多点无线数据传输系统设计.doc

1、 题目：多点无线数据传输系统 摘要：本系统分三个模块构成：一主接收机，两个发射机。主要以89S52为控制及数据编码，以FSK为调制方式，利用无线传输文字和语音数据，采用LCD显示、单片机数据存储器存储，具有多功能传输与存储功能。 关键词： 89S52 FSK调制 LCD显示一 方案比较1、 载波生成比较题目要求载波稳定度高，真正实现到可以有以下方法方案一：利用晶体振荡，值晶体震荡电路可以实现，不过使用太高频率的晶振仍然不够理想，同时高值晶振并不好购买，并且在一定的范围内频率不容易改变。方案二：采用LC压空振荡器，利用锁相环技术产生高稳定载波，可采用MC145152来实现1-50MHZ足够，而且

2、可以使载波达到很高稳定度，但是进入MC145152的基准频率要经过前置分频而使可控制的频率降低导致传输速率达不到题目所给要求，如果基准频率频率太高MC145152所集成的鉴相器达不到鉴频要求。方案三：也可利用混频技术，使用较高频率用MC1496模拟乘法器与从同一晶振产生的两个不太高的频率混频选出上限频率。频率稳定度也能达到。但是给选用接收方案带来困难。方案四：用RC压控振荡产生高稳定载波，集成芯片有CD4046和NE564，CD4046频率太低，上限频率最高才1.2MHZ，不利于发送，且传输数据慢。NE564可以达到几十MHZ足可以满足要求。最后选用RC压空振荡为下一步直接FSK调制用。2、

3、数据发生器设计比较方案一：专用编码 可用专用编码芯片进行文字，语音和图象编码，但是同时处理这些数据给单片机带来负担过重，单片机还要处理别的数据。所以不采用此方案。方案二：简单4*4键盘与单片机组成数据编码 4*4键盘简单可实行，在有限时间内完成题目要求，进而改善发挥部分。3、 调制方法比较 对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号来控制高频载波的某些参量，这种把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。我们把数字调制与解调合起来称为数字调制，把包括调制和解

4、调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统或数字调制系统。数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制时有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、移相键控（PSK）调制方式。 FSK调制原理 2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f0代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f0 和f1为载频、以an和 为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域数学表达式为： 2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独

5、立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，即用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，输出不同频率的信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内，在这里，我们采用的是载波调频法。4、 高校功率放大比较方案一：一般功率三极管放大： 采用一般三极管采用丙类高频功率放大电路或者采用D类高频功率放大电路将载波发射出去，电路简单并且一般的无线电发射机都采用此方

6、式，但无论丙类高频功率放大还是D类高频功率放大电路都采用了谐振选频网络，要做到带宽很宽、并且频率在50MHZ以内时很难做到，并且效率不高；如果减小带宽即减小FSK信号的两个频率之差，将减小传输过程的抗干扰能力，提高传输的误码率； 方案二：高频功率合成： 高频功率合成利用传输线原理来达到功率分配和合成的目的，它的带宽很宽。但高频功率合成电路电路复杂难调、效率不是太高，我们不采用此电路。 c upc1651功率放大： 1651用在高频放大，可用在几百兆，对与此设计可以说足够实现，线路简单效率高具体参数如下：内部结构图： 5 显示方案的选择与论证方案一：采用传统的8位数码管（LED）动态扫描显示传输

7、的数据信息。方案二：采用16位字符型液晶（LCD）显示各种相关数据和信息，充分利用4行液晶显示的大容量特性。 以上两种方案中，方案一软件驱动简单，硬件电路调试方便，但显示信息量少，功耗较大；而方案二采用的16位字符型液晶（LCD）显示属于低功耗器件，使得系统更具智能化、人性化。经过比较选用方案二。 二 模块实现1、 高稳定载波产生a NE564相关参数介绍1、在本设计中，所使用的锁相环为NE564（国产型号为L564）是一种工作频率可高达50MHz 的超高频集成锁相环。其内部框图和脚管定义如图。 图1其内部电原理图如图: 图21）在图1（a）中，A1（LIMITER）为限幅放大器，它主要由原理

8、图中的Q1Q5及Q8，Q7 组成。Q1Q5 组成PNP，NPN 互补的共集共射组合差分放大器，由于Q2，Q3 负载并联有肖特基二极管D1，D2，故其双端输出电压被限幅在2VD=0.30.4v左右。因此可有效消除FM 信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。Q7，Q8 为射极输出差放，以作缓冲，其输出信号送鉴相器。(a)NE564 内部框图(b)NE564 管脚分布图2）鉴相PD（PHASE COMPARATOR）采用普通双差分模拟相乘器，由压控振荡器反馈过来的信号从外部由端输入。另外由端去改变双差分电路的偏置电流，控制鉴相器增益，从而实现环路增益控制。3）压控振荡器VCONE564 的压控振荡器是一

9、改进型的射极定时多谐振荡器。主电路由Q21，Q22与Q23，Q24 组成。其中Q22，Q23 两射极通过，端外接定时电容Ct，Q21，Q24 两射极分别经电阻R22，R23 接电源Q27，Q25。Q26 也为电流源。Q17，Q18为控制信号输入缓冲级。接通电源，Q21，Q22 与Q23，Q24 双双轮流导通与截止，电容Ct 周期地充电与放电，于是Q22，Q23 集成极输出极性相反的方形脉冲。根据特定设计，固有振荡频率为其中 R20=100f0 为VCO 振荡频率图2 锁相环内部电原理图4）输出放大器A2（AMPLIFIER）与直流恢复电路A2 与直流恢复电路是专为解调FM 信号与FSK 信号而

10、设计的。输出放大器A2由Q37，Q38，Q39 组成，显然这是一恒流源差分放大电路，来自鉴相器的误差电压由，端输入，经缓冲后，双端送入A2 放大。直流恢复电路由Q42，Q43，Q44等组成，电流源Q40 作Q43 的有源负载。若环路的输入为FSK 信号即频率在f1 与f2 之间周期性跳变的信号，则鉴相器的输出电压A2 放大后分两路，一路直接送施密特触发器的输入，另一路送直流恢复电路Q42 基极，由于Q43 集电极通过端外接一滤波电容，故直流恢复电路的输出电压就是一个平均值直流。这个直流电压VREF 再送施密特触发器另一输入端就作为基准电压。若环路的输入为FM 信号，那么在锁定状态，端的电压就是

11、FM 解调信号。605）施密特触发器（POST DETECTION PROCESSOR）施密特触发器是专为解调FSK信号而设计的，其作用就是将模拟信号转换成TTL数字信号。直流恢复输出的直流电压基准VREF（经R26 到Q49 基极）与被A2 放大了的误差电压Vdm 分别送入Q49 和Q50 的基极，Vdm 与VREF 进行比较，当VdmVREF时，则Q50 导通，Q49 截止，从而迫使Q54 截止，Q55 导通，于是端输出低电平。当VdmVREF 时，Q49 导通Q50 截止，从而迫使Q54 导通Q55 截止，端输出高电平。通过端改变Q52 的电流大小，可改变触发器上下翻转电平，上限电平与下

12、限电平之差也称为滞后电压VH。调节VH 可消除因载波泄漏而造成的误触发而出现的FSK 解调输出，特别是在数据传输速率比较高的场合，并且此时端滤波电容不能太大。NE564 的主要参数如下：NE564 的最高工作频率为50MHz，最大锁定范围达12%f0，输入阻抗大于50k，电源工作电压512V，典型工作电压为5V，典型工作电流为60mA，最大允许功耗为40mV；在频偏为10%，中心频率为5MHZ 时，解调输出电压可达140mVp-p。输入信号为有效值大于或等于200mVRms。2、NE564 基本应用电路如图3其中IC71 及其外围器件组成FM 锁相解调电路，在锁相解调电路中，信号从第6 脚经交

13、流耦合输入，2 脚作为压控振荡器增益控制端，12 脚和13 脚外接定时电容，通过组合使分别振荡在5MHz 和20.945MHz 上，从14 脚输出调制信号NE564 的12 脚和13 脚跨接定时电容C，C 的由下列算式确定。则当 f0 =1MHz 时 C625pFf0 =2MHz 时 C312pFf0 =4MHz 时 C156pFf0 =5MHz 时 C125pFf0 =8MHz 时 C78pFf0 =16MHz 时 C39pFf0 =20.945MHz 时 C29pFf0 =32MHz 时 C20pF在实际电路中，由于分布电容的存在应比计算值偏小。_b 本系统具体应用2、 采集数据实现数据采

14、集利用键盘采集，通过单片机89S52编码之后传输；键盘采集数据采用一次按键技术，让按键按下的一次只产生一次动作；并且这次动作是在按键弹起的是候产生，防止按键的误动作。3、 数据编码实现 从键盘采集数据，经单片机处理，给数据加上数据地址和校验位，降低收发数据误码，提高数据准确度。 4、 FSK调制设计NE564调制电路及频率调节5带通滤波器为了接受扩展至37-48MHZ，同时由于上下截止频率之比为48MHZ/37MHZ=1.30，因此必须在输入端设计一个带通滤波器，这个滤波器性能的好坏将影响接收信号，为了有效地减少频谱混叠失真和提高信噪比，本带通滤波器采用切比雪夫滤波器。该滤波器的特点是：其逼近

15、误差峰值在一个规定的频段上为最小，而且是等波纹的，即误差在极大值和极小值之间摆动。在设计过程中，滤波器各元件值都采取归一化值除以MHZ为单位的截止频率（边界频率）fc的值。设计时，我们确定了低通滤波器的谐波频率衰减值以及高通滤波器的次谐波频率衰减值，同时还确定了该滤波器的最大容许通频带波纹值和驻波比（SWR）。在计算电容值很接近电容器的标准化值时，我们选用标准化值的电容器。当计算值与标准化值相差较大时，我们用固定值的云母银电容器和云母压缩微调电容器并联使用。具体电路图如下图（2）所示：5、 接受处理数据89S52处理 单片机89S52从FSK解调端接收到发射端经编码的数据后，利用软件将数据头地

16、址和校验位去掉，得到原数据6、 LCD显示界面a界面1 样机1：数据显示区文字滚动区b界面2样机2：数据显示区文字滚动区7 电源设计模块电池供电DCDC变化，用MC34063软件设计电源，在电池供电同时改变电压以给各个模块供电，解决交流高电压供电整流过程对信号的干扰。提高系统稳定度。三 软件设计1、接收和发射软件设计否是2、整体设计方框图a 发射机1设计发射 高频放大FSK数据调制98S52编码及串口数据输出4*4键盘 发射高频放大FSK数据调制98S52编码及串口数据输出4*4键盘 b发射机2设计 C接收机设计89S52接到数据后处理LCD显示发送样机和所发送的数据FSK解调数据输出小信号放

17、大接收信号四 系统调试1、 主要调试过程aFSK调制解调调试 用信号源给NE564数据，NE564调制数据发射。接收端接收并解调出数据观测数据记录并计算错码率。记录数据如下|：发送数据（/S）1002005001K2K10K50K100K500K接受数据（/S）1002005001K2K10K50K100K500K误码数000000001b LCD显示调试 主要解决显示乱码问题：显示的时候一般有乱码；解决的办法是加延时和查忙标志位c、测试仪器测试仪器包括TDS1002双通道示波器，EET1461型DDS合成信号发生器、SG1640B函数信号发生器，WYK-302B2直流稳压源。以及软件硬仿时的

18、仿真器Keil uVision2，自制编程器AT89S52。五 系统测试结果实际测试结果与题目要求对比项目题目要求实际完成情况发挥说明1载频稳定度高于10-6已完成2发送距离：不小于10米（发送功率不大于10mW时） 优于题目要求3发送模块数：大于等于2以完成4数据传输率：每个发送模块不小于1kbps优于题目要求5误码率：不大于10-7以完成6从站使用干电池供电，主站不做要求优于题目要求7增加发送模块数以完成8增加发送距离（不增加发送功率的前提下）以完成9降低发送端功耗，以适应电池供电以完成发挥部分介绍1、 从主站都 采用电池供电。2、 数据传输率高。六前景展望 在现今时代已经进入数字时代，数

19、字传输的数据抗干扰能力强、准确率高；可以用来传输各种信号，如果进一步改进加上编码译吗芯片完全可以用来传递文字信号、视频信号、声音信号。七 总结在这次比赛中充分展示了团对精神，也进一步锻炼了自己，同时也学到了许多知识。总感觉时间紧张，如果时间再长我们相信自己的作品会更加完美。在此也感谢学校领导及组织这次比赛的各位老师给了我们锻炼的机会，丰富我们大学生活，开拓了知识视野，增强了我们动手动脑的能力，激发了们对科学知识探索的兴趣。备注：参考资料：1、高频电路设计与制作科学出版社 日 铃木宪次2、LC滤波器设计与制作科学出版社 日 森 荣二3、新编电子电路大全通用模拟电路 中国计量出版社 中国计量出版社

20、组编4、新编电子电路大全通信电路 中国计量出版社 中国计量出版社组编5、实用遥控电路 人民邮电出版社 肖景和 赵健6、高频电子线路 哈尔滨工程大学出版社 阳昌汉7、全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2003年） 北京理工大学出版社 全国大学生电子设计竞赛组委会编8、电子线路设计实验测试（第二版） 谢自美 主编9、单片机的C语言应用程序设计（第三版） 马忠梅 籍顺心 张凯 马岩 编著10、高频电路原理与分析（第三版） 曾兴雯 刘乃安 陈健 编著11、单片机在控制系统中的应用 余永权 汪明慧 黄英 编著12、数字通信、音像集成电路手册 冯熙昌 编2、部分程序附载/ kbscan(void) 键扫

21、描函数uchar kbscan(void)uchar sccode,recode;P1=0xf0;/*发全0行扫描码，列线输入*/if(P1&0xf0)!=0xf0)/*若有键按下*/delays(); /*延时去抖动*/if(P1&0xf0)!=0xf0)old=0x01;sccode=0xfe;/*逐行扫描初值*/while(sccode&0x10)!=0)P1=sccode;/*输出行扫描码*/if(P1&0xf0)!=0xf0) /*本行有键按下*/recode=(P1&0xf0)|0x0f;/*发全0行扫描码，列线输入*/doP1=0xf0;delays(); led=0;while(P1&0xf0)!=0xf0);led=1; /等待弹起return(sccode)+(recode); /*返回特征字节码*/else sccode=(sccode1)|0x01;/*行扫描码左移一位*/return(0);