北京交通大学电子系统课程设计.doc

国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告设计题目：模拟单工通信系统学院：电子信息工程学院专业：通信工程学生姓名：谭啸宇学号：10213082任课教师：马庆龙2013年7月16日国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告目录1设计任务要求..................................12设计方案及论证................................22.1任务分析..................................22.2方案比较..................................22.3系统结构设计..............................92.4具体电路设计.............................103制作及调试过程...............................133.1制作与调试流程...........................133.1制作与调试流程...........................193.2遇到的问题与解决方法.....................194系统测试.....................................194.1测试方法.................................195系统使用说明.................................205.1系统外观.................................206总结.........................................206.1本人所做工作.............................206.2收获与体会...............................206.3对本课程的意见与建议.....................217参考文献.....................................21国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告11设计任务要求设计并制作一个如图1所示的模拟单工通信系统，实现话音信号和遥控信号在所给定的模拟信道中的单向通信。基本部分（1）系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2所示的一个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入输出阻抗等参数须在模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报告中的“任务分析”部分给出测试过程及结果。（2）在发射机中设置一个3.5mm音频接口，通过该接口和音频线输入一路模拟话音信号（可用mp3播放器、计算机等作为音源），由发射机对其进行调制、放大后通过双绞线送入模拟信道，且连接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于1Vp-p。（3）接收机应能够对接收到的信号进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频功率放大后通过扬声器输出，声音应清晰响亮，无明显失真。发挥部分（1）增加遥控信号传输功能，可在发射机和接收机各设置一个开关来切换当前通信模式为话音通信或遥控通信。在发射机中设置编号为1～4的4个数字按键，在接收机中相应设置4个LED，当按下发射机上任一数字按键时，接收机中相应的LED应能够被点亮。在发射机和接收机上各设置一个“话音”指示灯和一个“遥控”指示灯，当切换到“话音”或“遥控”通信时，国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告2两端相应指示灯点亮。（2）增加其他有意义的功能。如自动切换“话音”和“遥控”通信、“话音”和“遥控”信号同时在信道中传输而互不影响、实现双声道立体声音频信号传输等。2设计方案及论证2.1任务分析系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2所示的一个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入输出阻抗等参数须在模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报告中的“任务分析”部分给出测试过程及结果。在发射机中设置一个3.5mm音频接口，通过该接口和音频线输入一路模拟话音信号（可用mp3播放器、计算机等作为音源），由发射机对其进行调制、放大后通过双绞线送入模拟信道，且连接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于1Vp-p。接收机应能够对接收到的信号进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频功率放大后通过扬声器输出，声音应清晰响亮，无明显失真。模拟信道制作完成后，测得增益最大处频率为213kHz，幅度衰减到一半时频率约为40KHz，带宽约为80KHz。所制作信道为中心频率210kHz左右，带宽为80KHz的无源带通滤波器。要该通过信道实现通信，需要将话音/遥控信号调制为频率处于通频带中的已制信号，再在出信道后用对应的解调方式进行解调，加功放弥补信道衰减，从而实现话音信号和遥控信号在该模拟信道中的单向通信。2.2方案比较幅度调制方案：其中发射机如图2-1调幅发射机框图所示，接收机如图2-2调幅接收机框图所示。国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告3图2-1调幅发射机框图图2-2调幅接收机框图2、频率调制方案：其中发射机如图2-3调频发射机框图所示，接收机如图2-4调频接收机框图所示。图2-3调频发射机框图国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告4图2-4调频接收机框图文氏振荡器方案一：文氏振荡器方案二：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告5文氏振荡器方案三：三极管功放方案一：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告6三极管功放方案二：功率放大器方案一：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告7功率放大器方案二：乘法器方案一：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告8乘法器方案二：检波器方案一：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告9检波器方案二：2.3系统结构设计选用幅度调制方案：1、发射机部分：话音信号和遥控信号切换进入乘法器，用文氏振荡器产生约200kHz的载波对信号进行调制，调制信号经过功率放大器后进入信道，如图2-5调幅发射机方案图所示。国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告10!图2-5调幅发射机方案图所示2、接收机部分：信号从信道出来，经过二极管检波器进行解调，之后经过功率放大器进行放大，放大后的信号分路给扬声器或解码器，播放声音或显示指示灯，如图2-6调幅接收机方案图所示。图2-6调幅接收机方案图2.4具体电路设计文氏振荡器：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告11功率放大器：（LM386用proteus单独仿真）乘法器：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告12检波器：国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告133制作及调试过程3.1制作与调试流程乘法器：如图2-10乘法器连接图中给了一个-4v的偏置电压，后来为了方便最后调试，在633的X2管脚加了一个抬升调制波包络的电位器，将-15V分压给X2管脚，调节包络厚度，波形如图2-11乘法器仿真波形图所示。输入信号文氏振荡器乘法器信道二极管包络检波输出国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告14图2-10乘法器连接图图2-11乘法器仿真波形图用了一个电位器去给-15V的直流稳压电源分压给偏置，调节电位器，使包络没有产生过调幅为止。文氏振荡器：先调节两个电位器使其产生一个频率为210K的左右的正弦波（信道中心频率为210K），再用一个电位器给输出分压，调节分压电位器使输出峰峰值为3V到4V左右。根据信道参数，振荡器的输出频率需要200kHz，其中选用C=250pF，根据式2-1可以求出，R=3.18kHz。文氏振荡器电路如图2-8文氏振荡器图所示，输出波形如图2-9振荡器仿真波形图所示。国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告15（式2-1）图2-8文氏振荡器图图2-9振荡器仿真波形图包络检波器：在二极管包络检波电路中，截频需略大于3.4kHz，根据式2-2可以计算出RC4.7X10^(-5)。得到的电路图如图2-12包络检波连接图所示，波形如图2-13包络检波国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告16仿真波形图所示。（式2-2）用式2-2计算出了电容电阻大小后，解调总是会有失真和噪声。最后我把电阻替换成了电位器，一边调一边看仿真波形，发现可以解调出带有高频噪声的正弦波。等实物做出来再根据影响大小考虑要不要再加一个滤波器。图2-12包络检波连接图图2-13包络检波仿真波形图实际焊接中用电位器与固定电容并联，调节电位器使1/2piRC大概为信号发生器输出频率，解调后波形较细。低通滤波：调节电位器后使解调后的信号高频成分少。功率放大器：通过所设电位器以分压方式调节运放输入电压，改变输出电压，起到调节增益的作用。国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告17应在实物完成后根据解调出的方波幅度进行调节。其中功率放大器连接如图2-16功率放大器连接图所示，波形如图2-17功率放大器仿真波形图所示。图2-16功率放大器连接图图2-17功率放大器仿真波形图编码解码:PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。PT2272对从Din端子送入的信号进行解码。所送入的编码波形被译成字码，它含有码地址位，数据位和同步位，解码出来的地址码与所设置地址输入端进行国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告18比较。PT2262内置振荡回路,通过在OSC1和OSC2端外接一个电阻可构成一个精密的振荡器。为确保PT2272能正确地对接收到的波形解码，要求PT2272的振荡频率与PT2262的频率相匹配。根据振荡频率计算表达式如式2-3，计算出PT2262振荡电阻选为1.2M欧，PT2272振荡电阻选为200K欧。KHzkRfosc)(161000（式2-3）编码器与解码器的连接电路图分别如图2-18编码器连接图和图2-19解码器连接图所示。图2-18编码器连接图图2-19解码器连接图国家电工电子实验教学中心电子系统课程设计设计报告193.1制作与调试流程首先按照电路图将各单元在面包板上进行连接，并且使用信号发生器与示波器进行测试，当测试成功之后再将各个单元焊到电路板上。具体的焊接顺序是首先是信道，之后模拟部分的顺序是发射机功率放大器、接收机功率放大器、文氏振荡器、前置放大器、乘法器、检波电路、音频输入口和扬声器，数字部分的顺序是编码器、解码器、脉冲整形、开关和发光二级管。在调试文氏振荡器的时候，我们将载波频率调制信号的中心频率210kHz上。在各个部分都调试成功之后，先将模拟部分与信道连通并进行调试。然后将数字部分不通过调制与信道直接接通进行调试。然后再将数字部分通过信道传输，发现衰减十分严重，于是将数字部分的编码器输出接入乘法器进行调制，利用开关进行控制。之后对乘法器的偏置与接收机检波电路中的电阻同时调整。由于检波电路中对于数字部分与模拟部分的频率要求不同，往往是模拟部分解调的好的时候数字部分的解调信号解码器无法识别，所以要找到一个点，能够同时将数字部分与模拟部分解调出来。3.2遇到的问题与解决方法数字部分电路电源为正负3V，而电源选用为正负15V直流稳压电源，所以采用电位器分压。乘法器输出太大，调小峰峰值又会改变频率，这里也采用电位器分压。解调后的信号较粗，高频成分多，随后在解调输出用部分加了一个RC低通滤波器，高频成分被滤除很多。LM386经常坏，经同学提醒原来是在调试时不能接好电源后开启，应该先开启电源，调至0V，再接入电路，然后调试时慢慢将电压升至15V。4系统测试4.1测试方法信道的调试：将信号发生器接至信道左端输入，输入接红线，黑线接地；示波器接至信道右端。使用信号发生器输入一个Vpp=2V的正弦波，调节频率并在示波器上找出振幅最大的频率为中心