模拟单工通信系统-北京交通大学电子系统课程设计.doc

国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告

国家电工电子实验教学中心
电子系统课程设计
设 计 报 告

设计题目： 模拟单工通信系统

学 院：
电子信息工程学院

专 业：
通信工程

学生姓名：

学 号：

任课教师：

2013 年 7 月 16 日
目 录
1 设计任务要求 1
2 设计方案及论证 2
2.1 任务分析 2
2.2 方案比较 2
2.3 系统结构设计 9
2.4 具体电路设计 10
3 制作及调试过程 13
3.1 制作与调试流程 13
3.1 制作与调试流程 19
3.2 遇到的问题与解决方法 19
4 系统测试 19
4.1 测试方法 19
5 系统使用说明 20
5.1 系统外观 20
6 总结 20
6.1 本人所做工作 20
6.2 收获与体会 20
6.3 对本课程的意见与建议 21
7 参考文献 21

1 设计任务要求
设计并制作一个如图1所示的模拟单工通信系统，实现话音信号和遥控信号在所给定的模拟信道中的单向通信。

基本部分
（1） 系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2所示的一个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入输出阻抗等参数须在模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报告中的“任务分析”部分给出测试过程及结果。
（2） 在发射机中设置一个3.5mm音频接口，通过该接口和音频线输入一路模拟话音信号（可用mp3播放器、计算机等作为音源），由发射机对其进行调制、放大后通过双绞线送入模拟信道，且连接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于1Vp-p。
（3） 接收机应能够对接收到的信号进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频功率放大后通过扬声器输出，声音应清晰响亮，无明显失真。

发挥部分
（1） 增加遥控信号传输功能，可在发射机和接收机各设置一个开关来切换当前通信模式为话音通信或遥控通信。在发射机中设置编号为1～4的4个数字按键，在接收机中相应设置4个LED，当按下发射机上任一数字按键时，接收机中相应的LED应能够被点亮。在发射机和接收机上各设置一个“话音”指示灯和一个“遥控”指示灯，当切换到“话音”或“遥控”通信时，两端相应指示灯点亮。
（2） 增加其他有意义的功能。如自动切换“话音”和“遥控”通信、“话音”和“遥控”信号同时在信道中传输而互不影响、实现双声道立体声音频信号传输等。

2 设计方案及论证
2.1 任务分析
系统由发射机、模拟信道和接收机三部分组成，其中模拟信道为电路如图2所示的一个元件参数给定的无源带通滤波网络，该网络的频率特性曲线、输入输出阻抗等参数须在模拟信道电路制作完成后自行通过仪器测得，并在设计报告中的“任务分析”部分给出测试过程及结果。在发射机中设置一个3.5mm音频接口，通过该接口和音频线输入一路模拟话音信号（可用mp3播放器、计算机等作为音源），由发射机对其进行调制、放大后通过双绞线送入模拟信道，且连接模拟信道后输出信号峰-峰值应不小于1Vp-p。接收机应能够对接收到的信号进行放大、解调，还原出原来的音频信号，经过音频功率放大后通过扬声器输出，声音应清晰响亮，无明显失真。
模拟信道制作完成后， 测得增益最大处频率为213kHz，幅度衰减到一半时频率约为40KHz，带宽约为80KHz。
所制作信道为中心频率210kHz左右，带宽为80KHz的无源带通滤波器。要该通过信道实现通信，需要将话音/遥控信号调制为频率处于通频带中的已制信号，再在出信道后用对应的解调方式进行解调，加功放弥补信道衰减，从而实现话音信号和遥控信号在该模拟信道中的单向通信。

2.2 方案比较
幅度调制方案：其中发射机如图2-1 调幅发射机框图所示，接收机如图2-2 调幅接收机框图所示。

图2-1 调幅发射机框图

图2-2 调幅接收机框图
2、频率调制方案：其中发射机如图2-3 调频发射机框图所示，接收机如图2-4 调频接收机框图所示。

图2-3 调频发射机框图

图2-4 调频接收机框图

文氏振荡器方案一：

文氏振荡器方案二：

文氏振荡器方案三：

三极管功放方案一：

三极管功放方案二：

功率放大器方案一：

功率放大器方案二：

乘法器方案一：

乘法器方案二：

检波器方案一：

检波器方案二：

2.3 系统结构设计
选用幅度调制方案：
1、发射机部分：
话音信号和遥控信号切换进入乘法器，用文氏振荡器产生约200kHz的载波对信号进行调制，调制信号经过功率放大器后进入信道，如图2-5 调幅发射机方案图所示。

图2-5 调幅发射机方案图所示
2、接收机部分：
信号从信道出来，经过二极管检波器进行解调，之后经过功率放大器进行放大，放大后的信号分路给扬声器或解码器，播放声音或显示指示灯，如图2-6 调幅接收机方案图所示。

图2-6 调幅接收机方案图

2.4 具体电路设计

文氏振荡器：

功率放大器：（LM386用proteus单独仿真）

乘法器：

检波器：

输入信号
文氏振荡器
乘法器
信道
二极管包络检波
输出

3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程

乘法器：
如图2-10 乘法器连接图中给了一个-4v的偏置电压，后来为了方便最后调试，在633的X2管脚加了一个抬升调制波包络的电位器，将-15V分压给X2管脚，调节包络厚度，波形如图2-11 乘法器仿真波形图所示。

图2-10 乘法器连接图

图2-11 乘法器仿真波形图

用了一个电位器去给-15V的直流稳压电源分压给偏置，调节电位器，使包络没有产生过调幅为止。

文氏振荡器：
先调节两个电位器使其产生一个频率为210K的左右的正弦波（信道中心频率为210K），再用一个电位器给输出分压，调节分压电位器使输出峰峰值为3V到4V左右。
根据信道参数，振荡器的输出频率需要200kHz，其中选用C=250pF，根据式2-1可以求出，R=3.18kHz。文氏振荡器电路如图2-8 文氏振荡器图所示，输出波形如图2-9 振荡器仿真波形图所示。
（式2-1）

图2-8 文氏振荡器图

图2-9 振荡器仿真波形图

包络检波器：
在二极管包络检波电路中，截频需略大于3.4kHz，根据式 2-2可以计算出RC>4.7X10^(-5)。得到的电路图如图2-12 包络检波连接图所示，波形如图2-13 包络检波仿真波形图所示。
（式 2-2）
用式 2-2计算出了电容电阻大小后，解调总是会有失真和噪声。最后我把电阻替换成了电位器，一边调一边看仿真波形，发现可以解调出带有高频噪声的正弦波。等实物做出来再根据影响大小考虑要不要再加一个滤波器。

图2-12 包络检波连接图

图2-13 包络检波仿真波形图

实际焊接中用电位器与固定电容并联，调节电位器使1/2piRC大概为信号发生器输出频率，解调后波形较细。

低通滤波：
调节电位器后使解调后的信号高频成分少。

功率放大器：
通过所设电位器以分压方式调节运放输入电压，改变输出电压，起到调节增益的作用。应在实物完成后根据解调出的方波幅度进行调节。其中功率放大器连接如图2-16 功率放大器连接图所示，波形如图2-17 功率放大器仿真波形图所示。

图2-16 功率放大器连接图

图2-17 功率放大器仿真波形图
编码解码:
PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。PT2272 对从Din 端子送入的信号进行解码。所送入的编码波形被译成字码，它含有码地址位，数据位和同步位，解码出来的地址码与所设置地址输入端进行比较。
PT2262 内置振荡回路,通过在OSC1 和OSC2 端外接一个电阻可构成一个精密的振荡器。为确保PT2272 能正确地对接收到的波形解码，要求PT2272 的振荡频率与PT2262 的频率相匹配。
根据振荡频率计算表达式如式2-3，计算出PT2262振荡电阻选为1.2M欧，PT2272振荡电阻选为200K欧。
（式2-3）
编码器与解码器的连接电路图分别如图2-18 编码器连接图和图2-19 解码器连接图所示。

图2-18 编码器连接图

图2-19 解码器连接图

3.1 制作与调试流程
首先按照电路图将各单元在面包板上进行连接，并且使用信号发生器与示波器进行测试，当测试成功之后再将各个单元焊到电路板上。具体的焊接顺序是首先是信道，之后模拟部分的顺序是发射机功率放大器、接收机功率放大器、文氏振荡器、前置放大器、乘法器、检波电路、音频输入口和扬声器，数字部分的顺序是编码器、解码器、脉冲整形、开关和发光二级管。在调试文氏振荡器的时候，我们将载波频率调制信号的中心频率210kHz上。在各个部分都调试成功之后，先将模拟部分与信道连通并进行调试。然后将数字部分不通过调制与信道直接接通进行调试。然后再将数字部分通过信道传输，发现衰减十分严重，于是将数字部分的编码器输出接入乘法器进行调制，利用开关进行控制。之后对乘法器的偏置与接收机检波电路中的电阻同时调整。由于检波电路中对于数字部分与模拟部分的频率要求不同，往往是模拟部分解调的好的时候数字部分的解调信号解码器无法识别，所以要找到一个点，能够同时将数字部分与模拟部分解调出来。
3.2 遇到的问题与解决方法
数字部分电路电源为正负3V，而电源选用为正负15V直流稳压电源，所以采用电位器分压。
乘法器输出太大，调小峰峰值又会改变频率，这里也采用电位器分压。
解调后的信号较粗，高频成分多，随后在解调输出用部分加了一个RC低通滤波器，高频成分被滤除很多。
LM386经常坏，经同学提醒原来是在调试时不能接好电源后开启，应该先开启电源，调至0V，再接入电路，然后调试时慢慢将电压升至15V。
4 系统测试
4.1 测试方法
信道的调试：
将信号发生器接至信道左端输入，输入接红线，黑线接地；示波器接至信道右端。使用信号发生器输入一个Vpp=2V的正弦波，调节频率并在示波器上找出振幅最大的频率为中心频率，记录此时的信道输出Vppmax，与2V相比计算衰减量。将频率调大，使示波器振幅为Vppmax的一半，记录此时频率fup。再将频率调小，是为Vppmax的一半，记录此时频率fdown。则带宽B为fup-fdown。

文氏振荡器的调试：
文氏振荡器是产生载波的模块。将发射机的电源及地线分别接好，用示波器测量振荡器输出端口。使用示波器测量振荡器的输出频率。调节两个电位器共同调整振荡器的频率与幅度，将频率调制信道的中心频率附近。再调节分压电位器使输出在3到4V左右。

乘法器的调试：
乘法器是调幅模块。将一个频率在1k-4kHz、幅度近似为500mV的正弦波输入到发射机输入端口。用示波器测量乘法器输出端口，乘法器调试连接图所示。旋转电位器，调节乘法器的偏置电压，使包络没有过调幅。

5 系统使用说明
5.1 系统外观

6 总结
6.1 本人所做工作
由于一个人一组，所以我做了所有工作。

6.2 收获与体会
由于这是本科阶段最后一次电工实验了，我决定好好抓住这次机会，锻炼自己的能力，于是我决定不与同学组队了，要自己独立完成这次课程设计的任务。
刚开始拿到设计题目后，并没有明确的思路，于是我去网上查找了许多有关的资料，再结合老师给的参考元件，慢慢整理了一些头绪出来。我了更好了完成设计，我把这次设计任务细分了很多小块，比如设计一个正弦波发生器，设计一个功率放大器，设计一个乘法器，设计一个包络检波器，设计一个低通滤波器等等。然后我再按细分下来的任务，一点一点去完成。
最先做的就是仿真，通过这次仿真我发现Mutisim真的是一款非常好用的软件，只要耐心的搭建电路图，一些功能都能很好的通过这款软件体现出来，但是也要注意仿真结果往往和实际结果有着很大的差别，所以有部分电阻在按仿真结果焊接时最好用电位器代替。
设计好电路后就得去中发市场买元件了。在中发逛的时候一定要小心代购集团，这些代购的摊位卖的东西并不多，但是他们却很清楚你所想要的东西在哪能买到，当你问他们你所想要的东西时，他们会骗你说有卖，但是得去仓库拿，其实他们是跑到专门卖你所想要的东西的店铺里去拿货，然后再以比专卖店更贵的价格卖给你，从而赚取差价。所以在中发逛的时候一定要货比三家，更要注意店铺上方的标牌上所写的专营的物品，比如电阻就尽量去电阻专营店买，电容就尽量去电容专营店买，那些一直拿着电脑查的商家的店铺千万不要去。
买好材料后就是进行焊接的工作了。焊接我推荐使用三联板，有些同学觉得三联板比较麻烦，线路比较复杂，更倾向于单联板，然后用拖焊的方法来焊接。其实只要你仔细把三联版的特点摸透后，焊接起来能省很多事，而且用单联板拖焊稍有不慎就容易短路，而三联板的内置铜线能让你省很多导线和焊锡，并且接地接电源都很方便，因此我推荐使用三联版来进行焊接。
焊接好电路后就是调试了。调试时一定要注意不能把电路电源都接好后再直接启动电源，这样做的话电源产生的瞬时峰值可能会烧坏你的芯片，所以要把电源先调0V接入电路，接好电路后再慢慢调高电源电压值。然后实验室里的示波器有两种，一种是数格子数读值，这种示波器波形效果显示的非常清晰，包络看的也非常清楚，但是又很多示波器格子数与真实值不对应，读值很不准确；另一种示波器是数字的，这种示波器有自动读数功能，能自动显示输入信号的频率、峰峰值等，但是这种示波器显示效果不如数格子的示波器来得好。所以在调节文氏振荡器的发射频率时建议使用数字示波器，而在调节包络避免过调幅时建议使用数格子读数的示波器。
历时大半个月的焊接调试后，在我听到扬声器里传来清晰的声音时，内心的成就感顿时油然而生，特别开心，这是我第一次独自一人完成这么浩大的工程并且成功的实现了功能，相信这将是我这一生中的难忘经历。
6.3 对本课程的意见与建议
希望学校能组织团购元器件，自己去中发买元器件本来就开销很大，而且还容易被一些不法商家和黑心商家坑蒙。

7 参考文献
（列出在本设计中参考的有关文献，包括书籍、论文、网上信息等。书写格式应符合以下规定。顶格写，按“作者.书名或文题.地名:出版社(或期刊)名,出版年份(或期刊卷期次)：页码”（中译本应在书名后加译者名）的次序排列。）
示例：
[1] 侯建军.数字电子技术基础（第二版）.北京：高等教育出版社，2007
[2] 付兵.基于Word文档的电子作业防拷贝研究.荆州：长江大学学报<自然版>理工卷，2007（4）.1:69-70
[3] 放大器的噪声来源.与非网. 932701292163761.html?sort=1111_1118_1428_0
[4] LM124/LM224/LM324/LM2902 Low Power Quad Operational Amplifiers. National Semiconductor Corporation,1999
目 录
第一章 总论 1
第一节 项目背景 1
第二节 项目概况 2
第二章 项目建设必要性 5
第三章 市场分析与建设规模 7
第一节 汽车市场需求分析 7
第二节 市场预测 12
第三节 项目产品市场分析 13
第四节 建设规模 16
第四章 场址选择 17
第一节 场址所在位置现状 17
第二节 场址建设条件 17
第五章 技术方案、设备方案、工程方案 22
第一节 技术方案 22
第二节 设备方案 28
第三节 工程方案 33
第六章 原材料、燃料供应 38
第七章 总图布置与公用辅助工程 39
第一节 总图布置 39
第二节 公用辅助工程 43
第八章 环境影响评价 52
第一节 环境保护设计依据 52
第二节 项目建设和生产对环境的影响 52
第三节 环境保护措施 54
第四节 环境影响评价 56
第九章 劳动安全卫生与消防 57
第一节 劳动安全卫生 57
第二节 消防 64
第十章 节能与节能措施 67
第一节 项目概况 67
第二节 项目综合能耗 69
第三节 节约及合理利用能源的主要措施 71
第十一章 项目实施进度与人力资源配置 76
第一节 建设工期 76
第一节 项目实施进度 76
第二节 生产组织与人员培训 79
第十二章 投资估算与资金筹措 82
第一节 建设投资估算 82
第二节 总投资估算 86
第三节 资金筹措 86
第十四章 财务效益分析 88
第一节 财务评价基础数据与参数选取 88
第二节 销售收入及销售税金估算 89
第三节 成本费用估算 89
第四节 财务评价 91
第五节 不确定性分析 93
第十三章 风险分析 95
第十四章 结论与建议 97
第一节 研究结论 97
第二节 建议 97

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