電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽講座之無線通信系統(tǒng)

電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)講座之

無線通信系統(tǒng)福州大學(xué)通信工程系許志猛第1頁，共59頁。主要內(nèi)容電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽無線通信類題目概述電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用工具討論第2頁，共59頁。導(dǎo)言大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽從前幾屆全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的試題來看，可以歸納成5類：電源類信號(hào)源類無線電類儀器類數(shù)據(jù)采集與控制類從各個(gè)題目看，不是簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，而是“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”第3頁，共59頁。歷屆無線電類題目2009第九屆無線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置（D題）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)無線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊溫度和光照信息的探測(cè)。該裝置由1個(gè)監(jiān)測(cè)終端和不多于255個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成（實(shí)際制作2個(gè)）。監(jiān)測(cè)終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能，收發(fā)共用一個(gè)天線。

2007第八屆無線識(shí)別裝置（B題）設(shè)計(jì)制作一套無線識(shí)別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成。閱讀器能識(shí)別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲(chǔ)信息。不得使用現(xiàn)有射頻識(shí)別卡或用于識(shí)別的專用芯片。2005第七屆單工無線呼叫系統(tǒng)（D題）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單工無線呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。2003第六屆電壓控制LC振蕩器（A題）輸出頻率范圍：15MHz～35MHz第4頁，共59頁。歷屆無線電類題目(Cont.)2001第五屆F題調(diào)頻收音機(jī)用SONY公司提供的FM/AM收音機(jī)集成芯片CXA1019和鎖相頻率合成調(diào)諧集成芯片BU2614，制作一臺(tái)調(diào)頻收音機(jī)。1999第四屆D題短波調(diào)頻接收機(jī)短波調(diào)頻接收機(jī)，接收頻率（f0）范圍：8MHz～10MHz。1997第三屆D題調(diào)幅廣播收音機(jī)利用所提供的元器件（附有資料）制作一個(gè)中波廣播收音機(jī)。接收頻率范圍：540kHz～1600kHz；1995第二屆題目三簡(jiǎn)易無線電遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)并制作無線電遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。第5頁，共59頁。2009年賽題解析探測(cè)節(jié)點(diǎn)有編號(hào)預(yù)置功能；溫度測(cè)量范圍為0℃～100℃，絕對(duì)誤差小于2℃；光照信息僅要求測(cè)量光的有無；探測(cè)節(jié)點(diǎn)采用兩節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電；探測(cè)時(shí)延不大于5s，距離D不小于10cm。探測(cè)節(jié)點(diǎn)增加信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能；監(jiān)測(cè)終端電源供給功率≤1W，使探測(cè)距離D+D1達(dá)到50cm；降低各探測(cè)節(jié)點(diǎn)的功耗，以延長(zhǎng)干電池的供電時(shí)間。探測(cè)節(jié)點(diǎn)A探測(cè)節(jié)點(diǎn)B監(jiān)測(cè)終端D圖1探測(cè)節(jié)點(diǎn)分布示意圖探測(cè)節(jié)點(diǎn)A探測(cè)節(jié)點(diǎn)B監(jiān)測(cè)終端DD1圖2節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)功能示意圖第6頁，共59頁。要點(diǎn)分析1對(duì)多通信，需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)幀格式；轉(zhuǎn)發(fā)功能，需要設(shè)計(jì)傳輸協(xié)議；低功耗設(shè)計(jì)，電池供電，設(shè)計(jì)芯片的選擇和電源的設(shè)計(jì)；不能采用現(xiàn)成收發(fā)模塊，需要設(shè)計(jì)無線收發(fā)電路。第7頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論溫度和光照測(cè)量光照：開關(guān)信號(hào)，可用光敏二/三極管（ST-1KL3B），光敏電阻（電阻分壓或加比較器或三極管構(gòu)成開關(guān)信號(hào)）或?qū)Ｓ瞄_關(guān)傳感器On9668溫度：精度不高，為了實(shí)現(xiàn)低功耗和簡(jiǎn)化電路，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，省去ADC等電路，直接用單片機(jī)可以讀取數(shù)字溫度，精度和測(cè)量范圍滿足題目要求。溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃第8頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論電源監(jiān)測(cè)終端使用外接單電源供電，可以直接采用實(shí)驗(yàn)室電源，電源電壓也沒有具體限制。在電壓輸入端，可以采用穩(wěn)壓芯片。具體型號(hào)可用LM317，LM196等探測(cè)節(jié)點(diǎn)使用兩節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電。由于現(xiàn)有的大部分元器件工作電壓都是3.3V和5V，電壓上會(huì)涉及升壓的操作。可采用專用DC-DC升壓芯片，如MC33063，MAX1771，MAX1674，uc3843等。由于沒有限制，可采用專用的DC-DC逆變模塊，如A0505S第9頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論控制器不計(jì)功耗，可采用51系列單片機(jī)，開發(fā)環(huán)境比較熟悉對(duì)功耗要求較高，可采用TI的MSP430系列其余可選ATMEL的ATmega16系列PIC系列顯示部件顯示內(nèi)容不多，可采用LCD1602字符液晶，編程比采用LED數(shù)碼管要方便第10頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論無線收發(fā)電路采用OOK方案比較簡(jiǎn)單，也可采用FSK方案收發(fā)直接的切換可采用繼電器，默認(rèn)都處于接收狀態(tài)發(fā)射部分電路第11頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論無線收發(fā)電路接收電路三極管選頻放大有效值檢測(cè)

比較輸出整形

第12頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論無線收發(fā)電路2并行增加驅(qū)動(dòng)LM393比較器Op4340運(yùn)放多級(jí)放大二極管檢波第13頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論無線收發(fā)電路3第14頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)低層傳輸采用串口，可以利用控制器的UART接口，并容易進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)在此基礎(chǔ)上，根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)如下幀結(jié)構(gòu)第15頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議路由協(xié)議分析設(shè)計(jì)目標(biāo)要求系統(tǒng)具有中繼功能?？紤]到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的限制，擬采用洪泛（Flooding）機(jī)制。Flooding是一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，它不需要專門的控制分組，即可以完成多跳路由功能?；驹硎枪?jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，如果目的節(jié)點(diǎn)不是自己且該分組的生存時(shí)間（TTL）不為０，則轉(zhuǎn)發(fā)出去。MAC協(xié)議分析設(shè)計(jì)目標(biāo)是避免節(jié)點(diǎn)之間的沖突。本題中，主要采用隨機(jī)退避和多次重傳的方法，同時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，不采用握手機(jī)制。有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1）同步；2）隨機(jī)退避。第16頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議MAC協(xié)議分析（Cont.）同步數(shù)據(jù)幀都具有相同長(zhǎng)度，可以把時(shí)間分成時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙是無誤發(fā)送一幀的時(shí)間，記作t0。監(jiān)測(cè)終端周期地發(fā)送信標(biāo)分組，所有節(jié)點(diǎn)在接入信道時(shí)總是先處于接收狀態(tài)，在收到信標(biāo)后與之同步，并在下一個(gè)時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)信標(biāo)。所有節(jié)點(diǎn)只在時(shí)隙起始點(diǎn)發(fā)送。第17頁，共59頁。設(shè)計(jì)方案討論數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議MAC協(xié)議分析（Cont.）隨機(jī)退避探測(cè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇k個(gè)時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙發(fā)送一次原始數(shù)據(jù)的副本。只要其中有1個(gè)分組被正確接收，則發(fā)送成功。實(shí)際上，成功率與發(fā)送次數(shù)、參與信道競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和允許的最大時(shí)延等因素都有關(guān)。第18頁，共59頁。2007年無線通信類課題解析無線識(shí)別裝置（B題）

任務(wù)圖1無線識(shí)別裝置方框圖設(shè)計(jì)制作一套無線識(shí)別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成，其方框圖參見圖1。閱讀器能識(shí)別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲(chǔ)信息。第19頁，共59頁。無線識(shí)別裝置（B題）任務(wù)（Cont.）裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無線傳輸功能，頻率和調(diào)制方式自由選定。不得使用現(xiàn)有射頻識(shí)別卡或用于識(shí)別的專用芯片。裝置中的耦合線圈為圓形空芯線圈，用直徑不大于1mm的漆包線或有絕緣外皮的導(dǎo)線密繞10圈制成。線圈直徑為6.6±0.5cm（可用直徑6.6cm左右的易拉罐作為骨架，繞好取下，用絕緣膠帶固定即可）。線圈間的介質(zhì)為空氣。兩個(gè)耦合線圈最接近部分的間距定義為D。閱讀器、應(yīng)答器不得使用其他耦合方式。第20頁，共59頁。無線識(shí)別裝置（B題）要求基本要求應(yīng)答器采用兩節(jié)1.5V干電池供電，閱讀器用外接單電源供電。閱讀器采用發(fā)光二極管顯示識(shí)別結(jié)果，能在D盡可能大的情況下，識(shí)別應(yīng)答器的有無。識(shí)別正確率≥80%，識(shí)別時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。應(yīng)答器增加編碼預(yù)置功能，可以用開關(guān)預(yù)置四位二進(jìn)制編碼。閱讀器能正確識(shí)別并顯示應(yīng)答器的預(yù)置編碼。顯示正確率≥80%，響應(yīng)時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。第21頁，共59頁。無線識(shí)別裝置（B題）要求（Cont.）發(fā)揮部分

應(yīng)答器所需電源能量全部從耦合線圈獲得（通過對(duì)耦合到的信號(hào)進(jìn)行整流濾波得到能量），不允許使用電池及內(nèi)部含有電池的集成電路。閱讀器能正確讀出并顯示應(yīng)答器上預(yù)置的四位二進(jìn)制編碼。顯示正確率≥80%，響應(yīng)時(shí)間≤5秒，耦合線圈間距D≥5cm。閱讀器采用單電源供電，在識(shí)別狀態(tài)時(shí)，電源供給功率≤2W。在顯示編碼正確率≥80%、響應(yīng)時(shí)間≤5秒的條件下，盡可能增加耦合線圈間距D。應(yīng)答器增加信息存儲(chǔ)功能，其存儲(chǔ)容量大于等于兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)。裝置斷電后，應(yīng)答器存儲(chǔ)的信息不丟失。無線識(shí)別裝置具有在閱讀器端寫入、讀出應(yīng)答器存儲(chǔ)信息的功能。其他。第22頁，共59頁。題目背景先從自動(dòng)識(shí)別技術(shù)說起……目前，實(shí)際應(yīng)用中的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要有：條形碼IC卡RFID生物特征識(shí)別：指紋、人臉、虹膜…………自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，它是信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)采集到計(jì)算機(jī)的重要方法和手段。無線射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdenfication，RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。第23頁，共59頁。題目分析此為功能性題目。題目的初衷是要做一個(gè)無線讀卡裝置。（RFID）此題最簡(jiǎn)單的方法是用一對(duì)現(xiàn)有的收發(fā)芯片，配上題目給出的天線。此題基本要求部分是進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)字通信，發(fā)揮部分主要是無線功率傳輸?shù)膯栴}。解決的方法是，可在發(fā)送端不斷地進(jìn)行高頻等幅波的發(fā)射，在接收端接收其高頻能量，檢波成直流分量并存儲(chǔ)起來，可用電容作為存儲(chǔ)元件。由于題目要求傳輸?shù)男畔⒘亢苄?，可有較多時(shí)間進(jìn)行高頻能量的傳輸。此題的結(jié)果可能有三種：一是不能傳輸信息也就是失?。欢侵煌瓿苫静糠?；三是可進(jìn)行無源接收。第24頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——方案論證與比較方案0采用供能、通信相分離的方式來實(shí)現(xiàn)無線識(shí)別。該方案的原理就是將供能和通信分開，用線圈的耦合作用實(shí)現(xiàn)應(yīng)答器的無源供電；而通信則使用無線收發(fā)電路制作，比如應(yīng)用10米波段的MC2833、MC3363收發(fā)電路或者315MHz、433MHz等頻段的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來制作。這樣的設(shè)計(jì)，線圈主要完成能量的傳輸，比較容易實(shí)現(xiàn)，而信號(hào)的耦合則是通過其他無線通信途徑來完成的，與題目中的“不依靠任何其他耦合方式”這一要求不符。第25頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——方案論證與比較（Cont.）方案一采用單片機(jī)與有源晶振振蕩器組成無線識(shí)別系統(tǒng)。閱讀器：用串口通信方式掃描應(yīng)答信號(hào)，接受到應(yīng)答信號(hào)后，判別其是否有效，若有效則顯示應(yīng)答器信息，并蜂鳴提示。應(yīng)答器：當(dāng)靠近閱讀器時(shí)，通過線圈耦合獲得工作能量，讀取撥碼開關(guān)狀態(tài)，發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。特點(diǎn)：采用單片機(jī)異步串口通信方式，具有較高的顯示正確率。但對(duì)于本設(shè)計(jì)任務(wù)，考慮到耦合能量有限，不足以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)。第26頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——方案論證與比較（Cont.）方案二采用PT2262編碼芯片，與PT2272解碼芯片組成無線識(shí)別系統(tǒng)。應(yīng)答器通過四位撥碼開關(guān)進(jìn)行卡號(hào)設(shè)置，PT2262對(duì)卡號(hào)進(jìn)行編碼并通過耦合線圈發(fā)射出去；閱讀器通過耦合線圈接收信號(hào)并交給PT2272解碼芯片譯碼輸出應(yīng)答器卡號(hào)，由發(fā)光二極管顯示。特點(diǎn)：系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，成本低，功耗小，且PT2262起始工作電壓低非常適合能量供應(yīng)有限的場(chǎng)合。第27頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——方案論證與比較調(diào)制方式論證與比較方案一頻移鍵控（FSK）傳輸速率快，數(shù)據(jù)正確率高，但調(diào)制電路復(fù)雜，成本高，尤其功耗較高，而且解調(diào)電路較為復(fù)雜。本題目要求低功耗，且對(duì)通訊指標(biāo)要求不是很苛刻，如傳輸數(shù)據(jù)正確率≥80%，響應(yīng)時(shí)間≤5S，故不宜選用該方案。方案二相移鍵控（PSK）與FSK類似。方案三幅移鍵控（ASK）調(diào)制電路簡(jiǎn)單，功耗較低，常用于簡(jiǎn)單的低速數(shù)據(jù)通信，解調(diào)電路也十分簡(jiǎn)單，滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求，綜合考慮我們選用該方案。第28頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——總體設(shè)計(jì)1．閱讀器部分（參考）電能由振蕩電路產(chǎn)生經(jīng)后經(jīng)多級(jí)放大電路放大，通過耦合線圈發(fā)送出去；閱讀器通過耦合線圈接收應(yīng)答器發(fā)送的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)檢波電路檢波后送給PT2272串口接收，PT2272對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后輸出識(shí)別結(jié)果。振蕩電路與檢波電路是交替工作的，周期由555產(chǎn)生，單工切換可由電子開關(guān)控制。（在此采用繼電器，功耗較大，速度較慢）第29頁，共59頁。閱讀器設(shè)計(jì)閱讀器原理圖第30頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——總體設(shè)計(jì)2．應(yīng)答器部分（參考）應(yīng)答器通過耦合線圈諧振耦合獲取能量，再經(jīng)放大整流電路向儲(chǔ)能電容充電獲得系統(tǒng)工作所需電能；當(dāng)電容電壓經(jīng)電壓判斷電路判斷達(dá)到指定幅值時(shí)，應(yīng)答器開始工作，PT2262讀取撥碼開關(guān)值，并通過串口發(fā)送編碼信號(hào)，此時(shí)有源晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，編碼信號(hào)再經(jīng)ASK調(diào)制，從耦合線圈輻射出去。第31頁，共59頁。應(yīng)答器設(shè)計(jì)應(yīng)答器原理圖第32頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——總體設(shè)計(jì)閱讀器電路圖第33頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——總體設(shè)計(jì)

應(yīng)答器電路圖第34頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——理論分析與計(jì)算1．耦合線圈匹配理論

采用線圈與可變電容組成并聯(lián)諧振回路，測(cè)試得線圈電感為11uH，可變電容容量為5~25PF，可得諧振頻率為：21MHZ到9MHZ之間。對(duì)回路進(jìn)行諧振頻率測(cè)量得到諧振頻率為11.4MHZ。因而，閱讀器采用11.0952MHZ有源晶振產(chǎn)生接近與諧振頻率的能源載波頻率。應(yīng)答器采用11.0952MHZ有源晶振作為載波頻率。第35頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——理論分析與計(jì)算2.閱讀器發(fā)射電路分析

主振電路采用有源晶振作為振蕩器，頻率穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單，調(diào)試容易而且輸出幅度大。有源晶振輸出的方波，經(jīng)過二階低通濾波器濾除高次諧波，得到穩(wěn)定的正弦波輸出，經(jīng)Q6及其外圍電路組成的第一級(jí)放大電路后送至由Q9及其外圍電路組成的功率放大電路進(jìn)行功率放大，最后輸出至C45和L21組成的并聯(lián)諧振回路輻射出去，為應(yīng)答器提供能量。第36頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——理論分析與計(jì)算3．閱讀器接收電路分析

從555來的控制信號(hào)經(jīng)過74LS04反相后控制繼電器的吸合，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，C1與耦合線圈接通，Q1及其外圍電路組成了以及電壓放大電路，放大后的信號(hào)經(jīng)二極管檢波后送至LM311進(jìn)行比較，還原波形。第37頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——識(shí)別裝置工作流程圖閱讀器應(yīng)答器第38頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——測(cè)試方法與測(cè)試數(shù)據(jù)1．耦合線圈電感量大小與諧振頻率

測(cè)試方法：直接用LC電橋測(cè)耦合線圈電感量，用射頻信號(hào)發(fā)生器與示波器測(cè)試耦合線圈并聯(lián)一電容后的諧振頻率。2．整機(jī)調(diào)試與測(cè)試

識(shí)別正確率與識(shí)別時(shí)間測(cè)試測(cè)試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與應(yīng)答器之間耦合線圈距離設(shè)置為5cm，撥動(dòng)撥碼開關(guān)改變應(yīng)答器編碼，觀察閱讀器顯示輸出的識(shí)別結(jié)果。重復(fù)5次，計(jì)算正確率。用秒表測(cè)出響應(yīng)時(shí)間S。第39頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——測(cè)試方法與測(cè)試數(shù)據(jù)（Cont.）識(shí)別距離測(cè)試

測(cè)試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與應(yīng)答器之間耦合線圈起始距離設(shè)置為5cm，每次增加識(shí)別距離1cm，觀察閱讀器識(shí)別正確率，直到識(shí)別正確率≤80%，此時(shí)，耦合線圈之間的距離即為本識(shí)別裝置的最大識(shí)別距離。識(shí)別時(shí)功耗測(cè)量

測(cè)試方法：閱讀器接+15V外接電源，將閱讀器與應(yīng)答器之間耦合線圈距離設(shè)置為5cm，閱讀器識(shí)別結(jié)果正確的情況下，測(cè)量外接單電源供電電壓U與供電電流I。多次測(cè)量取平均功耗作為識(shí)別裝置識(shí)別時(shí)功耗。 計(jì)算公式：識(shí)別裝置識(shí)別功耗P：P=U×I第40頁，共59頁。課題設(shè)計(jì)——改進(jìn)及擴(kuò)展功能應(yīng)答器采用低功耗MCU采用低功耗MCU。如選用Philips的P89LPC938作為應(yīng)答器的控制核心，其自帶EEPROM，且功耗低。TI的MSP430系列是超低功耗Flash型MCU也很適合，但是指令系統(tǒng)和MCS-51有所區(qū)別。閱讀器采用MCU控制自定義通信協(xié)議收發(fā)兩端都采用MCU，可以通過軟件編程設(shè)計(jì)通信協(xié)議，免去PT2262/2272。考慮天線與放大器的阻抗匹配，增強(qiáng)效率。考慮到讀寫器要向應(yīng)答器提供足夠的能量，ASK調(diào)制時(shí)信號(hào)的占空比要盡可能大一些。第41頁，共59頁。設(shè)計(jì)實(shí)例2——單工無線呼叫系統(tǒng)本題要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單工無線呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。發(fā)射頻率要求在30MHz~40MHz之間，發(fā)送功率不大于20mW，需要在主站與從站間進(jìn)行間距不小于5米的單工通信。在本系統(tǒng)中，需要編碼方式具有一定檢糾錯(cuò)能力，而又兼顧到效率。在通信量不大，信道較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中選擇奇偶校驗(yàn)和多發(fā)的措施可以大大提高通信的可靠性。第42頁，共59頁。設(shè)計(jì)實(shí)例2——方案論證總體方案設(shè)計(jì)采用全模擬信號(hào)傳輸需要把短信變成模擬，在接收端再變回?cái)?shù)字，電路較復(fù)雜且容易出錯(cuò)采用全數(shù)字信號(hào)傳輸需要把語音的模擬信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換之后，再把數(shù)字信號(hào)經(jīng)過ASK、FSK或PSK的方式調(diào)制到30MHz~40MHz的載波上，硬件電路較為復(fù)雜語音信號(hào)采用模擬傳輸，短信息采用數(shù)字傳輸采用不同頻率來傳輸兩種信號(hào)；主站在發(fā)送數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)之前先發(fā)送不同的編碼，接收端的從機(jī)通過判斷編碼來決定是接收語音信號(hào)，還是接收短信息。不僅不用A/D、D/A轉(zhuǎn)換，更為重要的是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)了硬件的功能，極大地簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第43頁，共59頁。硬件單元設(shè)計(jì)與論證微處理器選擇

選用單片機(jī)，在性能滿足要求的情況下，選擇自己最熟悉的類型按鍵類型選擇

按鍵分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式的鍵盤。獨(dú)立按鍵硬件連接簡(jiǎn)單，軟件編程也容易，但是占用微處理器的I/O口多。矩陣式鍵盤相對(duì)來說雖占用I/O少，可輸入的狀態(tài)多，但是需要在軟件設(shè)計(jì)中以相應(yīng)的鍵盤掃描程序來支持。根所系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制與英文字符輸入，只要把英文字符的輸入用上選、下選兩個(gè)鍵就能快速地進(jìn)行確定。因此，本設(shè)計(jì)選擇簡(jiǎn)單的獨(dú)立式按鍵。小建議：再次也可選擇外接鍵盤，但是考慮競(jìng)賽時(shí)間短，電路制作簡(jiǎn)陋，因此建議設(shè)計(jì)時(shí)能用軟件實(shí)現(xiàn)最好用軟件實(shí)現(xiàn)，如此處的鍵盤，使用少量的獨(dú)立按鍵必然增加軟件編程工作量，但是較好地保證了可靠性第44頁，共59頁。系統(tǒng)工作原理及框圖通信概述采用一對(duì)多半雙工通信系統(tǒng)模型通信協(xié)議必須設(shè)計(jì)有地址碼、功能碼，這些特殊字符還要與ASCII碼區(qū)分開傳輸采用RS-232異步串行協(xié)議調(diào)制方式AM方式頻帶利用率高，但可靠性差；FM方式雖然頻帶利用率不高，但可靠性好，信噪比大；FSK，ASK，PSK，QPSK中，ASK抗噪性能差，PSK頻帶利用率不如QPSK高，F(xiàn)SK頻帶利用率大，但抗噪性能好。綜合考慮，模擬信號(hào)采用FM，數(shù)字采用FSK。第45頁，共59頁。發(fā)射機(jī)方案采用變?nèi)荻O管和晶體管構(gòu)成的石英晶體振蕩器，使其振蕩頻率在30MHz-40MHz之間，調(diào)頻后進(jìn)行發(fā)射采用專用的調(diào)頻發(fā)射芯片，如BA1404等，借助于外圍的LC振蕩回路來改變載波頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻采用MC145151鎖相環(huán)集成電路，配合單管型壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)采用AD9851構(gòu)成的DDS，實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)頻第46頁，共59頁。接收機(jī)方案采用MC3362/MC3363等窄帶調(diào)頻接收專用芯片，該系列芯片接收信號(hào)的頻偏典型值為3KHz，鑒頻器的靈敏度較高，但解調(diào)后音質(zhì)不如調(diào)頻廣播的音質(zhì)好采用常規(guī)的調(diào)頻廣播收音機(jī)接收芯片（如CXA1691），調(diào)整本振頻率，使得接收頻率范圍落在30MHz-40MHz之間。調(diào)頻廣播的典型頻偏為75KHz，音質(zhì)動(dòng)態(tài)范圍好從性能和實(shí)現(xiàn)成本上考慮，還可選用專用芯片LA1800第47頁，共59頁。其他外圍電路放大器高頻功放，小信號(hào)放大器，音頻功放參見歷屆競(jìng)賽收音機(jī)電路第48頁，共59頁。界面設(shè)計(jì)主站從站第49頁，共59頁。高頻組需掌握振蕩器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)放大器設(shè)計(jì)51最小系統(tǒng)對(duì)于初學(xué)者還需：Protel畫電路原理圖Proteus仿真——特別要重視仿真工具的使用單片機(jī)的C語言編程第50頁，共59頁?？偨Y(jié)——電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告第51頁，共59頁?？偨Y(jié)——電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用工具儀器示波器函數(shù)發(fā)生儀數(shù)字萬用表直流穩(wěn)壓電源特殊場(chǎng)合：邏輯分析儀、頻譜分析儀、LC電橋仿真器編程器第52頁，共59頁。總結(jié)——電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用工具設(shè)計(jì)工具軟件模、數(shù)電路仿真Proteus、pSpice、EWB、Multisim電路板設(shè)計(jì)工具Protel、PowerPCB、ORCAD單片機(jī)開發(fā)軟件KeilC51、偉福等仿真器配套軟件、MCU廠商配套軟件CPLD、FPGA開發(fā)軟件QuartusII、MaxPlusII（ALTERA）ISE（XILINX）