無線收發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計是針對無線應(yīng)急通信的市場需求而展開的。336-344MHz是無線應(yīng)急通信的開放頻段,這個頻段的電磁波具有較好的繞射特性。選用了內(nèi)嵌VCO的頻率合成器芯片,降低了成本,縮小了體積,使產(chǎn)品更貼近市場。本文首先研究了功率放大器的非線性失真問題,提出了預(yù)失真處理的改善方案。然后,結(jié)合鎖相環(huán)的理論,介紹了頻率合成器的設(shè)計方法。接著,詳盡地介紹了340MHz無線接收和發(fā)送系統(tǒng)的整體方案以及硬件實(shí)現(xiàn)電路。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)由發(fā)射電路、接收電路和控制電路組成。發(fā)射電路將來自話筒模擬信號或控制電路的數(shù)字信號經(jīng)鎖相環(huán)(PLL)調(diào)制電路調(diào)制后,由天線發(fā)射出去;接收電路接收并解調(diào)來自天線的小信號再將其送入末級功放放大,然后將語音信號送至揚(yáng)聲器處理,將短信送至單片機(jī)處理;控制電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)和編解碼器組成,可實(shí)現(xiàn)英文短息的編寫和顯示。整個系統(tǒng)采用5 V供電。
鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器,它的作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差,并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成uD(t)電壓信號輸出,該信號經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC(t),對振蕩器輸出信號的頻率實(shí)施控制。
2 硬件電路設(shè)計
2.1 發(fā)射電路設(shè)計
發(fā)射電路的設(shè)計如圖l和圖2所示,由集成頻率合成器MCl45151、無源低通濾波器、集成壓控振蕩器MCl648和前置分頻器MCl2022組成。MCl648引腳3輸出的信號經(jīng)前置分頻器MCl2022分頻,其分頻系數(shù)有4種,在該電路中選用分頻比M=64。分頻后的信號送入MCl4515l,分別對晶振的參考信號fx和輸入信號fi分頻。分頻后的2路信號送至內(nèi)部鑒相器,鑒相器輸出信號經(jīng)外接低通濾波器濾波后控制壓控振蕩器。環(huán)路鎖定后,滿足以下基本關(guān)系為:
MCl4515l的RA0、RAl、RA2分別置為“1”,“0”,“1”,即R=2 048,選fx=2.048 MHz的晶振,可計算出,撥碼開關(guān)的N值每增加1,壓控振蕩器的頻率步進(jìn)為64 kHz。例如,取N=(531)D=(00001000010011)B,M=64,fx=2.048 MHz,R=2 048,則可得fvco=33.984MHz。通過撥碼開關(guān)選定N值,即設(shè)置載波頻率。
話筒采集的語音信號經(jīng)以9018為核心的三極管放大器放大后送至跳線端conl,編碼后短信數(shù)字信號送至con2,通過選擇conl、con2的導(dǎo)通與斷開決定發(fā)送語音信號或英文短信,并能將任意l路被選信號傳輸至A點(diǎn)。當(dāng)A點(diǎn)信號電壓變化時,引起變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化,導(dǎo)致壓控振蕩器的瞬時頻率發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。
2.2 接收電路設(shè)計
圖3為接收電路。采用專用頻率解調(diào)器件TDA7010T,具有FLL(頻鎖相環(huán))系統(tǒng),70 kHz低中頻使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,內(nèi)部集成有壓控振蕩器。在該器件的引腳4和5之間連接合適的電容、電感來決定本振頻率)。接收信號時,只需調(diào)整諧振回路可變電容C15值即可選擇接收頻率,外圍電路簡單。從TDA7010T解調(diào)輸出的信號幅度很小,經(jīng)LM386進(jìn)一步放大后,語音信號和英文短信分別送至揚(yáng)聲器和單片機(jī)處理。
2.3 控制電路設(shè)計
控制電路由單片機(jī)、液晶顯示器、編解碼器件組成。其中編碼電路由單片機(jī)控制PT2262完成英文短信的編寫,每1個英史字母對應(yīng)1個碼組,如A對應(yīng) 000000.B對應(yīng)00000l,C對應(yīng)0000l0等。英文短信由液晶顯示器顯示發(fā)送的內(nèi)容,然后將調(diào)制信號送至發(fā)射電路發(fā)送。
解碼器采用PT2272,其地址必須與PT2262的地址相同。PT2272將來自TAD7010T的信號解碼,送至單片機(jī),是0000l0則顯示C等,并送至液晶顯示器顯示所接收到的英文短信。編碼和解碼電路分別如圖4和圖5所示。
3 軟件程序設(shè)計
控制程序采用Keil C51高級語言開發(fā),程序結(jié)構(gòu)簡單,可讀性和可移植性強(qiáng),圖6為其編碼程序流程,圖7為解碼程序流程。
4 測試結(jié)果
對該系統(tǒng)進(jìn)行測試,發(fā)射電路載波頻率的范同為32.832~40.128 MHz.通過改變N值可實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率64 kHz步進(jìn);由天線發(fā)射的已調(diào)信號的Vpp=600 mV;所接收的語音信號清晰,收發(fā)英文短信息誤碼率極小。
5 結(jié)論
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬語音信號和數(shù)字英文短信的發(fā)射與接收,無線電通信裝置由于受到尺寸和隔離限制,其處理能力有限。其最復(fù)雜的裝置是應(yīng)用于WLAN的無線藍(lán)芽調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器,因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行在低功耗狀態(tài)且需處理的地方有限。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計過程中,傳感器節(jié)點(diǎn)無線通信、低耗能、體積小等特點(diǎn)也使單芯片無線收發(fā)系統(tǒng)有了極大的空間。單芯片無線收發(fā)系統(tǒng)由于采用了深亞微米CMOS技術(shù)、低噪音放大電路設(shè)計和芯片集成天線技術(shù)等,使整個無線收發(fā)系統(tǒng)具有低能耗、低成本、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。
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