電子系統(tǒng)課程設計--模擬單工通信系統(tǒng)

1、<p>　　國家電工電子實驗教學中心</p><p><b>　　電子系統(tǒng)課程設計</b></p><p><b>　　設 計 報 告</b></p><p>　　設計題目： 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 設計任務要求1</p><p>　　2 設計方案及論證2</p><p>　　2.1 任務分析2</p><p>　　2.2 方案比較2</p><p>　　2.3 系統(tǒng)結構設計9<

3、;/p><p>　　2.4 具體電路設計10</p><p>　　3 制作及調試過程13</p><p>　　3.1 制作與調試流程13</p><p>　　3.1 制作與調試流程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21</p><p><b>　　1 設計任務要求</b></p><p>　　設計并制作一個如圖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。</p><

6、;p><b>　　基本部分</b></p><p>　?。?） 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，該網(wǎng)絡的頻率特性曲線、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，并在設計報告中的“任務分析”部分給出測試過程及結果。</p><p>　?。?） 在發(fā)射機中設置一個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、計算機等作為音源），由發(fā)射機對其進行調制、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-峰值應不小于1Vp-p。</p><p>　?。?） 接收機應能夠對接收到的信號進行放大、解調，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)射機和接收機各設置一個開關來切換當前通信模式為話音通信或遙控通信。在發(fā)射機中設置編號為1～4的4個數(shù)字按鍵，在接收機中相應設置4個LED，當按下發(fā)射機上任一數(shù)字按鍵時，接收機中相應的LED應能夠被點亮。在發(fā)射機和接收機上各設置一個“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，兩端相應指示燈點亮。</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、實現(xiàn)雙聲道立體聲音頻信號傳輸?shù)取?lt;/p><p>　　2 設計方案及論證</p><p><b>　　2.1 任務分析</b></p><p>　　系統(tǒng)由發(fā)射機、模擬信道和接收機三部分組成，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，該網(wǎng)絡的頻率特性曲線、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，并在設計報告中的“任務分析”部分給出測試過程及結果。在發(fā)射機中設置一個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-峰值應不小于1Vp-p。接收機應能夠對接收到的

11、信號進行放大、解調，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。要該通過信道實現(xiàn)通信，需要將話音/遙控信號調制為頻率處于通頻

12、帶中的已制信號，再在出信道后用對應的解調方式進行解調，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。 </p><p><b>　　2.2 方案比較</b></p><p>　　幅度調制方案：其中發(fā)射機如圖2-1 調幅發(fā)射機框圖所示，接收機如圖2-2 調幅接收機框圖所示。</p><p>　　圖2-1 調幅發(fā)射機框圖

13、</p><p>　　圖2-2 調幅接收機框圖</p><p>　　2、頻率調制方案：其中發(fā)射機如圖2-3 調頻發(fā)射機框圖所示，接收機如圖2-4 調頻接收機框圖所示。</p><p>　　圖2-3 調頻發(fā)射機框圖</p><p>　　圖2-4 調頻接收機框圖</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)結構設計</p><p><b>　　選用幅度調制方案：</b></p><p><b>　　1、發(fā)射機部分：</b></p><

17、;p>　　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制，調制信號經(jīng)過功率放大器后進入信道，如圖2-5 調幅發(fā)射機方案圖所示。</p><p>　　圖2-5 調幅發(fā)射機方案圖所示</p><p><b>　　2、接收機部分：</b></p><p>　　信號從信道出來，經(jīng)過二極管檢波器進行解調，之后經(jīng)

18、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 調幅接收機方案圖所示。</p><p>　　圖2-6 調幅接收機方案圖</p><p>　　2.4 具體電路設計</p><p><b>　　文氏振蕩器：</b></p><p>　　功率放大器：（LM386用proteus單獨仿

19、真）</p><p><b>　　乘法器：</b></p><p><b>　　檢波器：</b></p><p>　　3 制作及調試過程</p><p>　　3.1 制作與調試流程</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試，在633的X2管腳加了一個抬升調制波包絡的電位器，將-15V分壓給X2管腳，調節(jié)包絡厚度，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，調節(jié)電位器，使包絡沒有產(chǎn)生過調幅為止。</p><p><b>　　文氏振蕩器：</b></p><p>　　先調節(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>　　包絡檢波器：</b></p><p>　　在二極管包絡檢波電路中，截頻需略大于3.4kHz，根據(jù)式 2-2可以計算出RC>4.7X10^(-5)。得到的電路圖如圖2-12 包絡檢波連接圖所示，波形如圖2-13 包絡檢波仿真波形圖所示。</p><p><b>　?。ㄊ?2-2）</b></p><p&

24、gt;　　用式 2-2計算出了電容電阻大小后，解調總是會有失真和噪聲。最后我把電阻替換成了電位器，一邊調一邊看仿真波形，發(fā)現(xiàn)可以解調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。</p><p>　　圖2-12 包絡檢波連接圖</p><p>　　圖2-13 包絡檢波仿真波形圖</p><p>　　實際焊接中用電位器與固定電容并聯(lián)，調

25、節(jié)電位器使1/2piRC大概為信號發(fā)生器輸出頻率，解調后波形較細。</p><p><b>　　低通濾波：</b></p><p>　　調節(jié)電位器后使解調后的信號高頻成分少。</p><p><b>　　功率放大器：</b></p><p>　　通過所設電位器以分壓方式調節(jié)運放輸入電壓，改變輸出電壓

26、，起到調節(jié)增益的作用。應在實物完成后根據(jù)解調出的方波幅度進行調節(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置地址輸入端進行比較。</p><p>　　PT2262 內置振蕩回路,通過在O

28、SC1 和OSC2 端外接一個電阻可構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。</p><p><b>　?。ㄊ?-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 制作與調試流程</p><p>　　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

30、測試，當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、開關和發(fā)光二級管。在調試文氏振蕩器的時候，我們將載波頻率調制信號的中心頻率210kHz上。在各個部分都調試成功之后，先將模擬部分與信道連通并進行調試。然后將數(shù)字部分不通過調制與信道直接接通進行調試。然后再將

31、數(shù)字部分通過信道傳輸，發(fā)現(xiàn)衰減十分嚴重，于是將數(shù)字部分的編碼器輸出接入乘法器進行調制，利用開關進行控制。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的好的時候數(shù)字部分的解調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。</p><p>　　乘法器輸出太大，調小峰峰值又會改變頻率，這里也采用電位器分壓。</p><p>　　解調后的信號較粗，高頻成分多，隨后在解調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)同學提醒原來是在調試時不能接好電源

33、后開啟，應該先開啟電源，調至0V，再接入電路，然后調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。將頻率調大，使示波器振幅為Vppmax的一半，記錄此時頻率fup。再將頻率調小，是為Vppmax的一半，記錄此時頻率fdown。則帶寬B為fup-fdown。</p><p><b>　　文氏振蕩器的調試：

35、</b></p><p>　　文氏振蕩器是產(chǎn)生載波的模塊。將發(fā)射機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。調節(jié)兩個電位器共同調整振蕩器的頻率與幅度，將頻率調制信道的中心頻率附近。再調節(jié)分壓電位器使輸出在3到4V左右。</p><p><b>　　乘法器的調試：</b></p><p>　　乘

36、法器是調幅模塊。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，乘法器調試連接圖所示。旋轉電位器，調節(jié)乘法器的偏置電壓，使包絡沒有過調幅。</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</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組隊了，要自己獨立完成這次課程

38、設計的任務。</p><p>　　剛開始拿到設計題目后，并沒有明確的思路，于是我去網(wǎng)上查找了許多有關的資料，再結合老師給的參考元件，慢慢整理了一些頭緒出來。我了更好了完成設計，我把這次設計任務細分了很多小塊，比如設計一個正弦波發(fā)生器，設計一個功率放大器，設計一個乘法器，設計一個包絡檢波器，設計一個低通濾波器等等。然后我再按細分下來的任務，一點一點去完成。</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果往往和實際結果有著很大的差別，所以有部分電阻在按仿真結果焊接時最好用電位器代替。</p><p>　　設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，

40、他們會騙你說有賣，但是得去倉庫拿，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。</p><p>　　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，有些同學覺得三聯(lián)板比較麻煩，線路比

41、較復雜，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)板的內置銅線能讓你省很多導線和焊錫，并且接地接電源都很方便，因此我推薦使用三聯(lián)版來進行焊接。</p><p>　　焊接好電路后就是調試了。調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0V接入電路，

42、接好電路后再慢慢調高電源電壓值。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，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，而在調節(jié)包絡避免過調幅時建議使用數(shù)格子讀數(shù)的示波器。</p>

43、;<p>　　歷時大半個月的焊接調試后，在我聽到揚聲器里傳來清晰的聲音時，內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。</p><p>　　6.3 對本課程的意見與建議</p><p>　　希望學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。&

44、lt;/p><p><b>　　7 參考文獻</b></p><p>　　（列出在本設計中參考的有關文獻，包括書籍、論文、網(wǎng)上信息等。書寫格式應符合以下規(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)字電子技術基礎（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：長江大學學報<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]