无线通信系统设计报告

单工无线通信系统设计报告 学校 哈尔滨工程大学 姓名 刘希胜 姓名 朱梅冬 姓名 张 静

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目 录

一.摘要和关键词 ································· 3

1.摘要 ···································· 3 2.关键词···································· 3

二. Abstract and Key Word ···························· 3

1.Abstract··································· 3 2.Key Word··································· 3

三.设计任务及要求 ································ 4

1.设计任务 ··································· 4 2.设计要求 ··································· 4 2.1基本要求 ································· 4 2.2发挥部分 ································· 4 3.说明 ···································· 4 4、评分标准 ·························· 错误！未定义书签。

四．方案比较与论证 ································ 4

1.调制方式选择 ································· 4 1.1调幅方式 ································· 5 1.2调频方式 ································· 5 1.3调相方式 ································· 5 2．调谐方式选择 ································ 5 2.1电压调谐方式 ······························· 5 2.2 PLL频率合成方法 ····························· 5

五．系统设计 ··································· 6

1.系统简介 ··································· 6 2、发射机电路 ································· 6 3、锁相环电路 ································· 7 3.1本振部分 ································· 7 3.2 下面讨论环路滤波器的设计 ························· 8 4、接收机电路 ································· 10

六、系统的组装与测试 ······························· 10

1．系统的组装 ································· 10 2．测试方法与测试数据 ····························· 10 2.1测试仪器 ································ 10 2.2锁相环的测试 ······························ 11 2.3发射机的调试 ······························ 12 2.4接收机的调制 ······························ 12 2.5 联机调试连接图 ····························· 12

七、参考文献： ·································· 13

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单工无线呼叫系统设计报告

一.摘要和关键词 1.摘要

本单工无线呼叫系统以MC2833组成的单片调频发射系统作为主站,采用以MC3362作为核心的单片调频接收机作为从站,并且由锁相环频率合成器(PLL)提供高精度的本振。电路能较小失真的传输语音和输入波形信号，具有很高的带负载能力，由于增加了一些小的端子，不仅实现了题目的基本要求，也使得连接变得简单，并且性能稳定。 2.关键词

频率合成器,调频接收机,发射机

二. Abstract and Key Word

1.Abstract

In the design,MC2833 and MC3362 is applied as the transmiter and receiver,respectivelly .Meanwhile,the frequency synthesizer PLL is employed to implement local oscillator with high stability . Circuit can light distorted transmission pronunciation input and wave form signal .Except this ,the ability of leading load is very high,.As we increased some little terminals on it, this make it simple to connect to. And the performance is steady. The design basic targets demanded are ideally realized. 2.Key Word

frequency synthesizer,transmitter,receiver

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三.设计任务及要求

1.设计任务

设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。 2.设计要求 2.1基本要求

(1)设计并制作一个主站，传送一路语音信号，其发射频率在30MHz～40MHz之间自行选择，发射峰值功率不大于20mW(50Ω假负载电阻上测定)，射频信号带宽及调制方式自定，主站传送信号的输入采用话筒和线路输入两种方式；

(2)设计并制作一个从站，其接收频率与主站相对应，从站必须采用电池组供电，用耳机收听语音信号；

(3)当传送信号为300Hz～3400Hz正弦波时，去掉收、发天线，用一个功率衰减20dB左右的衰减器连接主、从站天线端子，通过示波器观察从站耳机两端的接收波形，波形应无明显失真；

(4)主、从站室内通信距离不小于5米，题目的通信距离是指主、从站两设备（含天线）间的最近距离；

(5)主、从站收发天线采用拉杆天线或导线，长度小于等于1米。 2.2发挥部分

(1)从站数量扩展至8个（实际制作1个从站），构成一点对多点的单工无线呼叫系统。要求从站号码可任意改变，主站具有拨号选呼和群呼功能；

(2)增加英文短信的数据传输业务，实现主站英文短信的输入发送和从站英文短信的接受显示功能；

（3）当发射峰值功率不大于20mW时，尽可能的加大主、从站间的通信距离。 （4）其他。 3.说明

(1)主站需留出末级功率放大器发射功率的测量端,用于接入50Ω假负电阻负载,以测试发射功率;

(2)为测试方便,作品中使用的衰减器(可以自制),应与作品一起封装上交.

四．方案比较与论证

1.调制方式选择

无线电传送信息时，为解决天线尺寸和多用户分别接收问题，通常把需传送的信息

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加载到高频振荡过程中去，作为载波来传送有用信息，在发送端利用低频信号去控制高频信号的某一个参数，使高频信号的该参数按照低频信号的变化规律而变化，这种方法称为调制。通常调制可分为调幅，调频，调相三种方式，对应的，也需要检波器，鉴频器，鉴相器来解调接收。为实现题目要求，首先必须选定调制方式，对各种方式的分析如下： 1.1调幅方式

调幅方式是最早应用于无线电传送的一种调制方式，它具有电路结构简单，电波传送距离远及占用频带宽度窄的优点。因此目前仍然在无线广播中应用。但是由于它本身产生方式的限制，它同样存在动态范围小，抗噪声能力差，波形失真严重等缺陷。此外,为增大信噪比往往需要很大的发射功率，因此很耗费能源。 1.2调频方式

调频就是根据信号振幅的大小来提高或降低载波的频率。要改变载波的频率，就需要改变振荡器的振荡频率。即根据信号波振幅的大小来改变振荡频率，由此完成调频。虽然调频方式的频带利用率低且设备复杂，但是调频方式具有音质好，信噪比优越，抗干扰能力强和动态范围大的优点。

调频有直接调频方式和间接调频方式。直接调频是直接利用信号波改变振荡器的频率，间接调频则是利用积分器和调相器来实现调频。直接调频的频率稳定度虽然较低，但是因其电路结构简单而被广泛应用。间接调频的频率稳定度高，通常应用于广播电台与移动电台中。 1.3调相方式

调相就是用信号波的振幅去控制载波的相位，使载波的相位随信号波线形变化。调相与调频一样具有抗干扰能力强，音质好，动态范围大等优点。但是，它与单边带调幅一样技术复杂设备昂贵因而在模拟通信中应用较少。 2．调谐方式选择 2.1电压调谐方式

本振及高放谐振回路均采用变容二极管来实现调谐，因而可使用一个电位器供给不同的电压来改变变容二极管电容值进行LC调谐。但是这种方法只能满足基本要求，难于进一步发挥。 2.2 PLL频率合成方法

锁相技术是一种相位负反馈技术,它是通过比较输入信号和压控振荡器的输出信号的相位,取出与这两个信号的相位差成正比的电压作为误差电压来控制压控振荡器的频率,达到使其与输入信号频率相等的目的.锁相环通常有三部分组成,既鉴相器,环路滤波器和压控振荡器.锁相环电路具有极其优良的性能,利用锁相技术制作的锁相环频率合成器能产生与晶体振荡器一样高稳定度的频率,且具有较宽的频率范围.

因此,我们采用PLL频率合成器作为调谐系统的本振源.我们的PLL频率合成器系统

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包括锁相芯片MC145152-2，压控振荡器MC1648，双模前置分频器MC12017和LM358构成的有源比例积分滤波器组成。由于本系统采用双端鉴相输出，调试相对困难，尤其是低通滤波器更需要精心调试，但是此系统鉴相灵敏度高，输出的频率稳定度好，非常适合作为接受机的本振源。

五．系统设计

1.系统简介

本系统由发射机,频率合成器,接收机三部分组成,系统框图如图5-1图所示。

话筒 天线 发射机 (MC2833 10.245MHZ

晶振) 天线 接收机 MC3362 频 率 合 成 器 耳机 (MC145152,MC12017, MC1648,LM358)

图5-1 系统框图

2、发射机电路

图5-2是发射机的电路原理图。

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图5-2 发射机电原理图

发射机电路采用低功率单片调频发射系统MC2833，其工作频率可达到100MHZ以上。 我们采用MC2833是因为MC2833内部增加了二级放大器，达到了提高发射功率的目的。在此电路中，缓冲级经14脚输出的调频信号经片外的三倍频调谐电路，由13脚回送到片内，经片内第一级放大器放大，谐振频率为高频振荡器载频的三倍频，由11脚输出经33PF电容耦合到8脚，经片内第二级放大器放大从9脚输出，通过选频与匹配网络经天线将功率辐射出去。

为实现主站传送信号的输入采用话筒和线路输入两种方式的题目要求，我们在发射机的输入端增加了一个三端子的跳线开关，通过跳线帽实现话筒和线路分别输入，使电路整齐简单又便于连接。 3、锁相环电路

锁相环电原理图如图5-3所示。 3.1本振部分

本振部分采用锁相环频率合成器,以MOTOROLA公司的MC145152-2为核心部分,采用MC1648外接LC振荡回路的形式组成压控振荡器,并配以前置分频器MC12017,以提高输出频率。MC145152-2是一种并行的输入编程的PLL芯片,其它大致由三部分组成:一是由放大器,12位÷R计数器和参考译码器组成的产生参考频率fR的电路;二是由6位÷A计数器,10位÷N计数器和控制逻辑组成部分的吞脉冲式计数器;三是数字鉴相器.

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3.2 下面讨论环路滤波器的设计

根据题目限定的主站发射频率30～40MHz,采用参考频率fR=5KHz,以提供细微可调频率,由拨码开关预置值产生相应本振频率.

天线接收信号的频率范围是30MHz≤fin≤40MHz，根据超外差式接收的原理,可知本振频率fL=fin +fI。

由于采用两级混频模式,其中频率分别为10.7MHz和455KHz,而锁相环频率合成器只是作为第一级的本振,即fI=10.7MHz,所以可知

40.7MHz≤fL≤50.7MHz

+12VCDECc1J222200u1233R44JJPVin112COON+12V11KR213002Cc2LED470uD3UUU7805+5VD22LED2foutJ2512+5VGND+5V+5VU5MC1234104MCvccACTPVregOUTSGNDGNDINMC120178765C13470u104J202S1123S2SW DIP-3123456S3SW DIP-612345678910SWDIP1020NN019NN118NN217NN316NN415NN514NN613NN712NN811NN912AA011AA110AA2+5V9AA38AA47AA56RA05RA14RA222C15104U3fin1234567891011121314finvssvddRA0RA1RA2φRφVMCA5N0N1N2N3MC145152-2LDOSCINOSCOUTA4A3A0A2A1N9N8N7N6N5N42827262524232221201918171615LD270C3RA0RA1RA2φRφVMCAA5NN0NN1NN2NN3AA4AA3AA0AA2AA1NN9NN8NN7NN6NN5NN410PY10.24MHZC410P1RR312finC14IND5432019181716151413121110987654321LDRA0RA1RA2AA4AA5AA0AA3AA1AA2NN8NN9NN6NN7NN4NN5NN3NN2NN0NN1+5VC12U77104INC11104fout1234567vccVCCncNCECLPIAN2NCNCAGCPIAN1NCNCVEEVEEMC1648141312111098D4V113L1BIANRφRD5V1131C9R5φVC72121R4123421R91C822BIANRR810u+12VU6OUT1VCCIN1-OUT2IN1+IN2--VCCIN2+LM3588765104C105KR10C6R6R7012104C5 图5-3 锁相环电原理图 则MC145152-2的分频比为

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NTminNTmaxfLminfR=8140

fLmaxfR=10140

即8140≤NT≤10140,则N,A的取值范围分别是 N=127～158,A=0～63

取平均分频比NTmeanNTminNTmax9085

其中VCO为外接LC振荡回路的压控振荡器,经实测知其单位增益

KVCO=2f5.1011×107 rad/v VMC145152-2内含的数字鉴相器的增益为

VDD5K=0.79577

22环路滤波器采用有源比例积分滤波器电路,如图5-4所示

图5-4环路滤波器电路图

整个回路的传输函数为 H(s)其中KKF(s)

sKF(s)KKVCO，为环路的总增益。 NTmean环路滤波器采用有源比例积分滤波器电路

则 固有频率nK1KKVCO NTmeanR1C 9

阻尼系数 2又知环路带宽与固有频率存在如下的关系

BLnR2Cn2(1) 4环路带宽窄,则相位噪声小,有助于改善解调输出的质量,但环路捕捉时间长；环路带宽窄,则相位噪声大且输出频率稳定度相对较差,但能减小捕捉时间.折衷选取 BL=10KHz,取最大阻尼=0.707

若取C=0.01F,则

R1=975kΩ , R2=4.62kΩ

取标称值为了R1=1kΩ,R2=4.7kΩ

4、接收机电路

主芯片是MC3362。它由两极变频器，限幅放大器，乘法相移鉴频器，和比较器四部分组成。接收机的电路原理图如附录一所示。

信号来自天线，天线的输入频率可以达到200MHZ。经匹配输入电路，送到1脚和24脚。21，22脚上LC选频电路和23脚上的变容二极管决定第一本振的振荡频率。该频率受到23脚上的来自锁相环路鉴相器输出电压的控制。

第一本振从20脚送到锁相环路。第一混频器输出从19脚送到10.7MHZ的陶瓷滤波器滤波，输出从17脚送回第二混频器，3，4脚上接10.245MHZ的晶体，第二本振与第一中频混频，产生455KHZ的第二中频，从5脚送到455KHZ的陶瓷滤波器，它的输出由7脚送到限幅放大器的输入端，然后经过鉴频，从13脚上输出恢复原音频信号。若是传送的数据信号，在13脚上的数据信号通过比较放大器，由15脚输出。

六、系统的组装与测试

1．系统的组装

PCB板图见附录一，附录二，附录三。 2．测试方法与测试数据 2.1测试仪器

EM 1716A DC POWER SUPPLY（0-32V，0-2A，5V/2A） QF10568B SIGNAL GENERATOR NFC-1000C-1型多功能计数器

OSCILLOSCOPE MOS-640 FG （40MHZ）

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2.2锁相环的测试

2.2.1测量方法

给变容二极管加不同的反偏电压，观察NFC-1000C-1型多功能计数器的示数变化，记录数据，做出变化曲线，找到锁相环的线性工作段，计算其斜率，用于计算有源滤波器的工作参数。

2.2.2 测试数据 测试数据列于表一中

表 一 反偏电1.1 1.2 压（V） 频率40.04 40.57 （MHZ） 反偏电2.1 2.2 压（V） 频率48.86 49.74 （MHZ） 反偏电3.1 3.2 压（V） 频率55.88 56.12 （MHZ） 反偏电4.1 4.2 压（V） 频率59.13 59.53 （MHZ）

作出图象如下：

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 41.96 43.25 44.23 45.01 45.73 46.55 47.17 48 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 50.35 50.96 51.37 52.34 54.33 55.05 55.38 55.64 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 56.4 56.68 56.92 57.24 57.55 57.85 58.28 58.68 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 59.84 60.23 60.57 61.1 61.33 61.66 62.12 62.53 605040302010001234

根据斜率K=8.1186，利用锁相环回路部分提供的公式计算环路滤波器的参数。 结果为：R1=1KΩ ，R2=4.7 KΩ， C=0.01μf。

2.2.3 DLL Design and simulation软件的应用

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y = 8.1186x + 31.637系列1线性 (系列1)在发现这个软件之前，计算环路滤波器的参数都靠计算，因为公式中有些参量是假设的，计算并不精确，因此锁相环的稳定度一直都不高，结果不甚理想。这个软件有自动分析和设计的能力，只要给定其中的两个参数，就可以自动计算出其他参数，且软件界面友好，使用简单，计算结果参考价值高。 2.3发射机的调试

发射机载波频率的测量

由于我们的锁相环在40MHZ以下频率稳定度不够,再综合题目要求发射频率在30MHZ—40MHZ之间自行调节,我们并未选择同通用的10.245MHZ晶振,而是选择了11.0592MHZ的晶振,这样三倍载频再加上第一差频后的频率为43.8776MHZ,处于锁相环的线性频率段内,容易锁定。

由于电路中加入的是变感线圈，可通过调节电感值使回路谐振在指定频率。 参照图发射机电原理图（图 5-2） (一)调试步骤如下：

（1）调节电感L1和L2使MC2833的14脚输出频率为晶振频率；

（2）调节电感L3使从11脚耦合到8脚的信号频率为晶振频率的三倍；

（3）调节电感L4使天线端输出信号载频刚好为晶振的三倍频，天线端的输出频率即为发射机的载波频率。 （二）测试结果

MC2833的14脚输出频率为11.088MHZ，晶振频率为11.0592MHZ，误差为0.25%。 MC2833的8脚输出频率为33.177MHZ，晶振三倍频为33.1776MHZ，误差为0.002% 初测时，天线两端电压未达到三倍频，经分析是天线处谐振滤波器没有调谐在三倍晶振频率处，因为小于三倍頻，比例减小电容C9，C10的值，使得天线处输出波形在幅值最大时对应的频率为三倍晶振。 此频率及为发射机的载频。其值为33.177MHZ。 2.4接收机的调制

2.4.1 调试方法

（1）先将10.7MHZ陶瓷滤波器的输入端与MC332的19脚断开，并在输入端外接天线，用以接收来自信号源的载频为10.7MHZ的信号，调整电感L3，使音频输出等幅且峰值最大。

（2）将455KHZ陶瓷滤波器的输入端与MC332的19脚断开，并在输入端外接天线，用以接收来自信号源的载频为455KHZ的信号，调整电感L2，使音频输出等幅且峰值最大。

（3）将断开处接好，用天线接收信源33.177MHZ频率，调整L1使它的幅值最大。 2.5 联机调试连接图

主站 低频信号源 功率衰减20db 从站 示波器 12

七、参考文献：

[1]高频电子线路 阳昌汉 哈尔滨工程大学出版社 2001年3月第二版 [2]电子创新设计与实践 王松武 国防工业出版社 2005年1月第一版

[3]第五届全国大学生电子设计大赛获奖作品选编 全国大学生电子设计竞赛组委会 北京理工大学出版社 2005年1月第1版

[4]电子线路CAD实用教程 潘永雄 西安电子科技大学出版社 2001年8月第1版

[5]Phase-locker loops design, simulation, and applications Best,Roland E. 清华大学出版社

[6]电子元器件应用手册 黄继昌 人民邮电出版社 2004年7月第一版

[7]第五届全国大学生电子设计大赛获奖作品选编 全国大学生电子设计竞赛组委会 北京理工大学出版社 2005年1月第1版

[8]射频通信技术 陈邦媛 科学出版社 2002年8月第一版

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