電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--模擬單工通信系統(tǒng)

1、<p>　　國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心</p><p><b>　　電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 模擬單工通信系統(tǒng)</p><p>　　2013 年 7 月 16 日</p

2、><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求1</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案及論證2</p><p>　　2.1 任務(wù)分析2</p><p>　　2.2 方案比較2</p><p>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9<

3、;/p><p>　　2.4 具體電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3 制作及調(diào)試過程13</p><p>　　3.1 制作與調(diào)試流程13</p><p>　　3.1 制作與調(diào)試流程19</p><p>　　3.2 遇到的問題與解決方法19</p><p>　　4 系統(tǒng)測試19

4、</p><p>　　4.1 測試方法19</p><p>　　5 系統(tǒng)使用說明20</p><p>　　5.1 系統(tǒng)外觀20</p><p><b>　　6 總結(jié)20</b></p><p>　　6.1 本人所做工作20</p><p>　　6.2

5、收獲與體會20</p><p>　　6.3 對本課程的意見與建議21</p><p>　　7 參考文獻(xiàn)21</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作一個如圖1所示的模擬單工通信系統(tǒng)，實(shí)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。</p><

6、;p><b>　　基本部分</b></p><p>　　（1） 系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、模擬信道和接收機(jī)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(jì)報(bào)告中的“任務(wù)分析”部分給出測試過程及結(jié)果。</p><p>　　（2） 在發(fā)射機(jī)中設(shè)置一個3.5m

7、m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(jì)算機(jī)等作為音源），由發(fā)射機(jī)對其進(jìn)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。</p><p>　?。?） 接收機(jī)應(yīng)能夠?qū)邮盏降男盘栠M(jìn)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(yáng)聲器輸出，聲音應(yīng)清晰響亮，無明顯失真。</p><p><b>　　發(fā)

8、揮部分</b></p><p>　?。?） 增加遙控信號傳輸功能，可在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)各設(shè)置一個開關(guān)來切換當(dāng)前通信模式為話音通信或遙控通信。在發(fā)射機(jī)中設(shè)置編號為1～4的4個數(shù)字按鍵，在接收機(jī)中相應(yīng)設(shè)置4個LED，當(dāng)按下發(fā)射機(jī)上任一數(shù)字按鍵時，接收機(jī)中相應(yīng)的LED應(yīng)能夠被點(diǎn)亮。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上各設(shè)置一個“話音”指示燈和一個“遙控”指示燈，當(dāng)切換到“話音”或“遙控”通信時，兩端相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮。</p

9、><p>　?。?） 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影響、實(shí)現(xiàn)雙聲道立體聲音頻信號傳輸?shù)取?lt;/p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案及論證</p><p><b>　　2.1 任務(wù)分析</b></p><p>　　系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、模擬信道和接收機(jī)三部分組成，其中

10、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(jì)報(bào)告中的“任務(wù)分析”部分給出測試過程及結(jié)果。在發(fā)射機(jī)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(jì)算機(jī)等作為音源），由發(fā)射機(jī)對其進(jìn)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(jī)應(yīng)能夠?qū)邮盏降?/p>

11、信號進(jìn)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(yáng)聲器輸出，聲音應(yīng)清晰響亮，無明顯失真。</p><p>　　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。</p><p>　　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(shí)現(xiàn)通信，需要將話音/遙控信號調(diào)制為頻率處于通頻

12、帶中的已制信號，再在出信道后用對應(yīng)的解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，加功放彌補(bǔ)信道衰減，從而實(shí)現(xiàn)話音信號和遙控信號在該模擬信道中的單向通信。 </p><p><b>　　2.2 方案比較</b></p><p>　　幅度調(diào)制方案：其中發(fā)射機(jī)如圖2-1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)框圖所示，接收機(jī)如圖2-2 調(diào)幅接收機(jī)框圖所示。</p><p>　　圖2-1 調(diào)幅發(fā)射機(jī)框圖

13、</p><p>　　圖2-2 調(diào)幅接收機(jī)框圖</p><p>　　2、頻率調(diào)制方案：其中發(fā)射機(jī)如圖2-3 調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖所示，接收機(jī)如圖2-4 調(diào)頻接收機(jī)框圖所示。</p><p>　　圖2-3 調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖</p><p>　　圖2-4 調(diào)頻接收機(jī)框圖</p><p><b>　　文氏振蕩器方案一：&l

14、t;/b></p><p><b>　　文氏振蕩器方案二：</b></p><p><b>　　文氏振蕩器方案三：</b></p><p><b>　　三極管功放方案一：</b></p><p><b>　　三極管功放方案二：</b></p&g

15、t;<p><b>　　功率放大器方案一：</b></p><p><b>　　功率放大器方案二：</b></p><p><b>　　乘法器方案一：</b></p><p><b>　　乘法器方案二：</b></p><p><b&g

16、t;　　檢波器方案一：</b></p><p><b>　　檢波器方案二：</b></p><p>　　2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　選用幅度調(diào)制方案：</b></p><p><b>　　1、發(fā)射機(jī)部分：</b></p><

17、;p>　　話音信號和遙控信號切換進(jìn)入乘法器，用文氏振蕩器產(chǎn)生約200kHz的載波對信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)過功率放大器后進(jìn)入信道，如圖2-5 調(diào)幅發(fā)射機(jī)方案圖所示。</p><p>　　圖2-5 調(diào)幅發(fā)射機(jī)方案圖所示</p><p><b>　　2、接收機(jī)部分：</b></p><p>　　信號從信道出來，經(jīng)過二極管檢波器進(jìn)行解調(diào)，之后經(jīng)

18、過功率放大器進(jìn)行放大，放大后的信號分路給揚(yáng)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(jī)方案圖所示。</p><p>　　圖2-6 調(diào)幅接收機(jī)方案圖</p><p>　　2.4 具體電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　文氏振蕩器：</b></p><p>　　功率放大器：（LM386用proteus單獨(dú)仿

19、真）</p><p><b>　　乘法器：</b></p><p><b>　　檢波器：</b></p><p>　　3 制作及調(diào)試過程</p><p>　　3.1 制作與調(diào)試流程</p><p><b>　　乘法器：</b></p>

20、<p>　　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。</p><p>　　圖2-10 乘法器連接圖</p><p>　　圖2-11 乘法器仿真波形圖</p><p>　　用了一個電位器去給-1

21、5V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。</p><p><b>　　文氏振蕩器：</b></p><p>　　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。</p><p>　　根據(jù)信道參數(shù)，振蕩器的輸出頻率

22、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。</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　圖2-8 文氏振蕩器圖</p><p>　　圖2-9 振蕩器仿真波形圖</p><p

23、><b>　　包絡(luò)檢波器：</b></p><p>　　在二極管包絡(luò)檢波電路中，截頻需略大于3.4kHz，根據(jù)式 2-2可以計(jì)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。</p><p><b>　?。ㄊ?2-2）</b></p><p&

24、gt;　　用式 2-2計(jì)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(shí)物做出來再根據(jù)影響大小考慮要不要再加一個濾波器。</p><p>　　圖2-12 包絡(luò)檢波連接圖</p><p>　　圖2-13 包絡(luò)檢波仿真波形圖</p><p>　　實(shí)際焊接中用電位器與固定電容并聯(lián)，調(diào)

25、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(xì)。</p><p><b>　　低通濾波：</b></p><p>　　調(diào)節(jié)電位器后使解調(diào)后的信號高頻成分少。</p><p><b>　　功率放大器：</b></p><p>　　通過所設(shè)電位器以分壓方式調(diào)節(jié)運(yùn)放輸入電壓，改變輸出電壓

26、，起到調(diào)節(jié)增益的作用。應(yīng)在實(shí)物完成后根據(jù)解調(diào)出的方波幅度進(jìn)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。</p><p>　　圖2-16 功率放大器連接圖</p><p>　　圖2-17 功率放大器仿真波形圖</p><p><b>　　編碼解碼:</b></p><

27、;p>　　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(jìn)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(jìn)行比較。</p><p>　　PT2262 內(nèi)置振蕩回路,通過在O

28、SC1 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。</p><p>　　根據(jù)振蕩頻率計(jì)算表達(dá)式如式2-3，計(jì)算出PT2262振蕩電阻選為1.2M歐，PT2272振蕩電阻選為200K歐。</p><p><b>　　（式2-3）</b></p>

29、<p>　　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。</p><p>　　圖2-18 編碼器連接圖</p><p>　　圖2-19 解碼器連接圖</p><p>　　3.1 制作與調(diào)試流程</p><p>　　首先按照電路圖將各單元在面包板上進(jìn)行連接，并且使用信號發(fā)生器與示波器進(jìn)行

30、測試，當(dāng)測試成功之后再將各個單元焊到電路板上。具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(jī)功率放大器、接收機(jī)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(yáng)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(jìn)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(jìn)行調(diào)試。然后再將

31、數(shù)字部分通過信道傳輸，發(fā)現(xiàn)衰減十分嚴(yán)重，于是將數(shù)字部分的編碼器輸出接入乘法器進(jìn)行調(diào)制，利用開關(guān)進(jìn)行控制。之后對乘法器的偏置與接收機(jī)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，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(diǎn)，能夠同時將數(shù)字部分與模擬部分解調(diào)出來。</p><p>　　3.2 遇到的問題與解決方法</p><p&g

32、t;　　數(shù)字部分電路電源為正負(fù)3V，而電源選用為正負(fù)15V直流穩(wěn)壓電源，所以采用電位器分壓。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

33、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。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)測試</b></p><p><b>　　4.1 測試方法</b></p><p><b>　　信道的調(diào)試：</b></p><p>　　將信號發(fā)生器接至信道

34、左端輸入，輸入接紅線，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(jì)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。</p><p><b>　　文氏振蕩器的調(diào)試：

35、</b></p><p>　　文氏振蕩器是產(chǎn)生載波的模塊。將發(fā)射機(jī)的電源及地線分別接好，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。</p><p><b>　　乘法器的調(diào)試：</b></p><p>　　乘

36、法器是調(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(jī)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。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)使用說明</b></p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)外觀</b></p><p>

37、;<b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　6.1 本人所做工作</p><p>　　由于一個人一組，所以我做了所有工作。</p><p>　　6.2 收獲與體會</p><p>　　由于這是本科階段最后一次電工實(shí)驗(yàn)了，我決定好好抓住這次機(jī)會，鍛煉自己的能力，于是我決定不與同學(xué)組隊(duì)了，要自己獨(dú)立完成這次課程

38、設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　剛開始拿到設(shè)計(jì)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(jì)，我把這次設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)分了很多小塊，比如設(shè)計(jì)一個正弦波發(fā)生器，設(shè)計(jì)一個功率放大器，設(shè)計(jì)一個乘法器，設(shè)計(jì)一個包絡(luò)檢波器，設(shè)計(jì)一個低通濾波器等等。然后我再按細(xì)分下來的任務(wù)，一點(diǎn)一點(diǎn)去完成。</p><p>　　最先做的就是仿

39、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(shí)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。</p><p>　　設(shè)計(jì)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(tuán)，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(dāng)你問他們你所想要的東西時，

40、他們會騙你說有賣，但是得去倉庫拿，其實(shí)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(biāo)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。</p><p>　　買好材料后就是進(jìn)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

41、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(shí)只要你仔細(xì)把三聯(lián)版的特點(diǎn)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)板的內(nèi)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(jìn)行焊接。</p><p>　　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，

42、接好電路后再慢慢調(diào)高電源電壓值。然后實(shí)驗(yàn)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(shí)值不對應(yīng)，讀值很不準(zhǔn)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。</p>

43、;<p>　　歷時大半個月的焊接調(diào)試后，在我聽到揚(yáng)聲器里傳來清晰的聲音時，內(nèi)心的成就感頓時油然而生，特別開心，這是我第一次獨(dú)自一人完成這么浩大的工程并且成功的實(shí)現(xiàn)了功能，相信這將是我這一生中的難忘經(jīng)歷。</p><p>　　6.3 對本課程的意見與建議</p><p>　　希望學(xué)校能組織團(tuán)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。&

44、lt;/p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　（列出在本設(shè)計(jì)中參考的有關(guān)文獻(xiàn)，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:出版社(或期刊)名,出版年份(或期刊卷期次)：頁碼”（中譯本應(yīng)在書名后加譯者名）的次序排列。）</p><p><b>　　示例：</b&

45、gt;</p><p>　　[1] 侯建軍.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）.北京：高等教育出版社，2007</p><p>　　[2] 付兵.基于Word文檔的電子作業(yè)防拷貝研究.荊州：長江大學(xué)學(xué)報(bào)<自然版>理工卷，2007（4）.1:69-70</p><p>　　[3] 放大器的噪聲來源.與非網(wǎng). </p><p>　　[4]