無線自動識別系統(tǒng)電路的設計(分機部分)畢業(yè)設計

1、2 設計實現(xiàn)方案西安工業(yè)大學北方信息工程學院西安工業(yè)大學北方信息工程學院本科畢業(yè)設計（論文）本科畢業(yè)設計（論文）題目：無線自動識別系統(tǒng)電路的設計題目：無線自動識別系統(tǒng)電路的設計（分機部分）（分機部分）系 別： 電子信息系 專 業(yè)： 通信工程 班 級： b090310 學 生： 學 號： b09031002 指導教師： 2013 年 06 月畢業(yè)設計（論文）任務書系別 電子信息系 專業(yè) 通信工程 班級 b090310 姓名 陳少雄 學號 b09031002 1.畢業(yè)設計(論文)題目： 無線自動識別系統(tǒng)電路的設計（分機部分） 2.題目背景和意義： 目前大型船只均裝有國際通用 ais 自動識別系統(tǒng)，

2、來進行身份識別。而對于中小型船只來說，ais 系統(tǒng)過于昂貴的價格和過于復雜的系統(tǒng)功能使得該系統(tǒng)不適用于中小型船只的基本身份識別。本課題所設計的系統(tǒng)就是針對這一點，專為中小型船只的身份識別提供便利。該系統(tǒng)主要用在對進出港口的船只進行識別，它由設在岸上的主機和裝在船上的分機兩部分組成。船只進出港口時，主機發(fā)出問訊信號，船上分機收到該信號后，能自動發(fā)出應答信號。主機收到該信號后，可識別出該船只的“身份” 。該系統(tǒng)具有一定的實用價值。 3.設計(論文)的主要內容(理工科含技術指標)： 1）為提高可靠性及保密性，主機和分機均采用無線編碼信號，發(fā)射功率0.5w；2）主機收到分機信號后，能發(fā)出提示音并顯示裝

3、置的編號；3）設計出電路圖，裝配圖，并進行裝配，調試。 4.設計的基本要求及進度安排(含起始時間、設計地點)：本設計要求完成整個無線自動識別系統(tǒng)的功能設計，并進行裝配調試。設計工作要求嚴格按照學校的計劃安排和各項規(guī)范進行，保質保量完成任務書中各項工作，技術指標滿足要求并認真撰寫學位論文。 13 周：查閱相關專業(yè)資料，選定方案，開題； 48 周：進行詳細的方案設計、功能模塊劃分以及設備器件選型等，以及對硬件設備進行初步的了解和掌握，軟件的初步應用和調試； 第 9 周第 10 周：利用 protel99 完成電路圖的封裝，確保電路的可行； 第11周第12周：與主機進行接收發(fā)送的聯(lián)調，實現(xiàn)課題的目的

4、； 第13周第15周：撰寫畢業(yè)論文，進行畢業(yè)答辯。 5.畢業(yè)設計(論文)的工作量要求 撰寫 15000 字論文 圖紙(幅面和張數(shù))*： a4（標準幅面 210mm297mm） 其他要求： 提供完整的無線自動識別系統(tǒng)電路的設計，并完成與課題相關的 3000 字左右的英文文獻資料翻譯。 指導教師簽名： 年 月 日 學 生 簽 名： 年 月 日系主任審批： 年 月 日說明：1 本表一式二份，一份由學生裝訂入冊，一份教師自留。2 帶*項可根據(jù)學科特點選填。i無線自動識別系統(tǒng)電路的設計（分機部分）無線自動識別系統(tǒng)電路的設計（分機部分） 摘摘 要要射頻識別即 rfid（radio frequency id

5、entification）技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。常用的有低頻（125k134.2k） 、高頻（13.56mhz） 、超高頻，無源等技術。rfid 讀寫器也分移動式的和固定式的，目前 rfid 技術應用很廣，如：圖書館，門禁系統(tǒng)，食品安全溯源等。本課題主要用在對進出港口的船只進行識別，它由設在岸上的主機和裝在船上的分機兩部分組成。船只進出港口時，主機發(fā)出問訊信號，船上分機收到該信號后，能自動發(fā)出應答信號。主機收到該信號后，可識別出該船只的“身份” 。本課題基于 frid 射頻識

6、別技術對進港船舶身份編號識別進行研究。僅以設在船舶上的船載設備進行設計討論。關鍵詞關鍵詞: 濾波放大；編碼；調頻；高頻功率放大iidesign 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 identification,

7、 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), u

8、ltra 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 composed o

9、f 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 based

10、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 amplifieriii目目 錄錄1 緒論緒論.11.1 課題背景及研究的目的和意義.11.2

11、課題的要求及指標.21.3 研究者的工作任務.21.4 課題的內容簡介.22 設計實現(xiàn)方案設計實現(xiàn)方案.32.1 實現(xiàn)原理.32.2 電路原理框圖.32.3 實現(xiàn)分電路功能簡介及所用芯片.33 子電路模塊設計子電路模塊設計.53.1 濾波放大電路.53.1.1 電路原理圖說明.53.1.2 芯片介紹.53.1.3 電路介紹.63.2 譯碼電路.83.2.1 電路原理圖說明.83.2.2 芯片說明.83.3 觸發(fā)電路（單穩(wěn)態(tài)電路）.93.3.1 電路原理圖說明.93.3.2 芯片說明.93.4 觸發(fā)電路（多諧振蕩電路）.103.4.1 電路原理圖說明.103.4.2 芯片說明.103.5 編碼電

12、路.113.5.1 電路原理圖說明.113.5.2 芯片說明.123.6 調制倍頻電路.143.6.1 電路原理圖說明.153.6.2 頻率調制（fm）原理.153.6.3 芯片說明.163.7 高頻功率放大電路.183.7.1 電路原理圖說明.18iv4 分機系統(tǒng)電路總原理分機系統(tǒng)電路總原理.205 調試調試.215.1 硬件調試的目標.215.2 電路調試.215.3 pcb 板的調試.215.4 印制電路板的設計步驟.226 結論結論.23參考文獻參考文獻.25致謝致謝.26畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明.27畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明

13、.28附錄附錄 1 發(fā)送端原理圖發(fā)送端原理圖.29附錄附錄 2 接收端原理圖接收端原理圖.30 1 緒論 11 緒論緒論1.1 課題背景課題背景及研究的目的和意義及研究的目的和意義我國已經跨入了全面建設小康社會的時期，建設“和諧社會”成為現(xiàn)階段我國社會經濟發(fā)展的一個重要目標，如何更好地加強水上運輸監(jiān)管設施的建設，確保人民生命財產安全，保護環(huán)境，保障經濟的持續(xù)發(fā)展，成為港航部門的重中之重。近年來，隨著陸路交通逐步顯現(xiàn)物流運量瓶頸，提高水運效率，改善水運監(jiān)管環(huán)境逐步成為沿江各城市的發(fā)展戰(zhàn)略。在傳統(tǒng)“黃金水道”的長三角和運河沿線地區(qū)，各個主要城市都在制定雄心勃勃的“水運強市” 、 “數(shù)字港航”工程計

14、劃，充分發(fā)揮其內河航運的優(yōu)勢，降低物流運輸成本，提高經濟社會的綜合競爭力，以利于進一步支持經濟建設的快速發(fā)展。 在實際業(yè)務環(huán)境中，信息技術獲得了廣泛和深遠的應用。各個內河港航城市均已投入大量人力物力加快信息網(wǎng)絡化建設步伐和科技投入力度，例如建立健全整個航區(qū)的船舶中心數(shù)據(jù)庫，依據(jù)港航管理業(yè)務實現(xiàn)船舶年審、進出港簽證、稽征繳費、現(xiàn)場監(jiān)管、信息綜合利用等業(yè)務的信息化、網(wǎng)絡化動態(tài)管理。這些依靠先進信息技術的系統(tǒng)應用，實現(xiàn)了不停航檢查，打破了“屬地管理”的傳統(tǒng)模式，為打造“數(shù)字港航”奠定了扎實的基礎，但在這些系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)管模塊中，仍然采用人工錄入船名船號的采集方式。如果出現(xiàn)船名船號被遮蓋、夜間看不清、船

15、舶流量過大及操作者困乏的狀況，這就可能造成船名船號無法實現(xiàn)自動識別，成為打造“數(shù)字港航”的最大瓶頸。那么，有沒有經濟實用的辦法解決船舶船號的自動識別呢？有，這就是近幾年走向成熟的新技術，即射頻識別技術（rfid） 。 rfid 是起源于上世紀50年代的一項自動識別技術。它利用射頻方式進行非接觸式通信交換數(shù)據(jù)以達到識別目的。一個典型的 rfid 應用系統(tǒng)通常由標識特定目標物體的電子標簽、接收電子標簽信號的閱讀器以及應用軟件組成。與傳統(tǒng)的磁卡、接觸式 ic 卡相比，rfid 技術完成識別工作時無須人工干預，適合于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化操作且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便

16、。電子標簽可以采用特殊的封裝方式，有效抵御油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境的腐蝕和侵襲。 射頻識別系統(tǒng)按電子標簽的供電方式可分為有源和無源兩類。無源標簽所需工作能量需要從讀寫器發(fā)出的射頻波束中獲取，經過整流、存儲后提供，成本較低，但射頻功率較大。有源標簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）2其識別距離更遠，讀寫器需要的功率較小，具有讀寫穩(wěn)定、防沖突性能佳、攜帶物品信息量大等優(yōu)點，這在船舶識別應用中都是關鍵的性能要求1 。1.2 課題的要求及指標課題的要求及指標 該系統(tǒng)主要用在對進出港口的船只進行識別，它由設在岸上的主機和裝在船上的分機兩部分組成。船只進出港

17、口時，主機發(fā)出問訊信號，船上分機收到該信號后，能自動發(fā)出應答信號。主機收到該信號后，可識別出該船只的“身份” 。該系統(tǒng)具有一定的實用價值。 本課題的要求及技術指標如下： a為提高可靠性及保密性，主機和分機均采用無線編碼信號，發(fā)射功率0.5w； b主機收到分機信號后，能發(fā)出提示音并顯示裝置的編號； c設計出電路圖，裝配圖，并進行裝配，調試。1.3 研究者的工作任務研究者的工作任務本課題所設計的方案由建立在基站上的主機和設置在船舶上的分機兩部分組成，研究者的工作為分機部分的研究。研究者完成本課題所需任務如下：a熟悉課題所屬背景以及研究的目的和意義；b熟練掌握課題實現(xiàn)所需的軟硬件的知識和使用方法，并

18、利用 protel 軟件完成相關的電路圖和程序；c對其進行調試和聯(lián)調，確認能與主機部分進行有效的接收發(fā)送以及識別信號的功能；d將研究內容整理成論文。1.4 課題的內容簡介課題的內容簡介第一章：簡述無線自動識別系統(tǒng)船舶應用的背景意義，本課題的研究內容，要求和研究者的任務；第二章：陳述設計的大綱以及相關技術支持，原理圖框架和結構；第三章：分述各個模塊的結構以及實現(xiàn)所需芯片的結構功能和原理；第四章：對整個電路運作的原理進行陳述；第五章：對完成的電路進行 pcb 調試的方法，注意事項及調試結果；第六章：進行畢業(yè)設計的最后總結。2 設計實現(xiàn)方案32 設計實現(xiàn)方案設計實現(xiàn)方案2.1 實現(xiàn)原理實現(xiàn)原理設在基

19、站的主機發(fā)出信號后，船舶上的分機天線接收后解調，經過濾波放大電路對信號進行濾波放大，增強信號的強度。經初步處理后的信號解碼后傳到觸發(fā)電路后使其產生時鐘脈沖促使編碼電路開始工作，對信號進行編碼，告訴主機接受到的信號的來源船只編號。然后對編碼后的信號進行調制及放大，增強信號的抗干擾能力以達到傳送的要求。最后將經多次處理后的信號發(fā)送出去給主機接受，這樣分機的任務就算完成了。2.2 電路原理框圖電路原理框圖整個系統(tǒng)分為接收端和發(fā)送端兩大模塊，其中接收端由濾波放大電路，譯碼電路和觸發(fā)電路（單穩(wěn)）組成；發(fā)送端由觸發(fā)電路（多諧振蕩） ，編碼電路和調制倍頻電路組成。具體原理框圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1

20、 系統(tǒng)電路原理框圖2.3 實現(xiàn)分電路功能簡介及所用芯片實現(xiàn)分電路功能簡介及所用芯片 濾波放大：由天線接收到的信號因為易受天氣等外界因素干擾，均以高頻信號作為載波。為了還原本來的信號，需要通過濾波放大電路進行變頻放大。這里用到 mc3363 芯片。譯碼電路：將編碼器輸入的二進制代碼狀態(tài)翻譯成輸出信號，以表示其原來含義的電路。這里用到 mc145027 芯片。編碼電路：對分機（各船舶）進行編號，并將其轉換為可以用以通信，傳輸和存儲的信號形式，用以區(qū)分各分機，這里采取二進制編碼，范圍 099，用到 mc145026 芯片。觸發(fā)電路：通過控制產生觸發(fā)電平來使編碼器工作。這里用到 ne555 芯片。西安

21、工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）4調制倍頻電路：我們需要的信號由于頻率、帶寬以及易受干擾等原因，不適合直接用天線發(fā)射，所以就使用一個高頻信號作為載波，把需要傳輸?shù)男盘柣烊胼d波中，通過天線發(fā)射，本課題中采用調頻（fm）方式，提高我們需要的信號的抗干擾能力便于傳輸。這里用到 mc2833 芯片。高頻功放電路：高頻功率放大電路用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。這里用到三個三極管組成的電路進行功率放大。此電路后接一個濾波電路，濾掉雜質信號2。3 子電

22、路模塊設計 3 子電路模塊設計子電路模塊設計3.1 濾波放大電路濾波放大電路由天線接收到的信號因為易受天氣等外界因素干擾，均以高頻信號作為載波。為了還原本來的信號，需要通過解調電路進行變頻。這里用到 mc3363 芯片。3.1.1 電路原理圖說明電路原理圖說明由天線接收到的高頻信號經過 lc 選頻電路甄選出 49.7mhz 的信號，經射頻晶體管放大后，再經第一混頻器放大并變頻為 10.7mhz 的中頻信號。該中頻信號外部濾波后輸入第二混頻器進一步放大并變頻為 455khz 的低中頻信號，由 18 管腳經過兩個非門送入 mc145027 芯片進行譯碼工作。圖 3.1 為 mc3363芯片原理圖。

23、12810182279193268204251221524131762314167221115jp1mc 3363c41000pfc30.001c6120pfc1050pfr31.0kr420kr1068kr910kr2390y 2cry stalc90.1c70.1c8capl1l=680uh c=180pfc11000pfc110.01c227pfc120.1uhr1110kr6300u 1n otu 2n oty 139.130m hzl21.2uh1313a 149.7m hz001133a 2com pon ent_2001133a 3com pon ent_2+ c1810ufl1

24、0.35uhmc145027+5v圖 3.1 mc3363 原理圖3.1.2 芯片介紹芯片介紹mc3363 是美國 motorola 公司生產的單片窄帶 vhf 調頻接收電路，主要應用于語音通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線接收機。片內包含一個高放晶體管，振蕩西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）6電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、場強指示驅動及載頻檢波電路等從天線輸入到音頻輸出的二次變頻所有的全部電路，同樣包含了混頻用一本振緩沖輸出，fsk 檢波數(shù)據(jù)限幅比較器。具有低供電電壓、低功耗、極高靈敏度和信噪比，廣泛應用于語音和數(shù)字通訊的接收設備。其特點如下： a.輸入帶寬使用內部本地振蕩器時為 20

25、0mhz，使用外部本地振蕩器時為450mhzb.有射頻放大器晶體管c.是完整的雙變頻系統(tǒng)d.工作電壓低：vcc=2.0 到 7.0ve.功耗電流小：vcc=3.0v 時，icc=3.6ma（典型值），不包括射頻放大器晶體管f.靈敏度高：使用內部射頻放大器晶體管，信納比為 12db，輸入典型值為0.3uvg.有數(shù)據(jù)限幅比較器h.接收信號強度指示器（rssi）動態(tài)范圍為 60dbi.所需外圍元件少j.采用 motorola 公司的 mosaic 工藝制造3 mc3363 最大額定值說明如表 3.1 所示。表 3.1 mc3363 最大額定值 參數(shù) 引出端符號數(shù)值單位電源電壓8vcc(max)7.0

26、vdc 工作電壓范圍8vcc2.0 to 6.0vdc 輸入電壓c = 5.0 vdc)1, 28v1281.0vrms 靜噪輸出電壓（峰值）19v19 0.7 to 8.0vpk 結溫度tj150單c 工作環(huán)境溫度范圍ta 40 to + 85單c 貯存溫度范圍tstg 65 to + 150單c3.1.3 電路介紹電路介紹mc3363 是一個完整的 fm 窄寬接收機（從射頻放大器到音頻前置放大器輸出）。其工作電壓低，可用于窄帶話音及數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，功耗低，靈敏度高，鏡頻干擾抑制效果好。mc3363 電特性如表 3.2 所示。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）7表 3.2 mc336

27、3 電特性（vcc=5.0v，f0=49.7mhz，ta=25 度）參數(shù)引出端最小值典型值最大值單位功耗電流（載波檢測低）84.58.0 ma3.0 db 限幅靈敏度（射頻放大器未用）0.72.0 vrms20 db s/n 時的靈敏度（射頻放大器未用）1.0第一混頻器輸入電阻（并聯(lián)rp）1, 28690單第一混頻器輸入電容（并聯(lián)cp）1, 287.2 pf第一混頻器變換電壓增益（avc1，開路）18 db第二混頻器變換電壓增益（avc2，開路）21第二混頻器輸入靈敏度（20db s/n）(10.7mhz i/p)2110 vrms限幅器輸入靈敏度（20db s/n）（455khz i/p）9

28、100射頻晶體管直流消耗電流41.01.52.5 madc噪聲輸出電平（射頻信號=0mv）1670mvrms恢復出的音頻信號（射頻信號電平=1.0mv）16120200mvrms恢復出的音頻信號的門限（射頻信號=1.0mv）162% %檢波器輸出阻抗16400單數(shù)據(jù)比較器輸出電壓高18vcc vdc數(shù)據(jù)比較器輸出電壓低180.10.1 vdc數(shù)據(jù)比較器門限電壓差1770110150 mv表頭驅動靈敏度1270100135 na/db載波檢測門限（低于 vcc）120.530.640.77 vdc靜噪輸出阻抗高1910 m單靜噪輸出阻抗低1925單單單單 第一本振用于在 pll 頻率合成接收機中

29、作為 vco。mc3363 可以與mc145026 結合使用，構成用在 46/49 無繩電話波段上的雙芯片十信道頻率合成接收機；也可與 mc14515x 系列的 cmospll 頻率合成器及 mc120xx 系列的ecl 前置分頻結合，用于 vhf 頻率合成，頻率可達 200mhz。對于單信道系列，第一本振可用晶體來控制，頻率可達 60mhz。頻率跟高時，可在引出端 25 和 26 加一個外部振蕩信號一建議電平取 100ma 左右。第一混頻器的傳輸特性可以再 450mhz 以內平坦度都較好（中頻保持 10.7mhz）。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）8第二本振采用考比茲振蕩器，晶體

30、控制，工作頻率典型值為 10.245mhz?；祛l器經過雙平衡以減小寄生響應。第一、第二混頻器的變換增益典型值分別為18db、21db?；祛l器增益相對電源電壓時穩(wěn)定的。用戶采用陶瓷濾波器進行變頻4。3.2 譯碼電路譯碼電路將編碼器輸入的二進制代碼狀態(tài)翻譯成輸出信號，以表示其原來含義的電路。這里用到 mc145027 芯片。3.2.1 電路原理圖說明電路原理圖說明mc145027 解碼器用于接收 mc145026 輸出的編碼數(shù)據(jù)流。當解碼器地址和編碼器地址狀態(tài)相并連續(xù)收到兩組相同編碼信號時，vt 端由低電平跳變?yōu)楦唠娖揭灾甘窘邮沼行?，同時中斷計算機進行接收。mc145027 譯碼器原理圖如圖 3.

31、2 所示。c13capr12res2r13res2c15capc14capu 3n otv ddc50.1u11621531441351261171089jp2mc145027+5vmc3363n e555單單單單圖 3.2 mc145027 原理圖3.2.2 芯片說明芯片說明mc145027 是與編碼器 mc145026 所對應的譯碼器，有 a1a5 五位地址，當其與編碼器當中的 a1/d1a5/d5 設置狀態(tài)相同時，vt 端即變?yōu)楦唠娖?，指示發(fā)送有效，而把編碼器中的 a6/d6a9/d9 作為數(shù)據(jù)從 d6d9 端輸出。在與 mc145026 配對使用時，mc145026 的地址位 a1/d

32、1a5/d5 可以編為三個西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）9狀態(tài)，而數(shù)據(jù)位只能編成“0”和“1”兩種狀態(tài)，若數(shù)據(jù)位編為“開路”，則在譯碼器 mc145027 中自動譯成“1”。這個在后面介紹發(fā)送端時會說明。在編碼器中選定 rs，rtc，ctc（選定公式方法在后文 mc145026 介紹中）后，按下式選擇譯碼器中的阻容件，r1*c1=3.95rtc*ctc：r2*c2=77rtc*ctc 5。 3.3 觸發(fā)電路（單穩(wěn)態(tài)電路）觸發(fā)電路（單穩(wěn)態(tài)電路）該設計模塊的功能是產生觸發(fā)脈沖使編碼電路工作。由單穩(wěn)電路和多諧振蕩電路兩部分組成。3.3.1 電路原理圖說明電路原理圖說明電路原理圖如圖 3

33、.3 所示，在輸入脈沖的觸發(fā)下，其輸出端產生一個具有恒定寬度的矩形脈沖，也就是說當觸發(fā)脈沖被觸發(fā)后，會翻轉到另一個狀態(tài)，而該狀態(tài)又是暫時穩(wěn)定的，經過時間 t 后又回到初始狀態(tài)。觸發(fā)脈沖經過三極管控制繼電器工作，使發(fā)送端的振蕩器工作，所以也可看作是一個控制電路。r7res2c16capc17cap48236175jp3555r8res2r14res2jj1con 2+5vq 1n pn1mc145027圖 3.3 觸發(fā)電路原理圖3.3.2 芯片說明芯片說明單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點是，在輸入脈沖的觸發(fā)下，其輸出端產生一個具有恒定寬度的矩形脈沖，也就是說當觸發(fā)脈沖被觸發(fā)后，會翻轉到另一個狀態(tài)，而該狀態(tài)又是

34、暫時穩(wěn)定的，經過時間 t 后又回到初始狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常用于脈沖信號展寬，延遲及整形。此外，還可作振蕩器、數(shù)字濾波器和頻率-電壓變換器等。ne555 的高觸發(fā)端 th（6 腳）和放電端 d（7 腳）接 rc 定時電路，低觸西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）10發(fā)端 tl（2 腳）外接觸發(fā)信號。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時時間就是輸出脈沖的寬度 tw。tw1.11r1c163.4 觸發(fā)電路（多諧振蕩電路）觸發(fā)電路（多諧振蕩電路） 接收端的單穩(wěn)電路使繼電器工作，控制電鍵閉合，多諧振蕩電路開始工作，分別產生一個高低電平，經過三極管分送到兩個 mc145026 編碼器使其工作。3.4.1 電路原理

35、圖說明電路原理圖說明 電阻 r1、r6 和電容 c9 構成定時電路。定時電容 c9 上的電壓 uc 作為高觸發(fā)端 th（6 腳）和低觸發(fā)端 tl（2 腳）的外觸發(fā)電壓。放電端 d（7 腳）接在 r1 和 r2 之間。電壓控制端 k（5 腳）不外接控制電壓而接入高頻干擾旁路電容 c10（0.01uf） 。直接復位端 r（4 腳）接高電平，使 ne555 處于非復位狀態(tài)。圖 3.4 為多諧振蕩電路原理圖7。48236175jp3555r1res2r6res2c10capr7res2c9cap778899q 2com pon ent_4d 1d io de+5vmc145026mc145026圖 3

36、.4 多諧振蕩電路原理圖3.4.2 芯片說明芯片說明ne555 引腳功能 ： pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā) ne555 使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于 2/3 vcc，下緣須低于 1/3 vcc 。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）11 pin 3 (輸出) -當時間周期開始 555 的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到 0 伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200 ma 。 pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時

37、器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 pin 6 (重置鎖定) - pin 6 重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 vcc 電壓以下移至 2/3 vcc 以上時啟動這個動作。 pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為 on時為 low，對地為低阻抗，當輸出為 off 時為 high，對地為高阻抗。 pin 8 (v +) -這是 555 個計時器 ic 的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+

38、4.5 伏特(最小值)至+16 伏特(最大值)8。多諧振蕩器的放電時間常數(shù)分別為tph0.7（r1+r2）c1 tpl0.7r2c1振蕩周期 t 和振蕩頻率 f 分別為t=tph+tpl0.7（r1+2r2）c1f=1/t1/0.7（r1+2r2）c13.5 編碼電路編碼電路對分機（各船舶）進行編號，并將其轉換為可以用以通信，傳輸和存儲的信號形式，用以區(qū)分各分機，這里采取二進制編碼，范圍 099，需要用到mc145026 芯片兩片，分管兩位二進制碼高低位。3.5.1 電路原理圖說明電路原理圖說明如圖 3.5 所示，此芯片 14 端口與三極管分別相連，分由一個高低電平控制。15 端口為編碼電路地

39、址碼，與主機的設置一致，6，7，9，10 四個端口為數(shù)據(jù)碼，所提供的數(shù)據(jù)即為該分機的編號。這里我設計的為 0001 和 0000，即為 10號船舶。當主機收到分機發(fā)送的信號后，便可以識別本船的身份。第11、12、13 端口外接阻容器，決定內部時鐘振蕩頻率。編好的信號由 15 管腳輸出9。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）1214134256791615101211813jp1mc145026r2res2r3res2c1capg ndd 2d io de+5vn e555單單單單單單mc2833 圖 3.5 編碼電路原理圖3.5.2 芯片說明芯片說明此組芯片是摩托羅拉公司生產的用于通信

40、配對使用的最新芯片。編碼芯片mc145026 可對 9 位輸入信息（地址位 a1a5，數(shù)據(jù)位 d6d9）進行編碼，編碼后每個數(shù)據(jù)位用兩個脈沖表示：“1”編碼為兩個寬脈沖；“0”編碼為兩個窄脈沖；“開路”編碼為一寬脈沖和一窄脈沖交叉。當 te 端輸入脈沖上升沿時，編碼后的數(shù)據(jù)流開始由 d0 串行輸出。對于每 9 位數(shù)據(jù)信息，能看作是個數(shù)據(jù)字，為了提高通信的安全性，編解碼芯片對每個數(shù)據(jù)字發(fā)送兩次，接收兩次。 第 11、12、13 腳外接阻容件，決定內部時鐘振蕩頻率。第 14 腳 te 端是發(fā)送控制端，當 te 端接低電平時，開始發(fā)送數(shù)據(jù)流：當 te 端開路時，ic 內部有一個上拉電阻使其保持為高電

41、平，編碼器完全禁止，時鐘振蕩器停止振蕩，ic 功耗降至最低，僅零點幾個微安，故無需加設電源開關。第 8 腳接電源負，第 16 腳接電源正。編碼器中時鐘振蕩頻率 f 范圍可以從 1hz 到 1mhz。對于1khzf20k，rtc10k，400pctc15u。這個在上文介紹 mc145027 譯碼器時有過提及，即為編碼器 rs，rtc，ctc的選定方法。10編碼器 mc145026 的 11 腳 rs是內部時鐘振蕩器的正反饋輸入腳，由 rs腳輸入外部時鐘信號可代替內部時鐘振蕩器的振蕩信號，這時 12 腳 ct和 13西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）13腳 rt 懸空不用。編碼器的工作時

42、序如圖 3.6 所示，圖 3.6 將 1 個發(fā)送周期分成了 4 個時間段并進行了壓縮。圖中的 te 為輸入的控制信號波形，do 為發(fā)送的數(shù)據(jù)信號波形，在此，數(shù)據(jù) a1a2a3a4a5a6a7a8a9= z0z101011，式中的 z 代表開路，rs為輸入的時鐘信號波形。由圖可知，在 t0 時刻之前，te 保持高電平， 發(fā)送停止，do 輸出為低電平；在 t0 時刻，te 由高電平變?yōu)榈碗娖剑? 個發(fā)送周期開始，經過若干時鐘周期之后，te 由低電平變?yōu)楦唠娖?，發(fā)送工作仍在繼續(xù)，直至發(fā)送周期結束；t0t1 是發(fā)送周期的引導時間段，含 16 個時鐘周期；從 t1 開始 do 輸出數(shù)據(jù)，t1t4 為首發(fā)

43、時間段，其間 t1t2 為發(fā)送數(shù)據(jù) a1 的位周期，t2t3 發(fā)送數(shù)據(jù)位 a2a8，波形從略，t3t4 為發(fā)送數(shù)據(jù) a9 的位周期，每個位周期含 8 個時鐘周期，寬脈沖占空比為 7/ 8，窄脈沖占空比為 1/ 8；t4t5 為兩次發(fā)送的間隔時間段，含 24 個時鐘周期；t5t8 為重發(fā)時間段，它是 t1t4 的重復。t8 以后發(fā)送停止。do 在引導時間段、間隔時間段以及停止發(fā)送時均保持為低電平。1 個發(fā)送周期所含的時鐘周期數(shù)可按下式計算：發(fā)送周期=引導時間+ 間隔時間+位周期18=16+24+818=184 個時鐘周期。編碼器和譯碼器配合使用時，要求二者的時鐘頻率基本一致。其工作頻率范圍很寬，

44、可從1hz到1mhz，當編碼器的時鐘頻率f在1khz400khz范圍內變動時，可按以下算式確定譯碼器的外接電阻和電容：r1c1= 1. 72/ f ，r2c2= 19. 5r1c111。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）14te h ldo h lrs h lte h ldo h lrs h lte h ldo h lrs h lte h ldo h lrs h l圖 3.6 編碼器工作時序 3.6 調制倍頻電路調制倍頻電路我們需要的信號由于頻率、帶寬以及易受干擾等原因，不適合直接用天線發(fā)射，所以就使用一個高頻信號作為載波，把需要傳輸?shù)男盘柣烊胼d波中，通過天線發(fā)射，本課題中采用調頻（

45、fm）方式，提高我們需要的信號的抗干擾能力便于傳輸。這里用到 mc2833 芯片。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）153.6.1 電路原理圖說明電路原理圖說明調制部分制作原理圖如圖 3.7 圖所示，經過編碼后的信號從 5 腳輸入然后經過低頻放大后到 4 腳，4 腳與 5 腳之間的電阻起到負反饋的作用。之后信號到 3 管腳經可變電抗到 1 管腳，然后經過一個晶體管后到管腳 16、15，管腳1、2、16、15 及之間的元件組成一個壓控振蕩器。信號經過壓控振蕩器后經過緩沖器到 14 管腳，然后進入選頻電路，到 13 管腳，此時信號進行一級放大，12 管腳接地，放大后的信號從 11 管腳輸

46、出，再進入選頻電路，到 8 管腳進入第二次放大，7 管腳同 12 管腳接地，經兩級放大后的信號從 9 管腳輸出。信號電路中輸出緩沖器同時作為三倍頻器，產生 49.7mhz 的射頻載波，49.7mhz 射頻輸出功率是 10dbmw（10mw，50 負載）12。11621531441351261171089jp2mc2833r4100kc14330pfc12470pc456pfc647pfc551pfc3470pc131.0c20.0047r11220kr121.0kr13390kr141.0kr5390kl13.3ul20.22uc733pfc833pfc1733pfc16470pfl30.22

47、uc15470pfc181000py 116.5667m hzc23470pfvccc33cap 圖 3.7 mc2833 電路原理圖3.6.2 頻率調制（頻率調制（fm）原理）原理 實現(xiàn)頻率調制的方式一般有兩種: 一是直接調頻, 二是間接調頻。 a. 直接調頻 根據(jù)調頻信號的瞬時頻率隨調制信號成線性變化這一基本特性, 可以將調制信號作為壓控振蕩器的控制電壓, 使其產生的振蕩頻率隨調制信號規(guī)律而變西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）16化, 壓控振蕩器的中心頻率即為載波頻率。顯然, 這是實現(xiàn)調頻的最直接方法, 故稱為直接調頻。b. 間接調頻將調制信號積分后調相, 是實現(xiàn)調頻的另外一種方

48、式, 稱為間接調頻。 或者說, 間接調頻是借用調相的方式來實現(xiàn)調頻。 本次設計中所用頻率調制芯片 mc2833 為直接調頻，所以對間接調頻不作過多介紹。變容二極管調頻電路是廣泛采用的一種直接調頻電路。mc2833 調頻芯片采用的是晶振變容二極管調頻電路。通過圖 3.8 可以從圖像上清楚的看出高頻振蕩電壓和變容二極管結電容之間的關系。圖 3.8 變容二極管上疊加高頻振蕩電壓對結電容的影響 電路中通過調制信號的幅值變化改變壓控變容二極管的電容，從而進一步通過電容的改變控制振蕩電路的頻率，實現(xiàn)電壓幅值變化控制頻率偏移13。3.6.3 芯片說明芯片說明motorola 公司生產的 mc2833是單片集

49、成 fm 低功率發(fā)射器電路，適用于無繩電話和其它調頻通信設備。以下是 mc2833的電路原理和應用。圖3.9是 mc2833內部結構和由它組成的調頻發(fā)射機電路。mc2833內部包括話筒放大器、射頻壓控振蕩器、緩沖器、兩個輔助晶體管放大器等幾個主要西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）17部分，需要外接晶體、lc 選頻網(wǎng)絡以及少量電阻和電感14。 圖3.9 mc2833的外部引腳排列和內部結構圖 a. 電源電壓范圍較寬，為2.8v9.0v b. 外接電子元件較少 c. 當電源電壓為4.0v，載頻為166mhz 時，最大頻偏可達10khz d. 調制靈敏度可達15hz/mv e. 輸出最大功

50、率為10mw（50 負載）芯片 mc2833的高性價比是我們選擇它作為發(fā)射芯片的主要原因，芯片在頻率調制發(fā)射中的主要應用如下： 外部產生的音頻信號從 5 腳輸入，經放大后去控制可變電抗元件。可變電抗元件的直流偏壓由片內參考電壓 vref 經電阻分壓后提供。由片內振蕩電路、可變電抗元件、外接晶體和 15、16 腳兩個外接電容組成的晶振直接調頻電路(pierce 電路)產生載頻為 16.5667mhz 的調頻信號15。 變容二極管調頻電路為了提高中心頻率穩(wěn)定度，可以加入晶振，但加入晶西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）18振后又會使最大線性頻偏減小。為了增大最大線性頻偏，即擴展晶振的頻率控

51、制范圍，可以采用串聯(lián)或并聯(lián)電感的方法。電感越大，頻率控制范圍越大，但頻率穩(wěn)定度相應下降，所以要選擇一個平衡點。本電路上選擇 3.3h 電感與晶體串聯(lián)用于擴展最大線性頻偏。接下來信號由緩沖器通過 14 腳外接三倍頻網(wǎng)絡將調頻信號載頻提高到 49.7 mhz，同時也將最大線性頻偏擴展為原來的三倍，然后從 13 腳返回片內，經兩級放大后從 9 腳輸出16。3.7 高頻功率放大電路高頻功率放大電路 利用三極管將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。3.7.1 電路原理圖說明電路原理圖說明

52、高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出在“低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲類（導通角=360度） 、乙類（導通角=180度） 、甲乙類（導通角=180度360度） 。圖3.10所示的為高頻功率放大電路的組成以及濾波電路組

53、成17。c22capc31capc24capc26capc27capc21capc25capc20capc19capc30capc29capc28capr15res2r24res2r18res2r16res2q 4n pnq 6n pnq 7n pnt1tra n s4r22resisto r tappedr21res2r19res1r23res1r17res1r20res1+5vl4in d uctor2l5in d uctor2c32capl6in d uctor2a圖 3.10 高頻功率放大濾波電路西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）19 第一次放大主要是電壓放大過程，第三次主要

54、進行頻率放大。經過高頻放大后產生頻率為0.5w，功率為49.7mhz 的信號。高頻功率放大器后接一個濾波電路，可將雜質信號濾掉，發(fā)射需要發(fā)射的信號18。4 分機系統(tǒng)電路總原理204 分機系統(tǒng)電路總分機系統(tǒng)電路總原理原理輪船進入港口后，當設置在岸上（基站）的主機發(fā)出高頻載波信號后，設置在船上的接收端天線接收到信號后經過 lc 選頻電路篩選出頻率為 49.7mhz的信號，經第一混頻器放大變頻為 10.7mhz 的中頻信號，再進入第二混頻器變頻為 455mhz 的中頻信號，再經過限幅器去耦和檢波電路，從 mc3363 芯片 18腳輸出，經過兩個非門送入 mc145027 譯碼器芯片進行譯碼。譯碼器控

55、制ne555 單穩(wěn)態(tài)電路產生脈沖，三極管導通，控制繼電器工作，使開關閉合，發(fā)送端的 ne555 多諧振蕩電路開始工作。多諧振蕩電路產生脈沖信號經三極管分別由高低電平信號控制兩個 mc145026 編碼器進行先后編碼工作（我這里將二位二進制碼設置成 0001 和 0000，即分機編號為 10 號船舶） ，該信息即為分機（船舶）的身份信息。編好的碼經由 mc2833 調制電路的壓控振蕩電路使晶振產生 16.5667mhz的基準頻率，同時緩沖器及其外設電容電感共同作用作為三倍頻器將信號倍頻為 49.7mhz 的高頻信號，經過兩個放大器進行二次放大的信號由 mc2833 的 9管腳送入三級功率放大電路

56、進行功率放大，輸出的 0.5w，49.7mhz 的信號經過濾波電路過濾掉雜質信號后由天線發(fā)出。主機接收到信號后，即可由此信號判斷分機船只的身份信息。該系統(tǒng)目的達成19。系統(tǒng)電路總原理圖見論文附錄 1 發(fā)送端原理圖和附錄 2 接收端原理圖。5 調試215 調試調試5.1 硬件調試的目標硬件調試的目標測試的目的是應該盡量找出硬件設計中的隱藏的錯誤并加以糾正，而不是通過測試證明硬件設計沒有錯誤。所以，通過測試不是證明硬件設計是正確的。通過測試只能從硬件設計中找到錯誤，而不可能證明硬件設計中沒有錯誤，即使選擇測試方案最完美，硬件設計中仍然可能隱藏著錯誤。本次測試的主要是為了給最終用戶提供具有一定可信度

57、的質量評價，所以測試的主要內容是直接針對在實際應用中會經常用到的商業(yè)假設。5.2 電路調試電路調試在 mc145026 的輸入端加高電平信號，把地線和電源線都接通，然后觀察電路的工作狀態(tài)。接下來測量 mc145026 的輸出端是否為高電平。如果所測管腳有參數(shù)輸出則應該是高電平，若不是，則電路有錯誤。若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應分析其原因，并排除故障，再進行調試，直到滿足要求。5.3 pcb 板的調試板的調試當系統(tǒng)硬件部分的電路圖設計好之后，接下來的工作就是對其進行erc（電器規(guī)格檢查）看在電路中是否存在錯誤，并對其進行分析與改正。a. multiple net names on net（即在進行 er

58、c 檢查時，同一網(wǎng)絡上放置多個網(wǎng)絡名稱而產生的錯誤）b. unconnected power objects（即在進行 erc 檢查時，有電源符號沒有連接在任何網(wǎng)絡上而產生的錯誤）c. duplicate sheet numbers (即在進行 erc 檢查時, 在整個檢查的范圍內，有重復的電路圖名稱而顯示的錯誤)d. duplicate component designator （即在進行 erc 檢查時，在整個檢查的范圍內，有重復的元件編號而顯示的錯誤）e. 在電路圖設計過程中，有連線沒有連上20 通過在電路圖上所顯示的錯誤位置以及進行電器規(guī)格檢查后的提示，可以對錯誤進行改正，在錯誤被糾正

59、之后，則可按印制電路板的具體步驟進行 pcb板的繪制。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）225.4 印制電路板的設計步驟印制電路板的設計步驟 a . 準備電路原理圖和網(wǎng)絡表 根據(jù)設計要求設計電路原理圖，并繪制原理圖，然后由該原理圖文件生成相應的網(wǎng)絡表。對于相當簡單的電路原理圖，也可以直接進行印制電路板設計。 b. 規(guī)劃印制電路板 在設計電路板之前，要對電路板有個初步的規(guī)劃，主要包括電路板的選擇，采用幾層電路板、板材的物理尺寸、各元器件的封裝形式等，這是一項相當重要的工作，是電路板設計的框架。 c. 設置參數(shù) 設置參數(shù)包括設置元件的布置參數(shù)，板層參數(shù)和布線參數(shù)等。大多數(shù)情況下，可以直接

60、使用系統(tǒng)的默認值，參數(shù)設置是一次性完成的，在后續(xù)的設計工作中很少需要修改。 d. 加載網(wǎng)絡表和元件封裝 網(wǎng)絡表示自動布線的基礎，是連接原理圖和印制電路板的紐帶。只有加載了網(wǎng)絡表和元件封裝后，電路板的自動布線才能生成。 e. 元件布局 規(guī)劃電路板并導入網(wǎng)絡表后，通過執(zhí)行命令，系統(tǒng)將自動裝入元件并將元件布置在電路板邊框內。元件布局可以由系統(tǒng)自動完成，然后進行手工調整布局，布局合理后才能進行下一步的布線工作。元件布局是印制電路板設計中比較花費精力的一個步驟，需要設計者有足夠的耐心。 f. 自動布線 protel 中自動布線的功能相當強大，只要把有關參數(shù)設置的適當，元件布局合理，系統(tǒng)就會根據(jù)設置的規(guī)則