=10uF f

20、l仁f L2/10=2Hz,由式（2-3） 求得 C2=128uF 取 C2=100uF经过上述步骤就确定了电路中的所有参数，见表 2-3。表2-3低频语音前置放大器的参数电源电压/V±15RF/ K Q62Rf/ Q620R1/Q620C1/ uF1M?C2/ uF100然后由式（2-1）用MATLAB寸该电路的幅频特性进行仿真，程序代码见附录一，仿真结1 01D110101Co o O4 3 2BswaFrequency (ractfsec)图2-5低频语音前置放大器幅频特性观察可知其系统函数所描绘的是截止角频率约为100rad/s （即截止频率约16Hz）的放大器,放大倍数为4

21、0dB（100t）,对低于20HzW号有比较陡峭的衰减，基本满足对低频部分的要求，但对高频信号没有衰减作用，在下一节中将设计一低通滤波器以达到抗混叠的效果。2.1.2 抗混叠滤波器的设计(1) 滤波器类型的选择4如果用模拟电路直接对模拟信号进行处理则构成模拟滤波器，它是一个连续时间系统。如果利用离散时间系统对数字信号（时域离散，幅度量化后的信号）进行滤波，则 构成数字滤波器。除了模拟和数字这两大类滤波器外，还有一类对离散信号（仅时间离散，未转换成数字信号）进行处理的滤波电路，其中“开关电容滤波器”具有一定的代 表性。由于本系统对滤波要求的精度不是很高，为简化设计，采用模拟滤波器的方案。常用的模

22、拟滤波器有无源LC滤波器和有源的RC滤波器两类。在工作频率较低的情 况下，无源LC滤波器表现出明显的缺点。此时，电感元件体积、重量较大，而且电感 Q值下降。RC有源滤波器则适用于低频场所。本设计属于低频设计，采用RC有源滤波(2) RCW源滤波器白实现方案5 6RCT源滤波器包括电阻、电容、运算放大器以及由此导出的电压控制电压源 (VCVS、 回转器、积分器、比例放大器和加法器等，无电感电路。常见的 VCVST两种，如图2-6 所示。VI RIR2(2-9)图2-6 常见的VCVS(a)正增益VCVS (b)负增益VCVS图2-6 (a)是正增益 VCVS其增益k=V2/V1=1+R2/R1(

23、2-7a)当R2=0, Ria时，即电压跟随器。图2-6 (b)是负增益VCVS其增益(2-7b)k=V2/V1=-R2/R1和无源滤波器一样，有源滤波器的实现也是综合系统函数H(s)B(s)bmSm bmiSm1n _ n 1A(s) s an 1sbis boa1s a0(2-8)H(s) H1(s)H2(s)Hk(s)其中k< n。子系统二阶节(2-10)一阶节RC有源滤波器利用放大器负反馈，使 H (s)产生共腕极点，不仅可以靠近j Q,形成良好选频特性(用于滤波)，甚至可以移至虚轴形成振荡(作信号源)RCt源滤波器有两种实现方法： a直接法，直接将H (s)综合得到电路;b级联

24、法，将子系统Hj (s)逐级实现后级联。本设计采用级联法，典型电路是单级正反馈电路，它是可以实现不同滤波特性的双二阶电路。它由RC梯形电路与有源VCVSft同组成，其一般结构如图2-7(a)所示，其中Y1, Y2, Y3, Y4是电阻或电容，r和(K-1) r用以调节所需要的增益 K,图2-7 (b)图2-7 双二阶单级正反馈电路实现及其等效电路(a)实现电路(b)等效电路其系统函数V2Ha(S)KYY3V1丫4(丫1 Y2 Y3)工(丫1 丫2) KY2Y3用R-C元件代入Y1-Y4,就可以构造出具有不同滤波特性的双二阶系统函数Has)。(3) RC有源滤波器参数的确定这一部分用到的抗混叠滤

25、波器属低通滤波器，而具有低通滤波特性的双二阶系统函数Ha (s)的一般表达式为A(s) V2 A (2-12)V1 s2 -c s2Q其中A (s)为传输函数，即Ha (s), Av为电压增益，c为截止角频率，Q为品质因数。采用R-C情况如图2-8所示VIC图2-8双二阶单级正反馈低通滤波电路图2-8所示的电路也是VCVSfe路，其中运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称 VCVSfe路，其优点是电路性能稳定，增益容易调节。这一电路对理想滤波器的逼近方式， 同样有巴特沃斯最 平坦逼近法和切比雪夫等波纹逼近法等，实际采用的是巴特沃斯最平坦逼近 法，图2-9所示的

26、是其一般幅频特性。Av/理相实际图2-9巴特沃斯低通滤波电路幅频特性具体的系统函数表达式为A(s)V2R1R2C1CVi(2-13)由式（2-12）和式（2-13）s2 R1CR2c联立方程组(1Av )R2C1sR1R2cleRR2C1CRCR2C(1 A)R2G(2-14)RR2C1C只根据设计指标fc,Av,Q确定电路参数R1, R2, C, C1值值是相当困难的通常是先设定一个或几个元器件的值，再由式（2-14）求其他元器件值。设定的元器件越少，方程求解越难，但电路调整较方便。现在已经用计算机完成了方程组的求解, 并将具有巴特沃斯、切比雪夫响应的n=2, 3,，8阶各种类型的有源滤波器

27、的电路及其所用的R C元器件的值制成设计圾，设计时只需要查表就能得到滤波器的电路及R C元器件的值，这种查表法实际上就是有源滤波器的快速设计方法。具体设计步骤如下:a根据截止频率fc ,从图2-10中选定一个电容C （uF）的标称值，使其满足(2-15)100fCCK值不能太大，否则会使电阻的取值较大，从而使引入的误差增加，通常取 1WKW 10。实际取fc=3400Hz,作为低通滤波器的截止频率，由式（2-12）可知C在0.0029-0.029uF之间取值，由图2-10查得C=0.01uF,K=3。图2-10 截止频率fc ,电容C及参数K的对应关系(a)截止频率 fc (1Hz-102Hz

28、)(b)截止频率 fc (102Hz-104Hz)b从表2-4查出与Av对应的电容值及K=1时的电阻值，再将这些电阻值乘以参数 K,得电阻的设计值。取 Av=2, WJ R1=1.126K=3.378KQ , R2=2.250K=6.750 KQ ,R3=6.752K=20.256K Q ,R4=6.752K=20.256 K Q , C1=C=0.1uE表2-4二阶低通滤波器设计表Av1246810R11.4221.1260.8240.6170.5210.462R25.3992.2501.5372.0512.4292.742R3开路6.7523.1483.2033.3723.560R406.

29、7529.44416.01223.60232.038C10.33CC2C2C2C2Cc 理论验算。将 R1、R2、R3 R4k C1、C代入式（2-14）得 fc=3.35KHz,Av=2,经过上述步骤就确定了电路中的所有参数，见表 2-5。表2-5抗混叠滤波器的参数R1/KQ3.378R2/KQ6.750R3/ K Q20.256R4/ K Q20.256C/ uF0.1C1/ uF0.12.1.3 A/D转换和基带串行发送的设计（1）基本要求7微弱的语音进号经前置放大电路线性放大后就可进行A/D转化，获得的数字量输入数字调制发射模块进行发射，本设计中只作基带发送。放大后待量化的语音信号频率

30、围 仍然在300-3400Hz之间，根据采样定理，采样频率必须大于等于基带最高频率的2倍,才可以由采样信号恢复出原信号。取最高频率为4KHz，则采样频率为8KH乙本设计利用PIC16F877单片机置A/D转换电路实现10位量化，然后取高8位通过单片机的SPI 模式进行基带串行送。A/D转换电路应达到下列要求：a每次A/D转换周期（包括采样保持和量化两过程）不超过 1/8KHz=125usb串行数据传输速率不得低于8bit/125us=64kb/s,并行传输速率每路不低于 1bit/125us=8kb/s(2)基本方案网a A/D转换时间问隔。查询PIC16F877单片机手册，了解到每次 A/D

31、转换分两个阶段：采样保持，量化。最小采样保持时间为 12us,量化用时12TAD其中TAD由软件设 置为TAD=8TOSC TOSC为单片机所接晶振的周期，通常都是用4MHz晶振， TOSC=1/4MHz=0.25ufTAD=2u§ 量化用 24us。贝U一次 A/D转换最少用时为 12+24=36u3 所以每次A/D转换的间隔应控制在36us和125us之间，可用单片机的定时器 0进行定 时，量化后的10位数字量结果只取高8位，采用单片机SPI主模式用行输出，流程图 见图2-11 0定才器0初祝启动皿转换徐| .留等位胃器回泉环中 EFT主程序中断程序图2-11 A/D转换流程图b

32、 A/D转换参考电压。理论上放大后的语音信号电压在土 15V之间变化，实际中可能难以达到，但可以确定是在正负电压之间变化，所以先以土5V作参考电压。(3)程序代码#include<pic.h>/采用PIC16F877A的SPI主模式传输8位的AD转换数据/SPI主模式下只要向SSPBU布入数据，就可由 SDO$行输出/在中断中进行 A/D转换并将结果放入 SSPBUF从而直接发送void interrupt usart_seve()T0IF=0;TMR0=0xf6;ADGO=1;wait:if(ADIF=0) goto wait;SSPBUF=ADRESH;ADIF=0;/TMR0

33、=0xc8;main()TRISC3=0;/RC3为输出作SCKTRISC5=0;/RC5为输出作SDOTRISC4=1;/RC4为输入作SDISSPCON=0X31;SSPSTAT=0x40;INTCON=0xe0;OPTION=0x00;ADCON0=0X41;/AD转换时钟为8分频,AN0为模拟输入，接通 AD电路的电源；ADCON1=0X0f;选择采样数据左对齐，选择通道AN0为模拟输入，AN3,AN2外接正负基准电压TMR0=0;loop:goto loop;2.2 基带接收部分的设计基带 接收 部分的设计包括基带串行接收、 D/A 转换电路、平滑滤波器和功率放大器四部分的设计。2.

34、2.1 基带串行接收的设计(1) 基本方案直接利用单片机的SPI从模式进行基带串行接收，然后由PORT端口并行输出数据以供 D/A 转换。(2) 程序代码#include<pic.h>/采用PIC16F877A的SPI从模式接收8位的AD转换数据/SPI从模式下按输入的 SCKM钟由SDI串行输入8bit数据，然后存入SSPBUF/将SSPBU做据送至PORT国行输出从而进行 DA转换 void interrupt usart_seve()SSPIF=0;PORTB=SSPBUF;/ 并行输出 8位数字量 main() TRISB=0; 并行输出数字量以供 DA转换TRISC3=1

35、;/RC3 为输入作SCK说明是从模式TRISC5=0;/RC5 为输出作SDOTRISC4=1;/RC4 为输入作SDISSPCON=0X35;/ 选择从动模式，不使能/SSSSPSTAT=0x40;/每比特数据输出的中间时刻采样，SCKT降沿输出下一比特数据INTCON=0xe0;/ 使能外围中断SSPIE=1;SSPIF=0;loop: goto loop;2.2.2 D/A 转换电路和平滑滤波器的设计(1) 1) D/A 转换芯片选择9由于是并行接收，为简化设计， 选用并行输入的 D/A 转换芯片，对芯片的要求主要是转换速率要足够高。设计采用DAC0832其转换时间仅1US,远小于接收

36、数据的周期125us,满足设计要求。(2) DAC0832K片性能结构图2-12和图2-13分别为DAC0832I勺引脚图和部结构图。其主要参数如下：分辨率为8位，转换时间为1s,满量程误差为±1LSB,参考电压为(+10-10)V,供电电 源为(+5+15)V,逻辑电平输入与TTL兼容。从图2-12中可见，在DAC0832t有两级 锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为 ILE ，第二级锁存器称为DACJ存器，它的锁存信号也称为通道控制信号/XFER。当ILE为高电平，片选信号/CS和写信号/WR1为低电平时，输入寄存器控制信号为1,这种情况下，输入寄存器的输出随输

37、入而变化。此后，当/WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存IsbDIO11i Dll12louflI>12*>Rth111 IViefDI419ILFTUFDI6vvkJALSBD1"cSXT史1161565到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。图 2-12DAC083/I 脚图对第二级锁存来说,传送控制信号/XFER和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平,8位的DACS存器的输出随输入而变化，此后，当 /WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存到DACJ存器中。图2-13D

38、AC0832S结构图(2) DAC0832r作方式DAC0832t三种工作方式：直通方式，单缓冲方式，双缓冲方式。a直通方式：当ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地时,DACi于 直通方式，8位数字量一旦到达DI7DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被 转换成模拟量。例如在构成波形发生器的场合，就要用到这种方式，即把要产生基 本波形的数据存在ROW,连续取出送到DACS转换成电压信号。b单缓冲方式：只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，而用另一个锁存器数据，DAC就可处于单缓冲工作方式。一般的做法是将 WR2和XFER都接地,使DAC 寄存器处于直通方式，另外把I

39、LE接高电平，CS接端口地址译码信号，WR1接CPU 的WR信号，这样就可以通过一条MOVX旨令，选中Ig端口，使CS和WR1有效，启 动D/A转换。c双缓冲方式：主要在以下两种情况下需要用双缓冲方式的 D/A转换。需在程序的控制下，先把转换的数据输入输入缓存器，然后在某个时刻再启动 D/A转换。这样，可先选中CS端口，把数据写入输入寄存器；再选中 舞ER端 口，把输入寄存器容写入 DACJ存器，实现D/A转换。在需要同步进行D/A转换的多路DAC系统中，采用双缓冲方式，可以在不同的 时刻把要转换的数据打入各 DAC的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启动 多个DAC专换。先用3条输出指令选择

40、3个端口，分别将数据写入各 DAC勺输 入寄存器，当数据准备就绪后,再执行一次写操作，使 XFER变低同时选通3 个D/A的DACJ存器，实现同步转换。为满足实时性的要求，采用直通方式。(3) D/A转换电路设计7设计的电路如图2-14所示，其中ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地，此时DACft于直通方式，8位数字量一旦到达 DI7DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量20 IDO Vcciy_ _1LE RfbD1B7-B0GNI>M DAC«8S2181317iD7 /5CFER /CS AVRl WR2loiTTlI OVT2Vou

41、t (0V-5V)uA741DGNDjjD图2-14单片机和DAC083由31方式输出连接图运放输出电路输出电压(2-16)Vout (D/256)*VREF其中D为B7-B0对应的8位数字量，VREF D/A转换的参考电压，设计采用 VREF=5V(3)平滑滤波器的电路设计平滑滤波器设计与2.1.2抗混叠滤波器的设计完全相同2.2.3 功率放大器的设计(1)功率放大器的要求功率放大器是在大信号激励下输出足够大的信号电压U和信号电流I ,使功率P=UI 接近极限应用。它的要求如下: a安全b高效c输出失真在允许围的功率信号d功率信号增益满足要求上述a、b、c这三个要求为最主要，实际中的功放有甲

42、类、乙类、甲乙类、丙类等，甲 类效率最低，极限只有25%丙类最高可接近100%乙类和甲乙类居中，约在70%-80% 但从电路复杂程度上看，甲类最简单，丙类最复杂，而乙类和甲乙类居中，容易集成， 所以折中选择乙类或甲乙类。目前应用最广泛的功率放大电路类型是乙类互补推挽功率 放大器。如图2-15所示。A T/2 Lvcc图2-15乙类互补推换功率放大器(2)乙类互补推换功率放大器分类常见的乙类互补推换功率放大器有 OTL OCL BTL电路，它们的优缺点见表2-6表2-6 OTL OCL BTL优缺点央义名称OTLOCLBTL中文名称无变压器功无输出电容由两个相同放电路功放电路的OCL电路组成一个

43、功率更大的功放电路优点可以使用单省去体积较无论使用单电源供电，是电池大的输出电容，频电源还是双电源供电的首选电路率特性好供电都/、需要输出电容，理想输出功率是单个OCL电路的4倍，功率做得更大缺点需要通过体需要双电源电路比较复积较大的电解电供电，对电源的要杂容作为输出耦合求稍高考虑到本次设计的对讲机为方便携带必须采用电池供电，而输出功率不高，仅为0.5W,所以采用OTL电路。(3) OTL电路的设计设计OTL电路可以直接选用合适的三极管构建电路，设计时考虑到以下几点：a为避免交越失真，必须为输入端的两管加合适的正偏电压b为构建单电源供电电路，在输出负载端用接一个大容量隔直流电容c为保证功率管不

44、被烧坏，需有过流保护电路d为使功率管充分利用，输入激励需采用自举电路使输入达到最大值综合以上四点，设计方案一。具体电路如图 2-16。图2-15直接由三极管构建的乙类互补推换功率放大器设计思想：a基本原理，T2为一只NPN®功率晶体管，T3为一只PN叫功率晶体管，它们组成互补推挽输出管，T1为电压放大激励管。信号经过 C1耦合送入T1进行放大后，从T1集电极产生的信号正半周使T2导通，负半周则使T3导通，经过放大后的信号通过电容C3后输黑扬声器。电路中电容 C2为自举电容，它和R2及R3组成自举电路，使B点 的电位随前出电压的增高而增高，扩大了电路的动态围(详见电子线路非线性部分P3

45、4)。b详细，数计算。由式(2-17)就可确定T2, T3的极限参数，找出相应的三极管_1 .2 cPl Icm Rl2I Icm J2Pl/Rl & 0.5W/80.35A(2-17)Vcm IcmRl 2.82VVcc 2 (Vcm VCE(sat)V ( br)ceo VccIcm ic maxPcm 0.2Pl 0.2 0.5 0.1Wc论证可行性：电路过于理想，实际需要很多改进，如三极管特性不匹配等问题，器件 参数计算难度大，缺少确定的可行围，通频带围不好确定，调试起来也较麻烦。为简化电路，考虑直接用集成功放制作扬声器功率放大器，得到方案二。方案二中 采用LM386它是一个单

46、电源供电的音频功放，外部封闭为8个引脚，具部结构如图2-16 所示，通过改变引脚1和引脚8之间的外部连接电阻和电容，就可以改变放大器的增益。 常用的LM386工作电压在4-12V或是5-18V,功耗典型值700mWV带宽为300KHz输入 电阻为50KQ,可以满足输入彳S号的带宽要求 300-3400HZ。图2-16 LM386部结构实际应用中LM386的外部连接元器件较少，因此它在 AM-FM攵音机、视频系统、功率变换等场合广泛应用。查询芯片手册，采用图 2-17所示功放电路。(a) Av=50(b) Av=200图2-17 (a)所示为电压增益Av=20的功放电路，图2-17 (b)所示为

47、电压增益Av=200 的功放电路。要根据实际测试情况选择其中一个，作为功放电路。与方案一相比，方案 二电路更加简单，通频带大小、电压增益和电路参数更加明确，容易调试。综合上述分析采用方案二，直接用 LM38般计功放电路。第3章软件仿真和调试3.1 基带发送部分的仿真和调试基带发送部分的仿真和调试包括前置放大电路的仿真和调试、抗混叠滤波器的仿真和调试、A/D转换电路的仿真和调试、基带串行发送的仿真和调试四部分。3.1.1 前置放大电路的仿真和调试(1) ISIS软件仿真电路用NE5532(乍单级的语音前置放大器，具仿真电路如图3-1所示。4«IOB用NE史3220-20® H

48、二的词若愤大访VJ=1Chi7<>tV HF=1OI图3-1前置放大器的仿真电路(2) ISIS软件仿真结果用NE5532(乍单级的语音前置放大器，其仿真结果如表3-1所示表3-1前置放大器的仿真Vin(mV-pp)f(Hz)Vo (V-pp)Avo=Vo/VinAv|dB= 20*lg(Av/Avmax)20201.470-3200210002k2100010k1.470-3其大致的幅频特性曲线如图3-2所示图3-2前置放大器的仿真幅频特性曲线3.1.2 抗混叠滤波器的仿真和调试(1) ISIS软件仿真电路用uA741作抗混叠滤波器，其仿真电路如图3-3所示图3-3抗混叠滤波器的

49、仿真电路(2) ISIS软件仿真结果用uA741作抗混叠滤波器，其仿真结果如图3-3所示表3-2前置放大器的仿真Vin(mV-pp)f(Hz)Vo (mV-pp)Avo=Vo/VinAv|dB= 20*lg(Av/Avmax)2000400201k400203.4k2701.35-3.410k400.2-13.9(接卜页)大致的幅频特性曲线如图3-4所示o Ik 3- 4k10kAv/dD图3-4抗混叠滤波器的仿真幅频特性曲线(4)由于抗混叠滤波器与平滑滤波器设计相同，其仿真结果也一样。3.1.3 A/D转换电路的仿真和调试(1)程序方案PIC16F8 77A单片机先AD转换，后由SPI主模式

50、传输8位AD转换数据。在定时器0计数期间，A/D采样开关闭合，当定时器0产生溢出中断后，在中断程序中先进行 A/D转 换，得到10位数字量，按左对齐放于寄存器 ADRESH ADRES的低2位，只取存放高8位AD结果的ADRESH1的采样值存入SSPBUF从而实现发送。其时序图如图3-5所示。TIBER 口定 H125usT1IER0 定 时 125us/ 、采样开 关闭合4/D转 换发送数学卜米样开£ 关闭合图3-5 A/D转换电路和基带串行发送的时序图(2)程序代码#include<pic.h>/采用PIC16F877A的SPI主模式传输8位的AD转换数据/SPI主模

51、式下只要向SSPBU布入数据，就可由 SDO$行输出 /在中断中进行 A/D转换并将结果放入 SSPBUF从而直接发送 void interrupt usart_seve()T0IF=0;ADGO=1; /AD 转换开始wait:if(ADIF=0) goto wait;SSPBUF=ADRESH;扉行发送A/D数据ADIF=0;/A/D 转换结束，重新闭合采样开关TMR0=0xc8;/ 计时器重新计时main()TRISC3=0;/RC3为输出作SCKTRISC5=0;/RC5为输出作SDOTRISC4=1;/RC4为输入作SDISSPCON=0X31;SSPSTAT=0x40;INTCON

52、=0xe0;OPTION=0x00;ADCON0=0X41;选择通道AN0为模拟输入，无外接基准电压；AD转换时钟为8分频；接通AD转换的电源；ADCON1=0X0E;/选择采样数据左对齐，AN0为模拟输入其他为I/O端口TMR0=0;loop:goto loop;( 3)仿真电路从RA0输入4.5V直流电，在参考电压5V情况下运行A/D转换，而后由SPI模式下的SDOO输出。U1fF1U23等81SCWLK1NRBDNT口QHLKOUT陶 1"JPGfciRA11A.N1RB4EF-JCS TRA3 的曰十RBC/POCFWWDCKrCIOUT即加克中片取心OLTTRCD/T108C/T1CKIRG0AM5/RURCl/nOSlX CP2RE1NC1而RC2/CCP1RE2AM7ORC3/SCKCLRC*VSDI/SDAMELRMWTWRG5 幅口口R«nx/CK ftC7/FM/DTRDO/P5PO RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 FD4/FSP4 RD5/PSP5FO0/PSPO RD7/PCP7U IPIC16 F87