模擬單工通信系統(tǒng)北京交通大學(xué)電子系統(tǒng)課程設(shè)計報告書

1、國家電工電子實驗教學(xué)中心電子系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè) 計 報 告設(shè)計題目： 模擬單工通信系統(tǒng)學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院專 業(yè)：通信工程學(xué)生：學(xué) 號：任課教師：2013 年 7 月 16 日目 錄1 設(shè)計任務(wù)要求12 設(shè)計方案與論證22.1 任務(wù)分析22.2 方案比較22.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計92.4 具體電路設(shè)計103 制作與調(diào)試過程133.1 制作與調(diào)試流程133.1 制作與調(diào)試流程193.2 遇到的問題與解決方法194 系統(tǒng)測試194.1 測試方法195 系統(tǒng)使用說明205.1 系統(tǒng)外觀206 總結(jié)206.1 本人所做工作206.2 收獲與體會206.3 對本課程的意見與建議217 參考文獻2122 /

2、241 設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計并制作一個如圖1所示的模擬單工通信系統(tǒng)，實現(xiàn)話音信號和遙控信號在所給定的模擬信道中的單向通信?；静糠郑?）系統(tǒng)由發(fā)射機、模擬信道和接收機三部分組成，其中模擬信道為電路如圖2所示的一個元件參數(shù)給定的無源帶通濾波網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線、輸入輸出阻抗等參數(shù)須在模擬信道電路制作完成后自行通過儀器測得，并在設(shè)計報告中的“任務(wù)分析”部分給出測試過程與結(jié)果。（2）在發(fā)射機中設(shè)置一個3.5mm音頻接口，通過該接口和音頻線輸入一路模擬話音信號（可用mp3播放器、計算機等作為音源），由發(fā)射機對其進行調(diào)制、放大后通過雙絞線送入模擬信道，且連接模擬信道后輸出信號峰-峰值應(yīng)不小于1Vp-p

3、。（3）接收機應(yīng)能夠?qū)邮盏降男盘栠M行放大、解調(diào)，還原出原來的音頻信號，經(jīng)過音頻功率放大后通過揚聲器輸出，聲音應(yīng)清晰響亮，無明顯失真。發(fā)揮部分（1）增加遙控信號傳輸功能，可在發(fā)射機和接收機各設(shè)置一個開關(guān)來切換當前通信模式為話音通信或遙控通信。在發(fā)射機中設(shè)置編號為14的4個數(shù)字按鍵，在接收機中相應(yīng)設(shè)置4個LED，當按下發(fā)射機上任一數(shù)字按鍵時，接收機中相應(yīng)的LED應(yīng)能夠被點亮。在發(fā)射機和接收機上各設(shè)置一個“話音”指示燈和一個“遙控”指示燈，當切換到“話音”或“遙控”通信時，兩端相應(yīng)指示燈點亮。（2）增加其他有意義的功能。如自動切換“話音”和“遙控”通信、“話音”和“遙控”信號同時在信道中傳輸而互不

4、影響、實現(xiàn)雙聲道立體聲音頻信號傳輸?shù)取? 設(shè)計方案與論證2.1 任務(wù)分析系統(tǒng)由發(fā)射機、模擬信道和接收機三部分組成，其中模擬信道為電路如圖2所示的一個元件參數(shù)給定的無源帶通濾波網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線、輸入輸出阻抗等參數(shù)須在模擬信道電路制作完成后自行通過儀器測得，并在設(shè)計報告中的“任務(wù)分析”部分給出測試過程與結(jié)果。在發(fā)射機中設(shè)置一個3.5mm音頻接口，通過該接口和音頻線輸入一路模擬話音信號（可用mp3播放器、計算機等作為音源），由發(fā)射機對其進行調(diào)制、放大后通過雙絞線送入模擬信道，且連接模擬信道后輸出信號峰-峰值應(yīng)不小于1Vp-p。接收機應(yīng)能夠?qū)邮盏降男盘栠M行放大、解調(diào)，還原出原來的音頻信號，

5、經(jīng)過音頻功率放大后通過揚聲器輸出，聲音應(yīng)清晰響亮，無明顯失真。模擬信道制作完成后， 測得增益最大處頻率為213kHz，幅度衰減到一半時頻率約為40KHz，帶寬約為80KHz。所制作信道為中心頻率210kHz左右，帶寬為80KHz的無源帶通濾波器。要該通過信道實現(xiàn)通信，需要將話音/遙控信號調(diào)制為頻率處于通頻帶中的已制信號，再在出信道后用對應(yīng)的解調(diào)方式進行解調(diào)，加功放彌補信道衰減，從而實現(xiàn)話音信號和遙控信號在該模擬信道中的單向通信。 2.2 方案比較幅度調(diào)制方案：其中發(fā)射機如圖2-1 調(diào)幅發(fā)射機框圖所示，接收機如圖2-2 調(diào)幅接收機框圖所示。圖2-1 調(diào)幅發(fā)射機框圖圖2-2 調(diào)幅接收機框圖2、頻率

6、調(diào)制方案：其中發(fā)射機如圖2-3 調(diào)頻發(fā)射機框圖所示，接收機如圖2-4 調(diào)頻接收機框圖所示。圖2-3 調(diào)頻發(fā)射機框圖圖2-4 調(diào)頻接收機框圖文氏振蕩器方案一：文氏振蕩器方案二：文氏振蕩器方案三：三極管功放方案一：三極管功放方案二：功率放大器方案一：功率放大器方案二：乘法器方案一：乘法器方案二：檢波器方案一：檢波器方案二：2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計選用幅度調(diào)制方案：1、發(fā)射機部分：話音信號和遙控信號切換進入乘法器，用文氏振蕩器產(chǎn)生約200kHz的載波對信號進行調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)過功率放大器后進入信道，如圖2-5 調(diào)幅發(fā)射機方案圖所示。圖2-5 調(diào)幅發(fā)射機方案圖所示2、接收機部分：信號從信道出來，經(jīng)過二極管

7、檢波器進行解調(diào)，之后經(jīng)過功率放大器進行放大，放大后的信號分路給揚聲器或解碼器，播放聲音或顯示指示燈，如圖2-6 調(diào)幅接收機方案圖所示。圖2-6 調(diào)幅接收機方案圖2.4 具體電路設(shè)計文氏振蕩器：功率放大器：（LM386用proteus單獨仿真）乘法器：檢波器：輸入信號文氏振蕩器乘法器信道二極管包絡(luò)檢波輸出3 制作與調(diào)試過程3.1 制作與調(diào)試流程乘法器：如圖2-10 乘法器連接圖中給了一個-4v的偏置電壓，后來為了方便最后調(diào)試，在633的X2管腳加了一個抬升調(diào)制波包絡(luò)的電位器，將-15V分壓給X2管腳，調(diào)節(jié)包絡(luò)厚度，波形如圖2-11 乘法器仿真波形圖所示。圖2-10 乘法器連接圖圖2-11 乘法器

8、仿真波形圖用了一個電位器去給-15V的直流穩(wěn)壓電源分壓給偏置，調(diào)節(jié)電位器，使包絡(luò)沒有產(chǎn)生過調(diào)幅為止。文氏振蕩器：先調(diào)節(jié)兩個電位器使其產(chǎn)生一個頻率為210K的左右的正弦波（信道中心頻率為210K），再用一個電位器給輸出分壓，調(diào)節(jié)分壓電位器使輸出峰峰值為3V到4V左右。根據(jù)信道參數(shù)，振蕩器的輸出頻率需要200kHz，其中選用C=250pF，根據(jù)式2-1可以求出，R=3.18kHz。文氏振蕩器電路如圖2-8 文氏振蕩器圖所示，輸出波形如圖2-9 振蕩器仿真波形圖所示。 （式2-1）圖2-8 文氏振蕩器圖圖2-9 振蕩器仿真波形圖包絡(luò)檢波器：在二極管包絡(luò)檢波電路中，截頻需略大于3.4kHz，根據(jù)式 2

9、-2可以計算出RC>4.7X10(-5)。得到的電路圖如圖2-12 包絡(luò)檢波連接圖所示，波形如圖2-13 包絡(luò)檢波仿真波形圖所示。 （式 2-2）用式 2-2計算出了電容電阻大小后，解調(diào)總是會有失真和噪聲。最后我把電阻替換成了電位器，一邊調(diào)一邊看仿真波形，發(fā)現(xiàn)可以解調(diào)出帶有高頻噪聲的正弦波。等實物做出來再根據(jù)影響大小考慮要不要再加一個濾波器。圖2-12 包絡(luò)檢波連接圖圖2-13 包絡(luò)檢波仿真波形圖實際焊接中用電位器與固定電容并聯(lián)，調(diào)節(jié)電位器使1/2piRC大概為信號發(fā)生器輸出頻率，解調(diào)后波形較細。低通濾波：調(diào)節(jié)電位器后使解調(diào)后的信號高頻成分少。功率放大器：通過所設(shè)電位器以分壓方式調(diào)節(jié)運放

10、輸入電壓，改變輸出電壓，起到調(diào)節(jié)增益的作用。應(yīng)在實物完成后根據(jù)解調(diào)出的方波幅度進行調(diào)節(jié)。其中功率放大器連接如圖2-16 功率放大器連接圖所示，波形如圖2-17 功率放大器仿真波形圖所示。圖2-16 功率放大器連接圖圖2-17 功率放大器仿真波形圖編碼解碼:PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2272 對從Din 端子送入的信號進行解碼。所送入的編碼波形被譯成字碼，它含有碼地址位，數(shù)據(jù)位和同步位，解碼出來的地址碼與所設(shè)置地址輸入端進行比較。P

11、T2262 置振蕩回路,通過在OSC1 和OSC2 端外接一個電阻可構(gòu)成一個精密的振蕩器。為確保PT2272 能正確地對接收到的波形解碼，要求PT2272 的振蕩頻率與PT2262 的頻率相匹配。根據(jù)振蕩頻率計算表達式如式2-3，計算出PT2262振蕩電阻選為1.2M歐，PT2272振蕩電阻選為200K歐。 （式2-3）編碼器與解碼器的連接電路圖分別如圖2-18 編碼器連接圖和圖2-19 解碼器連接圖所示。圖2-18 編碼器連接圖圖2-19 解碼器連接圖3.1 制作與調(diào)試流程首先按照電路圖將各單元在面包板上進行連接，并且使用信號發(fā)生器與示波器進行測試，當測試成功之后再將各個單元焊到電路板上。具

12、體的焊接順序是首先是信道，之后模擬部分的順序是發(fā)射機功率放大器、接收機功率放大器、文氏振蕩器、前置放大器、乘法器、檢波電路、音頻輸入口和揚聲器，數(shù)字部分的順序是編碼器、解碼器、脈沖整形、開關(guān)和發(fā)光二級管。在調(diào)試文氏振蕩器的時候，我們將載波頻率調(diào)制信號的中心頻率210kHz上。在各個部分都調(diào)試成功之后，先將模擬部分與信道連通并進行調(diào)試。然后將數(shù)字部分不通過調(diào)制與信道直接接通進行調(diào)試。然后再將數(shù)字部分通過信道傳輸，發(fā)現(xiàn)衰減十分嚴重，于是將數(shù)字部分的編碼器輸出接入乘法器進行調(diào)制，利用開關(guān)進行控制。之后對乘法器的偏置與接收機檢波電路中的電阻同時調(diào)整。由于檢波電路中對于數(shù)字部分與模擬部分的頻率要求不同，

13、往往是模擬部分解調(diào)的好的時候數(shù)字部分的解調(diào)信號解碼器無法識別，所以要找到一個點，能夠同時將數(shù)字部分與模擬部分解調(diào)出來。3.2 遇到的問題與解決方法數(shù)字部分電路電源為正負3V，而電源選用為正負15V直流穩(wěn)壓電源，所以采用電位器分壓。乘法器輸出太大，調(diào)小峰峰值又會改變頻率，這里也采用電位器分壓。解調(diào)后的信號較粗，高頻成分多，隨后在解調(diào)輸出用部分加了一個RC低通濾波器，高頻成分被濾除很多。LM386經(jīng)常壞，經(jīng)同學(xué)提醒原來是在調(diào)試時不能接好電源后開啟，應(yīng)該先開啟電源，調(diào)至0V，再接入電路，然后調(diào)試時慢慢將電壓升至15V。4 系統(tǒng)測試4.1 測試方法信道的調(diào)試：將信號發(fā)生器接至信道左端輸入，輸入接紅線，

14、黑線接地；示波器接至信道右端。使用信號發(fā)生器輸入一個Vpp=2V的正弦波，調(diào)節(jié)頻率并在示波器上找出振幅最大的頻率為中心頻率，記錄此時的信道輸出Vppmax，與2V相比計算衰減量。將頻率調(diào)大，使示波器振幅為Vppmax的一半，記錄此時頻率fup。再將頻率調(diào)小，是為Vppmax的一半，記錄此時頻率fdown。則帶寬B為fup-fdown。文氏振蕩器的調(diào)試：文氏振蕩器是產(chǎn)生載波的模塊。將發(fā)射機的電源與地線分別接好，用示波器測量振蕩器輸出端口。使用示波器測量振蕩器的輸出頻率。調(diào)節(jié)兩個電位器共同調(diào)整振蕩器的頻率與幅度，將頻率調(diào)制信道的中心頻率附近。再調(diào)節(jié)分壓電位器使輸出在3到4V左右。乘法器的調(diào)試：乘法

15、器是調(diào)幅模塊。將一個頻率在1k-4kHz、幅度近似為500mV的正弦波輸入到發(fā)射機輸入端口。用示波器測量乘法器輸出端口，乘法器調(diào)試連接圖所示。旋轉(zhuǎn)電位器，調(diào)節(jié)乘法器的偏置電壓，使包絡(luò)沒有過調(diào)幅。5 系統(tǒng)使用說明5.1 系統(tǒng)外觀6 總結(jié)6.1 本人所做工作由于一個人一組，所以我做了所有工作。6.2 收獲與體會 由于這是本科階段最后一次電工實驗了，我決定好好抓住這次機會，鍛煉自己的能力，于是我決定不與同學(xué)組隊了，要自己獨立完成這次課程設(shè)計的任務(wù)。 剛開始拿到設(shè)計題目后，并沒有明確的思路，于是我去網(wǎng)上查找了許多有關(guān)的資料，再結(jié)合老師給的參考元件，慢慢整理了一些頭緒出來。我了更好了完成設(shè)計，我把這次設(shè)

16、計任務(wù)細分了很多小塊，比如設(shè)計一個正弦波發(fā)生器，設(shè)計一個功率放大器，設(shè)計一個乘法器，設(shè)計一個包絡(luò)檢波器，設(shè)計一個低通濾波器等等。然后我再按細分下來的任務(wù)，一點一點去完成。最先做的就是仿真，通過這次仿真我發(fā)現(xiàn)Mutisim真的是一款非常好用的軟件，只要耐心的搭建電路圖，一些功能都能很好的通過這款軟件體現(xiàn)出來，但是也要注意仿真結(jié)果往往和實際結(jié)果有著很大的差別，所以有部分電阻在按仿真結(jié)果焊接時最好用電位器代替。設(shè)計好電路后就得去中發(fā)市場買元件了。在中發(fā)逛的時候一定要小心代購集團，這些代購的攤位賣的東西并不多，但是他們卻很清楚你所想要的東西在哪能買到，當你問他們你所想要的東西時，他們會騙你說有賣，但是

17、得去倉庫拿，其實他們是跑到專門賣你所想要的東西的店鋪里去拿貨，然后再以比專賣店更貴的價格賣給你，從而賺取差價。所以在中發(fā)逛的時候一定要貨比三家，更要注意店鋪上方的標牌上所寫的專營的物品，比如電阻就盡量去電阻專營店買，電容就盡量去電容專營店買，那些一直拿著電腦查的商家的店鋪千萬不要去。買好材料后就是進行焊接的工作了。焊接我推薦使用三聯(lián)板，有些同學(xué)覺得三聯(lián)板比較麻煩，線路比較復(fù)雜，更傾向于單聯(lián)板，然后用拖焊的方法來焊接。其實只要你仔細把三聯(lián)版的特點摸透后，焊接起來能省很多事，而且用單聯(lián)板拖焊稍有不慎就容易短路，而三聯(lián)板的置銅線能讓你省很多導(dǎo)線和焊錫，并且接地接電源都很方便，因此我推薦使用三聯(lián)版來進

18、行焊接。焊接好電路后就是調(diào)試了。調(diào)試時一定要注意不能把電路電源都接好后再直接啟動電源，這樣做的話電源產(chǎn)生的瞬時峰值可能會燒壞你的芯片，所以要把電源先調(diào)0V接入電路，接好電路后再慢慢調(diào)高電源電壓值。然后實驗室里的示波器有兩種，一種是數(shù)格子數(shù)讀值，這種示波器波形效果顯示的非常清晰，包絡(luò)看的也非常清楚，但是又很多示波器格子數(shù)與真實值不對應(yīng)，讀值很不準確；另一種示波器是數(shù)字的，這種示波器有自動讀數(shù)功能，能自動顯示輸入信號的頻率、峰峰值等，但是這種示波器顯示效果不如數(shù)格子的示波器來得好。所以在調(diào)節(jié)文氏振蕩器的發(fā)射頻率時建議使用數(shù)字示波器，而在調(diào)節(jié)包絡(luò)避免過調(diào)幅時建議使用數(shù)格子讀數(shù)的示波器。歷時大半個月的焊接調(diào)試后，在我聽到揚聲器里傳來清晰的聲音時，心的成就感頓時油然而生，特別開心，這是我第一次獨自一人完成這么浩大的工程并且成功的實現(xiàn)了功能，相信這將是我這一生中的難忘經(jīng)歷。6.3 對本課程的意見與建議希望學(xué)校能組織團購元器件，自己去中發(fā)買元器件本來就開銷很大，而且還容易被一些不法商家和黑心商家坑蒙。7 參考文獻（列出在本設(shè)計中參考的有關(guān)文獻，包括書籍、論文、網(wǎng)上信息等。書寫格式應(yīng)符合以下規(guī)定。頂格寫，按“作者.書名或文題.地名:(或期刊)名,出版年份(或期刊卷期次)：