




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)
文檔簡介
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: 摩斯電碼通信系統(tǒng)學(xué) 院:電子信息工程學(xué)院專 業(yè): 通信工程學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 任課教師: 張宇威 2015 年 4 月 26 日目 錄1 設(shè)計任務(wù)要求11.1 具體要求12 設(shè)計方案及論證22.1 任務(wù)分析22.2 方案比較32.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計52.4 具體電路設(shè)計83 制作及調(diào)試過程113.1 制作與調(diào)試流程113.2 遇到的問題與解決方法134 系統(tǒng)測試144.1 測試方法144.2 測試數(shù)據(jù)164.3 數(shù)據(jù)分析和結(jié)論185 系統(tǒng)使用說明195.1 系統(tǒng)外觀及接口說明195
2、.2 系統(tǒng)操作使用說明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21附錄一:發(fā)報機完整電路22附錄二:收報機完整電路231 設(shè)計任務(wù)要求本課題要求設(shè)計并制作一套如圖1所示的摩斯電碼通信系統(tǒng)。系統(tǒng)由發(fā)報機和收報機兩部分構(gòu)成。發(fā)報機可以以人工或自動方式將數(shù)字報文轉(zhuǎn)換為摩斯電碼,并通過揚聲器以聲音信號的形式發(fā)送出去;收報機在接收到發(fā)報機發(fā)出的聲音電碼信號后,將其轉(zhuǎn)換為指示燈發(fā)光信號,并能自動翻譯為原始數(shù)字報文通過數(shù)碼管或液晶顯示器顯示。1.1 具體要求 1. 基本部分(1)發(fā)報機具有人工發(fā)報功能。但按下發(fā)報機上的“發(fā)報電鍵”時,發(fā)報機能
3、通過揚聲器發(fā)出特定的聲音信號,同時“發(fā)報指示燈”點亮;抬起“發(fā)報電鍵”后,揚聲器停止發(fā)聲,同時“發(fā)報指示燈”熄滅。發(fā)報機所發(fā)聲音信號為頻率為1kHz(偏差不超過±10Hz),且無明顯失真的單頻正弦波。(2)收報機在接收到發(fā)報機發(fā)出的1kHz聲音時,“收報指示燈”點亮,無1kHz聲音信號時,“收報指示燈”熄滅。收報機應(yīng)僅對頻率為1kHz的聲音信號敏感,其他頻率的聲音信號無效,有效信號頻率范圍不超過1kHz±80Hz。(3)發(fā)報機與收報機之間的有效通信距離不小于30cm。(4) 發(fā)報機與收報機均采用直流+5V單電源供電,發(fā)報機與收報機不得共用同一電源。2. 提高部分(1)發(fā)報機
4、具有自動編碼功能。但按下發(fā)報機上的任意一個“數(shù)字發(fā)報鍵”時,發(fā)報機可自動發(fā)送一組該數(shù)字所對應(yīng)的摩斯電碼。發(fā)報速度應(yīng)在100300毫秒/時間單位范圍內(nèi)。(2)收報機具有一位數(shù)字報文自動解碼顯示功能。當(dāng)收報機接收到發(fā)報機以人工或自動方式發(fā)送的一位數(shù)字摩斯電碼后,可自動將其翻譯為原始數(shù)字報文,并在數(shù)碼管上顯示。(3)發(fā)報機具有ID一鍵發(fā)送功能。當(dāng)按下發(fā)報機上的“ID發(fā)送鍵”后,發(fā)報機自動連續(xù)發(fā)送一組由8位數(shù)字構(gòu)成的ID。(4)收報機具有連續(xù)數(shù)字報文自動解碼顯示功能。當(dāng)收報機接收到發(fā)報機以人工或自動方式連續(xù)發(fā)送的一串摩斯電碼時,可顯示發(fā)送的數(shù)字報文內(nèi)容。3. 擴展部分 在較好地完成基本部分和提高部分各
5、項要求的前提下,實現(xiàn)其他有意義的功能。如實現(xiàn)英文字符及符號通信功能、收報機發(fā)報速度自適應(yīng)功能。2 設(shè)計方案及論證2.1 任務(wù)分析該設(shè)計任務(wù)主要分為兩部分:第一部分是具有人工和自動發(fā)報功能的發(fā)報機,第二部分為具有收報指示和解讀功能的收報機。下面具體分析以上兩部分的具體設(shè)計思路:1. 發(fā)報機設(shè)計要求分析根據(jù)發(fā)報機設(shè)計任務(wù)要求,發(fā)報機的組成及各部分功能如下:(1)發(fā)報鍵(手動、自動發(fā)報鍵及ID發(fā)送鍵):發(fā)報鍵用于控制發(fā)報機聲音的發(fā)送;(2)發(fā)報指示燈:當(dāng)發(fā)報機有聲音信號發(fā)送時,發(fā)報指示燈應(yīng)點亮;(3)信號發(fā)生模塊:用于產(chǎn)生1kHz的正弦波;(4)聲音信號發(fā)送模塊:將正弦信號放大并通過揚聲器進行發(fā)送;
6、(5)編碼模塊:將自動發(fā)報鍵或ID發(fā)送鍵所對應(yīng)的數(shù)字編碼為對應(yīng)的摩斯電碼。通過以上分析可知,發(fā)報機的設(shè)計重點是1kHz正弦信號的生成和發(fā)送;以及自動發(fā)報的編碼功能。首先,對于1kHz正弦信號的產(chǎn)生,主要有以下幾種方法:第一,可以通過震蕩電路直接生成正弦波,如文氏電橋正弦波震蕩電路;第二,利用FPGA芯片及D/A轉(zhuǎn)換器,采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù),實現(xiàn)正弦信號的發(fā)生;第三,利用方波發(fā)生器和低通濾波器生成正弦信號,方波信號的傅里葉級數(shù)展開如式2-1: (式2-1)由此可見,方波信號的傅里葉級數(shù)展開只包含基波和奇次諧波分量。因此,可以利用低通或帶通濾波器濾除高頻的奇次諧波,得到基頻的正弦信號。對于正弦
7、聲音信號的發(fā)送,常用的方法是利用揚聲器發(fā)聲,而常見的小型揚聲器規(guī)格為8,0.5W。而上述幾種正弦波信號發(fā)生器的輸出功率遠不及此,因此,需要通過功率放大來實現(xiàn)音頻信號的輸出。對于發(fā)報機的自動編碼功能,則需要發(fā)報機能夠儲存預(yù)先編碼的摩斯電碼,并通過按鍵選擇相應(yīng)的編碼進行發(fā)送。因此,自動編碼模塊需要具有儲存單元和地址選擇單元。如使用地址線與組合的數(shù)字邏輯電路,地址選擇單元將按鍵與儲存單元相連接,來實現(xiàn)數(shù)字發(fā)報鍵和預(yù)先存儲的摩斯電碼對應(yīng)的功能;或者使用單片機,通過編程的方法實現(xiàn)以上功能。2. 收報機設(shè)計要求分析根據(jù)收報機設(shè)計任務(wù)要求,收報機的組成及各部分功能如下:(1)接收麥克風(fēng):用于接收由發(fā)報機發(fā)出
8、的1kHz聲音信號;(2)頻率選擇模塊:收報機僅對1kHz聲音信號敏感,而對其他頻率的信號不敏感;(3)收報指示燈:當(dāng)收報機接收到1kHz聲音信號時,接收指示燈點亮;(4)報文自動解碼顯示模塊:當(dāng)收報機接收到發(fā)報機以人工或自動方式連續(xù)發(fā)送的一串摩斯電碼時,可顯示發(fā)送的數(shù)字報文內(nèi)容。 根據(jù)對收報機設(shè)計要求的分析,收報機設(shè)計的重點為頻率選擇模塊和報文自動解碼模塊。 首先,收報機要對接收到的聲音信號具有頻率選擇性,即僅對1kHz的聲音信號敏感。根據(jù)所給參考資料,該功能的實現(xiàn)需要借助由LM567為核心所構(gòu)成的鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路。通過查閱LM567技術(shù)文檔,當(dāng)直流供電電源為+5V時,LM567的最小分辨
9、輸入電壓為20mVrms,而一般駐極體話筒的輸出電壓為10mV左右,不能達到LM567的最小分辨電壓,因此,駐極體話筒所采集到的音頻信號需要先經(jīng)過前置放大,才能輸入鎖相環(huán)。 當(dāng)輸入信號為1kHz時,LM567輸出為低電平,反之,為高電平。因此報文自動解碼顯示功能可以使用單片機和數(shù)碼管實現(xiàn),LM567輸出連接單片機I/O引腳,通過單片機編程監(jiān)測其輸入引腳電平變化,即可檢測到有報文輸入。然后,利用程序?qū)⑹艿降膱笪慕獯a翻譯,通過數(shù)碼管將解碼后的報文顯示出來。2.2 方案比較根據(jù)以上對任務(wù)要求的分析,已經(jīng)明確了幾種發(fā)報機和收報機實現(xiàn)的方法,因此提出以下兩種發(fā)報機的設(shè)計方案和一種收報機的設(shè)計方案:1.
10、發(fā)報機設(shè)計方案 由于要實現(xiàn)發(fā)報機的自動編碼功能,因此,發(fā)報機需要使用到數(shù)字邏輯電路??紤]到數(shù)字電路中僅有高低電平兩種狀態(tài),更容易產(chǎn)生方波;同時,利用震蕩電路直接生成正弦波有頻率穩(wěn)定度低(10-210-3)的缺點,因此,以下兩種設(shè)計方案均采用通過方波濾波生成正弦信號的方法。方案一: 利用組合數(shù)字邏輯電路,控制方波發(fā)生器與低通濾波器的通斷,然后經(jīng)功率放大后播放,實現(xiàn)手動或自動編碼的摩斯電碼輸出。方案原理圖如圖2-1。 首先,通過按鍵將對應(yīng)的數(shù)字預(yù)置給計數(shù)器,計數(shù)器生成相應(yīng)的地址選擇信號,傳送給,調(diào)取其中儲存的編碼信息,轉(zhuǎn)換為相應(yīng)時長的高低電平后輸出,并通過與門控制1kHz方波的輸出;輸出的方波經(jīng)過
11、低通濾波器轉(zhuǎn)換為正弦波,并通過功率放大電路后,有揚聲器發(fā)送。 該方案的優(yōu)點是:方波信號獨立生成,頻率穩(wěn)定性較高;缺點是:自動編碼模塊電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計難度較大,且調(diào)試不方便。圖2-1 發(fā)報機方案一原理圖方案二: 利用單片機與按鍵外設(shè),通過編程實現(xiàn)自動報文編碼和方波輸出,然后通過低通濾波器生成正弦波,經(jīng)功率放大后由揚聲器播放聲音信號。方案原理圖如圖2-2。圖2-2 發(fā)報機方案二原理圖 該方案中,編碼信息的存儲和調(diào)用、1kHz方波信號的生成均由單片機及其內(nèi)部程序完成。因此,該方案優(yōu)點是:集成度較高,電路構(gòu)成簡單,單片機部分僅需要最小系統(tǒng)與按鍵外設(shè)即可,系統(tǒng)調(diào)試靈活方便。缺點是:一,單片機負載能力較
12、差,與下級濾波電路連接時,需要考慮驅(qū)動問題;二,單片機輸出方波頻率受晶振頻率和軟件程序影響,頻率穩(wěn)定性較差。2. 收報機設(shè)計方案 根據(jù)對設(shè)計任務(wù)的分析,收報機設(shè)計方案原理圖如圖2-3所示,圖2-3 收報機原理圖 該方案中,麥克風(fēng)用于接收發(fā)報機發(fā)送的聲音信號,信號經(jīng)過前置放大器放大后,傳送至鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路,當(dāng)收到的聲音信號且頻率為1kHz時,鎖相環(huán)電路輸出電平由高變?yōu)榈停瑫r收報指示燈點亮,同時,該電平信號傳送給單片機I/O引腳,單片機利用定時器記錄每次到達的聲音信號的時長,并通過程序解碼翻譯出相對應(yīng)的報文,然后通過數(shù)碼管進行收報顯示。2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 發(fā)報機結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)上一節(jié)中所
13、給出的兩種發(fā)報機設(shè)計方案,經(jīng)過綜合考慮,方案二電路結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)試方便的特點使其更容易實現(xiàn),因此,選定方案二為最終方案。 下面根據(jù)發(fā)報機設(shè)計方案的原理圖(圖2-2),具體介紹發(fā)報機的各個模塊:(1) 單片機自動編碼模塊 該模塊由單片機最小系統(tǒng)和按鍵外設(shè)構(gòu)成,其中最重要的部分為自動編碼程序,程序設(shè)計流程圖如圖2-4所示:圖2-4 發(fā)報機自動編碼程序流程圖(2) 濾波電路設(shè)計 單片機可以通過程序控制,使其I/O引腳輸出1kHz方波信號,通過(式2-1)可知,方波信號的傅里葉級數(shù)展開只包含基波和奇次諧波分量。因此,要得到1kHz的正弦波信號,濾波器應(yīng)能保留1kHz基頻分量,并將三倍頻及以上頻率的分量濾
14、除。所以,濾波器類型應(yīng)為低通型濾波器,設(shè)計指標(biāo)為:通帶截頻>1kHz,阻帶截頻<3kHz,通帶增益1dB,阻帶衰減40dB。 根據(jù)以上設(shè)計指標(biāo),利用FilterPro Desktop軟件,設(shè)計了如圖2-5的Sallen Key結(jié)構(gòu)的四階切比雪夫型低通有源濾波器:圖2-5 低通濾波器原理圖 該濾波器理想頻率響應(yīng)如圖2-6圖2-6 低通濾波器頻率響應(yīng) 從頻率響應(yīng)曲線可以看出,其1kHz增益為-0.421dB,-3dB截頻為1.35kHz,3kHz衰減為-38.5dB,指標(biāo)符合設(shè)計要求。 其中值得注意的是,設(shè)計任務(wù)要求發(fā)報機為單電源供電,因此,選擇的運放應(yīng)支持單電源供電,如LM324。(
15、3) 功率放大電路設(shè)計 經(jīng)濾波器輸出的正弦信號功率較小,不足以推動規(guī)格為8,0.5W的揚聲器發(fā)出足夠大的聲音,因此需要進行功率放大。 功率放大電路常采用LM386芯片實現(xiàn),其具有自身功耗低,增益可調(diào),電源電壓范圍大,外界元件少很總諧波失真小等優(yōu)點。 LM386實現(xiàn)功率放大的原理是通過其內(nèi)部的差分放大電路和多級放大電路放大電流及電壓信號,其內(nèi)部會有直流偏執(zhí)來提供靜態(tài)工作點。因此,輸入LM386的信號中不應(yīng)含有直流偏執(zhí),以免造成輸出信號的失真。2. 收報機結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)收報機設(shè)計方案的原理圖(圖2-3),具體介紹收報機的各個模塊:(1) 麥克風(fēng)及前置放大電路 常用駐極體麥克風(fēng)在+5V單電源供電的條
16、件下,輸出電壓幅度主要與幾點因素有關(guān):一是聲音強度、二是麥克風(fēng)與音源的距離,(以上兩點均在信噪比較大的情況下成立),其輸出電壓峰峰值大于在5mV30mV之間變化。LM567的最小分辨輸入電壓為20mVrms,因此前置放大電路電壓增益范圍應(yīng)為100倍左右,效果較為理想。(2) 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路 鎖相環(huán)模塊最重要的組成部分是LM567,LM567為鎖相環(huán)音頻譯碼電路、即只有當(dāng)輸入信號的頻率和電路自身的振蕩頻率相一致時,電路輸出低電平,否則輸出高電平LM567為鎖相環(huán)音頻譯碼電路。它在電路中的功用是作選頻用,即只有當(dāng)輸入信號的頻率和電路自身的振蕩頻率相一致時,電路輸出低電平,否則輸出高電平。(3)
17、 收報解碼顯示模塊 該模塊功能主要利用單片機和數(shù)碼管實現(xiàn)。當(dāng)音頻解調(diào)電路確認接收到的聲音信號為1kHz時,LM567輸出為高電平,利用單片機的I/O引腳讀取該電平變化的信息,通過其內(nèi)部的計時器,即可計算出聲音信號的持續(xù)時間,從而實現(xiàn)解碼功能。 收報機解碼功能實現(xiàn)的程序框圖如圖2-7所示:圖2-7 解碼顯示功能程序框圖2.4 具體電路設(shè)計1. 發(fā)報機電路設(shè)計(1)單片機自動編碼模塊電路設(shè)計圖2-8 單片機自動編碼模塊電路 自動編碼模塊電路主要由單片機最小系統(tǒng)和按鍵外設(shè)構(gòu)成,電路圖左側(cè)09十個按鍵為自動編碼按鍵,分別對應(yīng)著數(shù)字09的電報編碼;右側(cè)LED1為“發(fā)報指示燈”,當(dāng)有報文發(fā)送時,該指示燈亮
18、起,否則熄滅;另外三個按鍵分別對應(yīng)著手動發(fā)報鍵,一鍵ID發(fā)送及數(shù)字/字幕切換按鍵。(2)低通濾波器電路設(shè)計圖2-9 低通濾波器電路 低通濾波器采用由LM324構(gòu)成的有源低通濾波器,并采用Sallen Key結(jié)構(gòu),階數(shù)為4,并采用單電源供電,具體參數(shù)由FilterPro Desktop軟件設(shè)計生成。(3)功率放大電路設(shè)計 功率放大電路采用LM386典型功率放大電路,1、8管腳懸空,使其增益為20倍。其中電源與地之間接有100nF電容,7管腳與地之間連接有一47nF電容,以減輕電源波動對功放電路的影響。 發(fā)報機完整電路見附錄1。圖2-10 功率放大電路2. 收報機電路設(shè)計(1)話筒及前置放大電路設(shè)
19、計圖2-11 話筒及前置放大電路 前置放大電路采用三極管共射極放大電路,采用型號為S9013的NPN型三極管,其具體參數(shù)為:,。靜態(tài)工作點 (式2-2) 集電極電流 (式2-3) 電壓增益 (式2-4)其中 (式2-5)根據(jù)以上理論計算,輸出電壓符合下級輸入電壓要求。(2)鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路設(shè)計圖2-12 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路 LM567的5、6腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f,即 (式2-6) 這里電阻的單位是k,電容的單位是uF,f的單位為kHz。根據(jù)式2-6,計算出在電容為0.1uF時5腳所需的電阻為9.09k左右。為避免由于元件誤差而帶來的鎖頻不準(zhǔn)確的問題,我們選擇了使
20、用了10k的電位器。(3)自動解碼顯示電路設(shè)計圖2-13 自動解碼顯示電路 自動解碼顯示電路有單片機最小系統(tǒng)和數(shù)碼管外設(shè)構(gòu)成,由LM567發(fā)送的電位信號傳送至單片機P10引腳,經(jīng)單片機內(nèi)部程序解碼后,有數(shù)碼管顯示報文信息。 收報機完整電路見附錄2。3 制作及調(diào)試過程3.1 制作與調(diào)試流程1. 發(fā)報機制作及調(diào)試流程 發(fā)報機制作及調(diào)制重點主要集中在硬件電路的制作和調(diào)試,而軟件部分相對簡單,因此,以下著重介紹硬件電路的制作和調(diào)試過程。 發(fā)報機的制作流程大致是:首先,各個模塊的按照電路圖進行獨立焊接,各模塊先進行獨立調(diào)試,符合功能要求后,再將各模塊相互連接,再進行整體調(diào)試。具體調(diào)試流程如下:(1)單片
21、機自動編碼模塊電路調(diào)試 單片機通過程序掃描按鍵輸入,并通過P10口輸出相應(yīng)時長的1kHz方波,并通過示波器觀察波形是否符合要求。(2)濾波器電路調(diào)試 首先通過信號發(fā)生器模擬單片機產(chǎn)生的峰-峰值為5V,且具有2.5V直流偏執(zhí)的方波信號,將其輸入濾波電路輸入端,通過示波器觀察輸出信號波形,發(fā)現(xiàn)輸出信號出現(xiàn)明顯的雙向截止失真。考慮到輸入信號幅度過大的可能,減小輸入信號峰-峰值,發(fā)現(xiàn)濾波器輸出信號逐漸恢復(fù)正常,為1kHz正弦波。(3)功率放大電路調(diào)試 通過信號發(fā)生器模擬經(jīng)濾波電路產(chǎn)生的1kHz正弦波,幅度為濾波電路輸出信號幅度,將其輸入功率放大電路,并利用示波器觀察揚聲器兩端輸出電壓波形,不斷調(diào)節(jié)分壓
22、電位器,當(dāng)輸入信號在200mV(峰-峰值)以內(nèi)時,功率放大電路可輸出穩(wěn)定且無失真的正弦波形,輸出電壓可在03V(峰-峰值)的范圍內(nèi)變化,揚聲器發(fā)出的聲音清晰穩(wěn)定。(4)濾波電路與功率放大電路級聯(lián)調(diào)試 由于濾波電路采用的是有源低通濾波器,因此不需要考慮阻抗匹配的問題,但其輸出的正弦信號中具有一定的直流分量,而功放電路中不允許輸入信號帶有直流分量,因此,濾波電路與功放電路之間應(yīng)添加耦合電容,去除信號中的直流分量。 把耦合電容加到電路中之后,耦合電容與負債電阻構(gòu)成的RC高通濾波器,其下限頻率不能高于信號輸入頻率,利用如下公式,即可計算出耦合電容的大?。?(式3-1) 其中f為信號頻率,大小為1kHz
23、;R為負載電阻,即功放電路輸入電阻,約為20k;C即為所求耦合電容的大小。根據(jù)計算C的取值應(yīng)大于8nF,本電路中取值為1uF。 添加耦合電容后的級聯(lián)電路,輸入(2)中符合要求的方波信號,通過示波器觀測揚聲器兩端輸出信號,輸出電壓可在03V(峰-峰值)的范圍內(nèi)變化,揚聲器發(fā)出的聲音清晰穩(wěn)定。(5)單片機自動編碼電路、濾波電路、功率放大電路級聯(lián)調(diào)試 在(2)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),輸入方波信號幅度不能過大,因此要在單片機輸出引腳和濾波器輸入端添加分壓電阻。同時,由于單片機最大負載能力較差,其輸出最大拉電流僅為1mA,為盡可能提高單片機的負載能力,應(yīng)使其輸出電流盡可能大,根據(jù)歐姆定律,其分壓電阻阻值應(yīng)為5k
24、。實際分壓電路如圖3-1所示。圖3-1 分壓電路電路圖 使用如圖分壓電路后,雖然單片機負載能力仍不足,但輸出信號的波形失真已明顯減小,濾波器及功放輸出波形也符合要求。 至此,發(fā)報機已基本制作調(diào)試完成,且功能基本符合設(shè)計要求。2. 收報機制作及調(diào)試流程 收報機硬件電路制作及調(diào)試過程與發(fā)報機基本一致,但其較發(fā)報機硬件電路稍簡單。但收報機軟件部分難度相對較大,以下分硬件及軟件兩部分介紹。首先介紹收報機硬件電路制作和調(diào)試過程。過程與發(fā)報機基本一致:首先,各個模塊的按照電路圖進行獨立焊接,各模塊先進行獨立調(diào)試,符合功能要求后,再將各模塊相互連接,再進行整體調(diào)試。具體調(diào)試流程如下:(1) 話筒及前置放大電
25、路調(diào)試 由于咪頭收到信號產(chǎn)生的電壓過于微小,只有幾十毫伏,所以需要進行放大處理。我們組使用的放大電路是基于三極管放大的原理。其中三極管S9013用來實現(xiàn)電流放大;集電極直流電源VCC用來確保三極管工作在放大狀態(tài);集電極負載電阻RC將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?,以實現(xiàn)電壓放大?;鶚O偏置電阻RB為放大電路提供靜態(tài)工作點。 耦合電容C1和C2用于隔直流通交流。調(diào)試過程中,我們使用示波器的CH1和CH2分別用來觀測話筒處及放大電路輸出的電壓,通過調(diào)節(jié)放大電路中的點位器對放大倍數(shù)進行調(diào)節(jié),要滿足鎖相環(huán)輸入端可以檢測到信號輸入的電壓。具體放大倍數(shù)見表4-5。(2) 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路 通過2.4
26、節(jié)中的計算,將LM567中心內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率設(shè)置為1kHz時所需要的電容C=0.1uF,電阻R=9.09k。此處電阻使用10k電位器代替,并且我們在5V電源供電處與輸出端8腳之間加入了發(fā)光二級管,當(dāng)8腳電壓由高跳變?yōu)榈蜁r,發(fā)光二極管點亮。之后用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1KHz的正弦波,加到鎖相環(huán)LM567的輸入端,再對音頻解調(diào)電路中的點位器進行調(diào)節(jié),當(dāng)調(diào)節(jié)到發(fā)光二級管點亮?xí)r,說明此時電阻調(diào)節(jié)合適。接著改變函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生信號的頻率,對電位器進行微調(diào),使選頻頻率中心接近1kHz,即完成了鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路的調(diào)試。(3) 前置放大電路與鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路級聯(lián)調(diào)試 使用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1kHz的正弦波加到喇
27、叭上,使喇叭發(fā)出1kHz的聲波,此時對接收機進行供電,發(fā)現(xiàn)發(fā)光二級管點亮,說明前置放大電路與鎖相環(huán)解調(diào)電路功能同時實現(xiàn),級聯(lián)測試成功。(4) 數(shù)碼管顯示電路調(diào)試 該調(diào)試過程是在沒有完成軟件前進行的,以便驗證硬件電路沒有問題:編寫程序,使數(shù)碼管從09依次顯示,如果沒有錯誤則說明硬件電路沒有問題。 對于軟件部分調(diào)試,直接下載程序到單片機進行驗證,往往不能發(fā)現(xiàn)程序具體錯誤出現(xiàn)在何處,因此,我們使用Keil的Debug功能,使用模擬I/O輸入,進行調(diào)試,效果較為理想。3.2 遇到的問題與解決方法在電路制作和調(diào)試過程中主要遇到了以下幾點問題:1. 單片機方波輸出引腳負載能力不足 這個問題在3.1節(jié)發(fā)報機
28、調(diào)試第(5)點中有所提及,由于單片機P1口內(nèi)部為推挽式結(jié)構(gòu),輸出高電平時,最大輸出拉電流僅為1mA,而下一級有源低通濾波器輸入電阻為10 k,直接級聯(lián)則可能導(dǎo)致單片機輸出方波信號帶寬減小,波形出現(xiàn)失真,影響下一級電路的工作。 正確的解決方法應(yīng)該是在單片機輸出端后加驅(qū)動電路,增強驅(qū)動能力。而由于電路設(shè)計問題,沒有使用此種方法,而是在輸出端接入分壓電阻(詳見3.1節(jié)),盡可能提高輸出電流,來增強負載能力。使用此種方法后,雖然單片機輸出方波仍存在一定的失真,但對下級影響較小,基本可以忽略。2. 濾波器與功放電路之間耦合的問題 由于濾波器采用單電源供電,其輸出信號具有一定的直流偏執(zhí),而功率放大電路中L
29、M386的輸入信號不允許有直流分量,因為其內(nèi)部會給輸入信號添加直流偏執(zhí),因此,濾波器與功放電路之間需要添加耦合電容濾除直流分量(耦合電容參數(shù)的選擇詳見3.1節(jié))。3. 收報機前置放大電路設(shè)計缺陷 收報機前置放大電路采用了一級共射極放大電路,之前在計算電路參數(shù)時電路為空載,沒有考慮LM567輸入阻抗對放大電路的影響。因此在實際電路中,由于級聯(lián),前置放大電路的電壓增益會有所下降,但增益基本足夠,因此沒有進行更改。4. LM567輸出電位信號抖動 LM567輸出信號為高低電平,但由于接受信號混有噪聲等原因,可能會引起輸出電位變化時出現(xiàn)抖動,如圖3-2:圖3-2 LM567輸出電平抖動 這樣的抖動可能
30、會影響程序?qū)﹄娖降呐袆e,從而出現(xiàn)解碼錯誤的情況。為了解決這個問題,我們從軟件入手,在程序中增加了消抖算法,一定程度上避免了由于信號抖動帶來的誤差。4 系統(tǒng)測試4.1 測試方法1. 發(fā)報機各項性能指標(biāo)測試(1) 單片機輸出方波性能測試測試連接示意圖如圖4-1所示:圖4-1 單片機輸出方波性能測試連接示意圖方波輸出性能測試:將示波器CH1通道與單片機輸出引腳P10連接,觀察輸出信號的波形,并記錄波形的幅度、頻率等具體指標(biāo)。詳細測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(2) 濾波器性能測試 測試連接示意圖如圖4-2所示:圖4-2 濾波器性能測試連接示意圖將示波器CH1通道與濾波器輸入端連接,示波器CH2通道與濾波器輸出
31、端連接,輸入信號為分壓后的單片機P10引腳輸出信號;觀察并記錄輸入、輸出信號的各項指標(biāo)。詳細測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(3) 功率放大電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-3所示:圖4-3 功率放大電路性能測試連接示意圖 將示波器CH1通道與功放電路輸入端連接,示波器CH2通道與揚聲器兩端連接,輸入信號為分壓后濾波器輸出信號;觀察并記錄輸入、輸出信號的各項指標(biāo)。詳細測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(4) 發(fā)報機自動編碼輸出性能測試 測試連接示意圖如圖4-4所示:圖4-4 發(fā)報機自動編碼輸出性能測試連接示意圖 將示波器CH1通道與揚聲器兩端相連,示波器掃描時間設(shè)置為200ms,依次按下09十個自動編碼發(fā)報鍵,觀察示
32、波器所顯示的五位電碼所持續(xù)的時間。詳細測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。2. 收報機各項性能指標(biāo)測試(1) 話筒及前置放大電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-5所示:圖4-5 話筒及前置放大電路性能測試連接示意圖將示波器CH1通道與前置放大電路輸出端相連,發(fā)報機與收報機之間最短距離為30cm,發(fā)報機持續(xù)發(fā)出1kHz正弦波音頻信號,觀察并記錄輸出信號的各項指標(biāo)詳細測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(2) 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-6所示:圖4-6 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路性能測試連接示意圖 將信號發(fā)生器輸出接測試用揚聲器,調(diào)整信號發(fā)生器輸出正弦信號頻率,使揚聲器發(fā)出0.8kHz、0.9kHz、1.0kHz
33、、1.1kHz、1.2kHz五種頻率的聲音信號,觀察鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路“收報指示燈”是否隨聲音信號的頻率變化。具體測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(3) 收報機一位解碼顯示功能測試 使用發(fā)報機自動編碼發(fā)送十個數(shù)字電碼,觀察收報機是否正確顯示相應(yīng)數(shù)字。具體測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。(4) 收報機連續(xù)解碼顯示功能測試 使用發(fā)報機ID一鍵發(fā)送方式連續(xù)發(fā)送8位數(shù)字電碼,觀察收報機是否正確顯示相應(yīng)數(shù)字報文序列。具體測試數(shù)據(jù)見4.2節(jié)。4.2 測試數(shù)據(jù)1. 發(fā)報機各項性能指標(biāo)測試數(shù)據(jù)(1) 單片機輸出方波性能測試數(shù)據(jù)表4-1單片機輸出方波性能測試數(shù)據(jù)序號輸出信號波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(V)1
34、方波無1.0075.032.522方波無1.0054.982.493方波無1.0025.012.53 (注:測試時P10口為空載。)(2) 濾波器性能測試數(shù)據(jù)表4-2 濾波器性能測試數(shù)據(jù)序號輸入波形輸出波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1方波正弦波輕微失真1.0061.182.732方波正弦波輕微失真0.9971.17-5.813方波正弦波輕微失真1.0021.17-5.31(注:濾波器具體失真情況與功方電路失真情況相同。)(3) 功率放大電路性能測試數(shù)據(jù)表4-3 功放電路性能測試數(shù)據(jù)序號輸入波形輸出波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1正
35、弦波正弦波輕微失真1.0052.95-5.72正弦波正弦波輕微失真0.9993.003.13正弦波正弦波輕微失真1.0002.973.1(注:功放電路具體失真情況見4.3節(jié)圖4-7。)(4) 發(fā)報機自動編碼輸出性能測試數(shù)據(jù)表4-4 發(fā)報機自動編碼輸出性能測試數(shù)據(jù)發(fā)報鍵第一位持續(xù)時長(ms)第二位持續(xù)時長(ms)第三位持續(xù)時長(ms)第四位持續(xù)時長(ms)第五位持續(xù)時長(ms)110030030030030021001003003003003100100100300300410010010010030051001001001001006300100100100100730030010010010
36、0830030030010010093003003003001000300300300300300(注:每位電碼之間間隔時間均為100ms。)2. 收報機各項性能指標(biāo)測試數(shù)據(jù)(1) 話筒及前置放大電路性能測試數(shù)據(jù)表4-5 話筒及前置放大電路性能測試數(shù)據(jù)測試距離(cm)輸入信號峰峰值(mV)輸出信號波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)電壓增益1023正弦波底部截止失真0.9932.491082011.75正弦波輕微失真1.0201.61137309.5正弦波基本沒有1.0100.96101(注:測試時輸出端為空載,測試環(huán)境噪聲較小。)(2) 鎖相環(huán)音頻解調(diào)電路性能測試表4-6 鎖相環(huán)音
37、頻解調(diào)電路性能測試輸入信號頻率(kHz)0.80.91.01.11.2收報指示燈狀態(tài)不亮不亮亮不亮不亮(注:測試距離為30cm。)(3) 收報機一位解碼顯示功能測試表4-7 收報機一位解碼顯示功能測試發(fā)送數(shù)字1234567890接收數(shù)字1234567890(注:測試距離為20cm。)(4) 收報機連續(xù)解碼顯示功能測試表4-8 收報機連續(xù)解碼顯示功能測試序號發(fā)送序列接收序列112211160122111602122111891221118931229201812292018 (注:測試距離為20cm。)4.3 數(shù)據(jù)分析和結(jié)論根據(jù)測試數(shù)據(jù),發(fā)報機在按下手動發(fā)報鍵后,揚聲器可輸出正弦波頻率為1kHz
38、±10Hz的正弦波,同時“發(fā)報指示燈”點亮;輸出波形有輕微失真(見圖4-7);同時,收報機僅對1kHz聲音信號敏感,并且“收報指示燈”隨聲音信號亮滅,有效通信距離30cm;收、發(fā)報機均為+5V單電源供電?;緷M足設(shè)計任務(wù)基本部分的要求。其次,發(fā)報機具有自動編碼功能,能夠發(fā)送09十個數(shù)字所對應(yīng)的摩斯電碼,發(fā)報速度為100ms/單位時間;收報機具有一位數(shù)字報文自動解碼功能,能夠?qū)l(fā)報機所發(fā)送的數(shù)字摩斯電碼解碼顯示。同時,發(fā)報機具有ID一鍵發(fā)送功能,能夠發(fā)送一組8為數(shù)字構(gòu)成的ID;收報機具有連續(xù)數(shù)字報文自動解碼顯示功能,能夠連續(xù)解碼顯示多位數(shù)字報文。滿足設(shè)計任務(wù)提高部分要求。在此基礎(chǔ)上,發(fā)
39、報機具有英文字母發(fā)送功能,收報機具有英文字母解碼顯示功能,并且收報機還具有數(shù)字報文發(fā)報速度自適應(yīng)功能。滿足拓展部分的要求。對于以上提到的發(fā)報機輸出波形的輕微失真,具體的誤差分析如下:該波形失真情況比較類似交越失真,其出現(xiàn)在正弦信號過零點位置上下,其產(chǎn)生的原因我認為與單電源供電有關(guān)。當(dāng)LM324使用單電源供電時,輸入信號需要添加直流偏執(zhí),該直流偏執(zhí)應(yīng)等于運放內(nèi)部直流靜態(tài)工作點,即所謂的“虛地”,相當(dāng)于將運放的直流供電電源變?yōu)?#177;VCC。但在實際電路中,由于元件的誤差,輸入信號的直流偏執(zhí)于運放內(nèi)部靜態(tài)工作點不可能完全一致,導(dǎo)致運放靜態(tài)工作點失調(diào),使波形出現(xiàn)失真。圖4-7 發(fā)報機揚聲器輸出波
40、形以上有關(guān)信號失真的分析是我經(jīng)過查閱資料后分析總結(jié)出的??赡軙屑劼┥踔铃e誤,請諒解。5 系統(tǒng)使用說明5.1 系統(tǒng)外觀及接口說明1. 發(fā)報機外觀及接口說明 從發(fā)報機實物圖5-1中我們可以看出,所有的指令按鍵都是獨立焊在一塊電路板上的,這樣使整個操作頁面非常簡潔大方。最上面的三個較大的按鍵從左到右的功能分別為發(fā)報按鍵,一鍵ID發(fā)報以及數(shù)字英文轉(zhuǎn)換按鍵。下面的兩排按鍵在數(shù)字發(fā)報模式下代表09的摩斯碼發(fā)報。在英文字母模式下代表字母的摩斯碼發(fā)報。發(fā)報機的底層從左到右分別為單片機模塊,濾波模塊以及功率放大模塊。5V供電接左上方的紅色導(dǎo)線,地接黑色導(dǎo)線。左上角的電源開關(guān)控制整個發(fā)報機的供電,按下電源開關(guān),
41、發(fā)報機就可以正常工作。圖5-1 發(fā)報機實物圖2. 收報機外觀及接口說明 接收機電路從左到右分別為放大器模塊,鎖相環(huán)模塊,單片機模塊以及數(shù)碼管模塊。5V供電接于最上方的排針,地接于最下方的排針,左上角的電源開關(guān)控制整個接收機的供電,按下電源開關(guān),接收機就可以正常工作。圖5-2 收報機實物圖5.2 系統(tǒng)操作使用說明首先將兩個獨立的5V電源分別于發(fā)報機、收報機相連;調(diào)整發(fā)報機與接收機距離大于30cm;按下電源開關(guān),此時收、發(fā)報機處于待機狀態(tài)。長按發(fā)報機手動發(fā)報鍵,可以聽到從發(fā)送端揚聲器發(fā)出的1KHz的聲波,并且“發(fā)報指示燈”亮起,同時收報機“收報指示燈”也會亮起。分別按下自動編碼09按鍵,可以觀察到收報機的“接收指示燈”隨聲波和“發(fā)報指示燈”有規(guī)律的閃動。發(fā)報結(jié)束后,數(shù)碼管會顯示發(fā)報機所按按鍵的相應(yīng)數(shù)字。按下ID發(fā)送鍵,發(fā)報機
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025至2030中國脫胎漆器行業(yè)應(yīng)用動態(tài)與投資盈利研究報告
- 2025至2030中國胰島素樣生長因子Ⅱ行業(yè)市場占有率及投資前景評估規(guī)劃報告
- 農(nóng)業(yè)科技行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展及投資機會研究報告
- 2025至2030中國翼式風(fēng)速表行業(yè)市場占有率及投資前景評估規(guī)劃報告
- 2025至2030中國羊肚菌種植行業(yè)市場占有率及投資前景評估規(guī)劃報告
- 2025至2030中國網(wǎng)絡(luò)連接三相智能水表行業(yè)市場深度研究及發(fā)展前景投資可行性分析報告
- 2025至2030中國線束設(shè)備行業(yè)運行動態(tài)及投資前景展望報告
- 音樂課程創(chuàng)新心得體會
- 小型室內(nèi)裝飾施工流程指導(dǎo)
- 建筑工地平安家庭事跡材料范文
- 高邊坡支護開挖施工專項方案(專家論證)
- 《小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)與運行管護技術(shù)指南》
- 2024年小區(qū)地下車位租賃合同
- 抖音火花合同電子版獲取教程
- 高含鹽廢水深度治理及綜合利用提升改造項目環(huán)評報告
- 教師食品安全知識
- 《網(wǎng)絡(luò)故障及處理》課件
- bopp消光膜及其生產(chǎn)工藝
- 嗜酸細胞性食管炎學(xué)習(xí)課件
- 電商平臺如何與線下實體店進行聯(lián)動運營
- 文本排版習(xí)題
評論
0/150
提交評論