微功率电报收发信机设计毕业论文

1、石河子大学信息科学与技术学院毕业论文课题名称：微功率电报收发信机设计学生姓名：李远波2009082350学 院：信息科学与技术学院专业年级：电子信息工程2009级指导教师：刘恩博副教授完成日期：二一三年六月八日目 录第一章 引言11.1 无线通信的概念11.2 课题的研究背景及意义11.2.1 无线电传输的发展历史11.2.2 无线电的应用11.2.2 无线通信中收发电路的研究意义21.3 课题研究的主要内容2第二章 无线收发的基本组成及工作原理32.1 通信系统的基本结构32.1.1 通信系统的结构框图32.1.2 无线通信系统的分类32.2 无线收发电路的调制与解调32.2.1 调制与解调

2、的基本概念32.2.2 幅度调制与解调42.2.3 ask的调制与解调62.3 无线收发电路的基本组成92.3.1 无线发射电路的基本结构及原理92.3.2 无线接收电路的基本结构及原理9第三章 基于dds的微功率电报收发信机设计113.1 无线收发电路总体设计113.2 无线发射电路的设计123.2.1 本振电路的设计123.2.2 功率放大器的设计193.2.3 滤波电路的设计223.3 无线接收电路的设计253.3.1 一般接收机的主要功能规格253.3.2 混频电路的设计263.3.3 音频放大电路设计273.3.4 收发控制电路设计28第四章 焊接调试30第五章 总结34参考文献35

3、致谢36附录a 硬件原理图、pcb图、实物图37附录b 源程序39摘 要学生：李远波指导老师：刘恩博微功率电报收发信机是基于cw等幅波，利用莫尔斯码的点和划来发送信息，收信和发射两部分都装置在一个机箱或机架上的通信设备。发射功率较小，适用于移动电台。著名的莫尔斯国际电码用“.”(嘀)和“”(嗒)的长短信号的不同组合来表示字母、符号，并组成单词和句子。而通过电键的闭合和断开，可以很容易地产生长、短的等幅波振荡信号。cw发射机一般为晶体控制振荡的发射机，发出的信号在频谱上占的有效宽度较窄，约为400hz。该设计是基于at89s52型号单片机、ad9850信号发生器、混频电路、功率放大电路、滤波电路

4、设计的。能够实现单片机控制收发时的本振频率、电键控制发送和接收模式完成收发过程。整个模块成本低并且稳定。本文详细介绍了该模块的软硬件设计。关键词：收发信机，莫尔斯码，ad9850，cw等幅波abstractstudent：liyuanboinstructor：liuenbo micro transceiver is based on the cw power continuous wave.dots and dashes of morse code is used to send information,both parts received andlaunching device in a

5、case or chassis of communications equipment.transmitted power is smaller,suitable for mobile station.famous international morse code using . (di) and - (click) the length of the signal is a different combination of letters,symbols,and form words and sentences.and through the closing and opening of k

6、ey,which can be easily real estate growth,short of the continuous wave oscillation signals.the cw transmitter is commonly crystal-controlled oscillation of transmitter,the signal on the spectrum of the effective width of the narrow,about 400 hz.this is based on the at89s52 microcontroller,ad9850 sig

7、nal generator,mixing circuit,power amplifier circuit,filter circuit design.when can send and receive single-chip microcomputer control of the vibration frequency,complete the sending and receiving process key control sending and receiving mode.the whole module is low cost and stable. this paper intr

8、oduces in detail the hardware and software of the module.keywords：at89s52，mixing，lm386， filter networ第一章 引言1.1 无线通信的概念无线通信就是利用无线收发电路发射和接收信号，主要用在人们日常生活中的信息的传播。无线收发电路可分为发射电路和接收电路，发射电路直接把信息转换成电磁波在空中传播；接收电路则是把接收到的电磁波再还原成人们所需要的信号1。1.2 课题的研究背景及意义1.2.1 无线电传输的发展历史在人们的日常生活中，需要把自己有信息发送出去，然后在另一个地方接收到这个信息，我们称之为

9、通信。通信的主要任务就是传输消息，一般含义就是发送者到接收者的消息传递，利用某种信号实现消息传送的系统称之为通信系统。人们最早的传递信息方式是在视线范围内来传播，例如用火炬、烽火、旗语等来传播信息。早在1865年，麦克斯韦从电磁理论研究中就预言电磁波能以波的形式向外传播，其速度与光速相同2。1887年德国物理学家赫兹以著名的电火花放电试验证明了麦克斯韦的预言。在19世纪末的时候，由于电磁场理论的发展成熟，人们开始研究用无线电波也就是电磁波来传递信息，这标志着现代无线电通信的开始。其中最著名的就是马可尼，一个意大利的年轻人。他在1895年，用他自己设计的无线电传输的装置进行了2.5千米的无线电报

10、传输试验。几年后的英吉利海峡和大西洋之间无线通信试验的成功，标志着现代无线电的诞生。在马可尼无线电发报机试验成功后，很多业余无线电开始进行无线发报机的研究，所以频率范围的应用是一个不得不解决的问题。由于无线电波的传输是没有方向和国界的，因此频率的划分必须由各个国家进行协调，例如遇险和求救的信号必须得到保护。在19世纪初在德国举行无线电大会开始进行对频率的初步划分，到1912年正式制定了各种无线电业务划分频率。1.2.2 无线电的应用最初的无线电应用就是发报机，例如在1898年，英国就开始用发报机营救海上的遇难者。然后人们开始研制出来播放语音和音乐的无线广播电台，直到现在人们还用收音机来收听新闻

11、和音乐，成为日常生活中一个重要的信息来源。当人们实现了用无线电波传送声音以后，就开始思考如何能传送视频信号。由于视频信号量比较加大，传送视频信号需要较高的频率，比广播信号的几百khz要高得多，一般需要几十兆到上百兆的频率。最早的无线传播技术只能传播静止的图像，直到兹沃雷金研制成功电子显像管和光电摄像管，现代电视的技术才基本完成。电视为以后社会的发展当中，为人们传播信息、普及知识和娱乐生活起了非常重要的作用。电磁波的波长和传输方向有很大的关系：波长越长，电磁波的绕射性越好；波长越短，电磁波的方向性越强，遇到障碍物容易反射。根据电磁波的这个特性，利用电磁波的发射和反射，可以用来测试距离，雷达也是利

12、用了电磁波的这个特性来研制的。到了20世纪60年代，为了让短波的电能够有更远的传播距离，美国研究低空卫星的通信技术。到了1964年，利用卫星作为调频中继，开始用短波进行通信，实现了全球的无线电通信和电视的转播。在近几年的日常生活中，无线传输发挥着越来越重要的作用，我们几乎每天都要用到无线电通信技术的东西。我们每天都在使用的电视机、玩具遥控器和无线钥匙等就是用红外无线发射信号来实现遥控的；平时用的手机、无线路由器、无线鼠标键盘等都是用射频进行通信；近几年发展id技术，也是利用高频信号来进行传递信息的。所以，我们的现代日常生活离不开无线通信技术3。1.2.2 无线通信中收发电路的研究意义无线通信主

13、要由信息处理，采集，调制和解调方式，编码，占用的频率和频带，收发电路等几部分组成。收发电路模块在无线通信系统中是一个非常重要的部分，它影响着无线通信系统通信距离的远近，通信效果的好坏,它直接影响到无线通信的效率和结果。所以，研究无线收发电路无线通信有着非常重要的意义。1.3 课题研究的主要内容本课题主要设计无线通信系统中的一种cw微功率电报收发信机，主要包括发射电路中振荡电路，滤波电路，和功率放大器；接收电路中的混频方式，音频放大电路。课题研究的主要内容有：1) 学习基于cw的高频无线通信原理和功率放大，滤波电路技术。2) 实现设计微功率收发信机并完成收发信息。3) 了解无线电发展历程和相关技

14、术。第二章 无线收发的基本组成及工作原理2.1 通信系统的基本结构2.1.1 通信系统的结构框图一个完整的无线通信系统一般由输入能转换器、发射设备、传输信道、接收设备、输出能转换器等5部分组成4。无线电传输的主要通道，一般为大气层。图2-1是通信系统的基本框架图。图2-1 无线通信系统的基本组成2.1.2 无线通信系统的分类 无线通信的分类有很多种，分类的主要依据有传输方式、频率的不同和通信的用处等几种5。1 根据通信方式的不同，可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信；2 根据调频方式的不同，可以分为调幅、调相、调频等；3 根据传输频率的不同，可以分为中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信

15、和卫星通信；4 根据传输类型的不同，可以分为数字通信、模拟通信等； 无论上面的通信方式是哪种类型，他们的基本结构都是一样的，他们的工作原理也都是相似的。2.2 无线收发电路的调制与解调2.2.1 调制与解调的基本概念发送端部分一般包括能源转换器、发射电路和发射天线等几个部分。输入能转换器一般作用是把准备发射的信息转变成可以发送的基带信号，例如我们要发送的文字信息。那么就要把文字信息转换成电信号或者光信号才可以传输，这个转换器就是我们所说的输入能转换器。一般情况下，转换后的信号含有直流分量，而且信号的频率比较低，我们称这样的信号为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一

16、个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输，这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。我们把这个频率非常高的信号称之为载波。调制即使用调制信号的幅度、相位或者频率，随着基带信号的幅度改变而改变。然后，把我们已经调制的信号进行放大，放大到足够的功率经过天线进行发射，发射天线把高频的振荡信号转变成电磁波向外进行辐射6。解调就是在接收端，用天线把天空中的电磁辐射，转换为高频振荡信号，然后把高频振荡信号经过转换电路，去掉载波还原成原来的基带信号，这个过程称为解调。然后基带信号可以经过输出换能器，转换成我们所需要的信息，例如声音、文字等。调制有很多种类，根据调制信号的不同可以分为数字调制和模

17、拟调制。模拟调制就是调制信号为模拟信号，同理数字调制就是调制信号为数字信号。根据控制高频载波方式的不同，如果载波为正弦波，那么可以分为幅度调制、频率调制和相位调制。其实从调制原理上看，就是用调制信号的幅度来控制载波的幅度、频率和相位的变化来按照一定规律变化的过程，而解调就是把这个有规律的变化还原成基带信号的过程。现在的通信技术中，一般都是采用数字信号调制技术。数字通信技术比模拟通信技术有很多优点：第一，数字通信技术的抗干扰能力有很大提高，这是因为模拟信号很难分离在传输工程中叠加的干扰噪音，这些噪音经过放大后很难再去除，而且严重影响通信的质量，但是这些噪音在数字信号很容易得到解决。第二，数字信号

18、适合远距离传输，因为数字信号在中继站中很容易去除噪音还原成原来的信号，所以可以提供高质量的传输。第三，数字信号容易用在不同通信要求的设备中，可以很容易实现加密处理，方便采用大规模集成电路等特点。下面介绍最常见的模型信号am和数字信号ask的调制与解调。2.2.2 幅度调制与解调幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图2-2所示。图2-2 幅度调制器的一般模型图中，m(t)为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为 m(t)cosctsmt=*h(t) (式2-1) sm=12m+c+m-c()

19、 (式2-2)式中，为调制信号m(t)的频谱，为载波角频率。由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。调制过程的逆过程叫做解调7。am信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。am信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。1) 相干解调 由am信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号8。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的

20、原理框图如图2-3所示。图2-3 相干解调原理框图将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得samtcosct=ao+mtcos2ct=12ao+m(t)+12ao+m(t)cos2ct(式2-3)由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将与分离，无失真恢复出原始的调制 mot=12a0+m(t) (式2-4) 相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。2) 包络检波由的波形可见，am信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号9。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如图2-4所示

21、。 图2-4 包络检波器一般模型 图2-5为串联型包络检波器的具体电路及输出波形，电路由二极管d、电阻r和电容c组成。当rc满足条件 (式2-5)时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即 (式2-6) 包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由lpf滤除。包络检波解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅(am)式接收机都采用这种电路。图2-5 串联型包络检波器电路及其输出波形2.2.3 ask的调制与解调数字调制一般就是采用数字信号来控制载波的振幅、频率和相位。数字调制又称为键控

22、。数字调制根据调制的类型又分为振幅键控(ask)、频移键控(fsk)和相移键控(psk) 10。其中ask是用基带信号控制正弦载波变化的数字调制，所以ask调制容易实现，电路比较简单。即数字振幅调制ask的基带信号就是用矩形脉冲表示二进制信息序列。1用矩形高电平表示，0用低电平表示。如图2-6所示，当s(t)=1时，输出为高电平；s(t)=0时，输出为低电平。调制的过程好像开关控制信号，所以又叫做开关调制，或者称为振幅键控。图2-6 ask信号波形ask信号的产生方式有两种：一种是利用模拟乘法器，就是用数字信号和载波进行相乘；第二种是利用键控的方法，利用基带信号控制开关电路来实现调制。图2-7

23、 ask调制过程图从上面的分析可以看出，ask调制方式和模拟信号中的调幅方式有很大的相似之处。所以，对于ask的解调方式也有两种方式：一种是非相干解调即包络检波法；另外一种是相干解调法即同步检波法。2.3 无线收发电路的基本组成2.3.1 无线发射电路的基本结构及原理下面就是无线发射电路的框图，图2-8为一般的调幅发射电路。主要由振荡器、高频功放、音频功放、调制电路和发射天线几部分构成。本地振荡器的作用是提供稳定的高频载波，一般可以由lc振荡电路实现。如果精确性要求高，可以用石英晶体振荡器。缓冲级的主要作用是：减少后面的电路对振荡器的影响；增加振荡电路的驱动电流等几个方面。高频功放的主要作用是

24、把振荡器输出的载波进一步放大，适合混频器和输入的信号进行混频。有的振荡器振荡频率比较低，但是载波需要很高的振荡频率，而高频率振荡器又不容易设计，所以需要对原有的频率进行倍频，以适应载波的需求。图2-8 一般调幅方式的发射电路组成框图2.3.2 无线接收电路的基本结构及原理 无线接收电路的作用就是把接收到的信号，还原成原来的调制信号。一般情况下接收电路必须有以下特性：由于在接收电路端接收到的信号都很微弱，所以接收机必须有很大的增益；发射电路发射的调制信号频率是固定的，接收的电路必须要有选择性，接收已调的频率差很小的信号；接收电路具有检波功能，生成一个我们可以应用的信号。根据以上的分析，我们知道接

25、收电路一般由以下几个部分构成：接收天线、带通滤波器、高频功率放大器、混频器、中频放大器和检波器等几个部分构成11。图2-9就是一个超外差电路典型的接收电路框图。图2-9 超外差无线接收电路框图混频器是接收电路一个非常重要的部分。它的作用是把高频功放输出的信号f(c)和来自本地振荡器的信号f(l)进行相乘，然后输出f(c)和f(l)的和或者差值，即f(i)=f(c)f(l)。其中f(i)是一个固定值，称之为中频。混频器的目的就是把接收到的信号变成我们方便处理的信号f(i)，一般取的都是差值f(i)=f(c)-f(l)，所以这种接收方式称为超外差接收。本地振荡器产生的高频振荡信号用来生成f(i)=

26、f(c)f(l)。由于f(i)直接影响到处理信号的稳定性，而且其值是一个稳定值，所以当f(c)改变的时候，f(l)必须相应的加以改变。 高频放大器是由一级或者几级小信号谐振放大器组成的低噪声放大器。它的作用是利用其本身的谐振网络，把天线中的有用信号选择出来，然后再进行放大。因为要接收的信号频率f(c)会根据需要而变化，所以谐振放大器的中心频率必须可调，所以有的时候还需要自动频率调节的电路。高频放大器必须有很高的稳定性，所以其增益不会太高，一般不会超过15db。 第一级bpf的中心频率比较高，带宽也比较宽，主要用于选择频带。而第二级bpf的中心频率比较低，因此带宽也是比较窄，作用主要是选择信道。

27、第一级带通滤波器放在高频放大器前面，有利于滤除外面的信号干扰，放在低噪声放大器后面，有利于滤除低噪声放大器产生的非线性干扰。由于带通滤波器没有放大作用，接入一级就会增加一级的衰减，所以设计滤波器的时候应该考虑到它的损耗作用。 中频放大器是由多级的小信号放大器组成的，且带有选频作用的中心频率稳定的带通放大器，中频放大器常常带有自动增益控制的电路(agc)。信号从天线接收到，要进行100db20odb的功率放大才能进行检波，为了放大器能稳定的工作，避免放大器自激，放大器在一个频带内通常不超过5060db。在超外差接收机中，将整个电路的增益分配到高频放大器、中频放大器和基带放大器3个频带上，其中中频

28、放大器在较低的频率上作窄带高增益放大器比在射频波段作高增益放大器要容易稳定的多11。第三章 基于dds的微功率电报收发信机设计3.1 无线收发电路总体设计在无线收发电路中，除了检波电路和低频放大电路外，大部分电路都是高频信号电路。它包含了高频信号产生、信号的放大、混频、调制和解调电路。这些电路的构成既有分立元件，也有集成元件；既有有源器件也有无源器件；既有线性电路也有非线性电路12。由于本设计为cw等幅电报收发信机，收发功率较小，电路结构简单。所以我的无线发射电路框图如下，使用单片机编程控制ad9850信号发生器产生标准的正弦波本振信号或者由晶振与旁路电容构成的克拉泼振荡电路产生本振。图3-1

29、 本设计无线发射电路的框图图3-1为本设计所用发射机框图。从单片机输出的本振信号(等幅正弦波)，当开关电路接通后，进入高频功率放大器放大之后，通过滤波网络滤除谐波，通过发射天线进行发射出去。本毕业设计中，在借鉴前人的基础上，设计发射和接收时共用同一个电路，该电路既作为发射时的功率放大，又做接收时的混频。没有使用中频放大和倍频器。而因为这是接收和发送cw等幅正弦波，相当于载波，故不需要检波电路。混频电路的主要目的是将本振和接收的信号之间的差频信号解调出来，这就是cw的音频信号。电路框图如下。图3-2 本设计无线接收电路框图3.2 无线发射电路的设计3.2.1 本振电路的设计振荡器是任何通信系统的

30、重要组成部分，是无线电接收机、电视机中的最常见的一个部件。例如在移动通信系统中的发射机和接收机中的高频振荡器；各种mcu、cpu中的时钟信号；有些测量工具中的基准信号，都是离不开振荡器的。在无线通信系统中，最常用的是正弦波振荡器和方波振荡器，正弦波主要在通信系统当载波使用。而方波振荡器主要在数字电路中使用，如数字电路中方波的脉冲调制、cpu、mcu等电路中的时钟源，数字信号也是由方波的高低电平组成的。随着技术发展，dds(直接数字频率合成)技术具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，在电子仪器和通信领域广泛使用，成为其全数字化的关键技术。(一) 放大器和振荡器的关系从能量的分析方法，

31、都是在放大电路中加选频网络，从选频网络中正反馈到放大器的输入端，这样就能够把直流信号的能量转换为交流信号的能量，供电路使用。基本原理和放大器的交流放大是相同的。所以，正弦波振荡器就是一种不需要外加信号，自动将电路的直流分量转换为交流分量的，并且交流分量频率和幅度是稳定的。所以正弦波振荡器也是一种反馈的放大器，只是反馈回路的频率是稳定的。图3-3就是一种基本的正弦波调谐放大器，如果反馈的u(i)与u(o)等频率，等相位，就可以使u(f)取u(o)的一部分，然后反馈到输入端，代替图中的u(i)，如图3-4中所示的电路，就构成了一个变压器藕合的振荡器。图3-5是一个反馈型振荡器的基本方框图，是由高频

32、放大器、谐振网络和反馈回路构成。在图中，把高频放大器和谐振网络连起来，就是一个高频谐振放大器，反馈网络一般由反馈电感线圈和电容组成。谐振网络谐振时，三极管的集电极等效为一个r(p)，根据电路图反馈线圈同名端的连接可知，u(f)和u(o)是同相，所以该反馈是正反馈。基本放大器、选频网络和反馈网络，构成了一个闭环的正反馈13。 图3-3 调谐放大器 图3-4 反馈振荡器图3-5 反馈振荡器的基本框图(二)本设计中的本振电路在本设计中，采用两种方案设计本振电路，一种是dds直接数字频率合成技术芯片ad9850，另一种是利用7.023mhz晶振设计克拉泼电路，振荡频率由晶振决定。a) ad9850振荡

33、电路设计采用dds（直接数字频率合成）技术的ad9850芯片产生7.023mhz本振信号。关于ad9850信号发生器的原理将在以下做介绍14。ad9850内部结构图如下。图3-6 ad9850内部结构框图ad9850内含可编程dds系统和高速比较器，可实现全数字编程控制的频率合成。可编程dds系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个n位相位寄存器组成，这里n一般为32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长m递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0360范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息

34、映射成正弦波幅度信号，然后驱动dac 输出模拟量。相位寄存器每过2n/m个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相应地输入正弦查询表。每经过一个循环也回到初始位置，从而使整个dds系统输出一个正弦波。输出的正弦波频率fout=m*fc/2的n次方(fc为外部参考时钟频率)。ad9850采用32位的相位累加器将信号截断成14位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10位后输入到dac，dac再输出两个互补的电流。dac满量程输出电流通过一个外接电阻rset调节，典型值3.9千欧。将dac的输出经低通滤波后接到ad9850内部的高速比较器上即可直接输出方波。在125mhz的时钟下，32位频率控制字可

35、使ad9850输出频率分辨率最低达0.029hz。ad9850有40位控制字，32位用于频率控制(低32位)，5位用于相位控制，1位用于电源休眠(powerdown)控制，2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行或串行方式输入到ad9850。在并行装入方式中，通过8位总线d0d7将数据输入到寄存器，在w-clk的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，在重复5次之后再在fq-ud上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新dds输出频率和相位)，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。ad9850的复位(reset)信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5个参考时钟

36、周期。ad9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率(单片机at89s51，一般使用12m晶振)，因此ad9850的复位(reset)端可与单片机的复位端直接相连。单片机与ad9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式，但为了充分发挥芯片的高速性能，应在单片机资源允许的情况下尽可能选择并行方式。i/o方式的并行接口电路比较简单，但占用单片机资源相对较多，图3-7是i/o方式并行接口的电路图，ad9850的数据线d0d7与p1口相连，fq-ud和w-clk分别与p3.0(10引脚)和p3.1(11)引脚相连，所有的时序关系均可通过软件控制实现。 图3-7 i/o方式并行接口电路图 将

37、dds控制字从高至低存放于30h至34h中，发送控制字的汇编程序如下： mov r0， #05hmov r1， #30h dd: mov p1， r1 setb p3.1 clr p3.1 inc r1 djnz r0， dd setb p3.0 clr p3.0 end 在程序中，每将一字节的数据送到p1口后，必须将p3.1(w-clk)置高。在其上升沿，ad9850接收与p1口相连的数据线上的数据，然后将p3.1置低，并准备下一字节的发送，连续发送5个字节后，须将p3.0(fq-ud)再次置高，以使ad9850根据刚输入的控制字更改频率和相位输出。随后再置p3.0为低，准备下一组发送。单片

38、机的p3.0、p3.1引脚为串行口，当被占用时，w-clk和fq-ud引脚也可与其它i/o脚相连，这时需要修改相应的发送程序24。在本设计中使用c语言编程，控制函数的程序如下。/定义端口号sbit ad9850_w_clk=p22；/p2.2口接ad9850的w_clk脚sbit ad9850_fq_up=p21；/p2.1口接ad9850的fq_up脚sbit ad9850_rest=p20；/p2.0口接ad9850的rest脚sbit ad9850_bit_data=p17；/p1.7口接ad9850的d7脚/p1为默认的8位数据口/向ad9850中写命令与数据(并口)void ad98

39、50_wr_parrel(unsigned char w0，double frequence) unsigned char w； long int y； double x；/计算频率的hex值 x=4294967295/125；/适合125m晶振 frequence=frequence/1000000； frequence=frequence*x； y=frequence；/写w0数据 w=w0； p1=w； /w0 ad9850_w_clk=1； ad9850_w_clk=0；/写w1数据 w=(y24)； p1=w； /w1 ad9850_w_clk=1； ad9850_w_clk=0；/

40、写w2数据 w=(y16)； p1=w； /w2 ad9850_w_clk=1； ad9850_w_clk=0；/写w3数据w=(y8)；p1=w； /w3ad9850_w_clk=1；ad9850_w_clk=0；/写w4数据w=(y=0)；p1=w； /w4ad9850_w_clk=1；ad9850_w_clk=0；/移入始能ad9850_fq_up=1；ad9850_fq_up=0；本设计中，ad9850模块与单片机连接电路如下所示。其中串行模式下，ad9850的q7，w_clk,reset,f_qup端分别接单片机at89s52的p1.7，p2.0，p2.1，p2.2。ad9850产生

41、的信号如下所示：图3-8 示波器显示ad9850模块产生的正弦波经观测，f=7.023mhz，vpp=1.01v。b) 晶体振荡器 我们常说的晶体振荡器(crystalosciuator),实际上是一个以石英晶体控制的振荡器,一般都称为晶体振荡器。由于石英晶体串联谐振的时候有很高的q值,所以其组成的晶体振荡器有很高的稳定性。而且随着现代通信的发展,各个频道之间频率带宽的限制,信号的频率漂移对发射和接受的影响,对振荡器频率稳定系提高了要求,而晶体振荡器正好能满足这些要求。所以在现代的通信系统中,晶体振荡器得到了很好的发展15。 石英晶体由于其固有的机械谐振频率,所以具有稳定的固有频率,并且谐振时

42、候会有很高的谐振值,在串联的时候q值会高达1010,而且成本低,可以大规模的生产,所以能大规模的应用。图3-9 克拉泼晶体振荡器本设计中振荡源的另一种方案是选择7.023mhz的晶振作为振荡源，与三极管9018构成考必兹振荡器的派生电路(克拉泼振荡器)，晶振相当于电感。收发时一直保持振荡。接收时有1mw左右的振荡信号泄漏。具体电路如上图所示，利用晶体的高q和很低的c可以获得很高的频稳度。fosc= (式3-1)是晶体作为介质的静态电容，一般为几十pf，较大。是和晶体两端并联的外电路各电容的等效值，即根据产品要求的负载电容。在实际应用中一般需要加入微调电容用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶

43、体外壳上所标注的标称频率上。利用与晶振并联的电容之间作为抽头。这里取100pf500pf都可，要求电源电压9v时输出功率20mw以上。该电路的本振频率由晶振决定，三极管的静态工作点由r1和r2决定。此处的三极管只要是npn型，放大倍数在100200皆可，此处选9018三极管。三极管9018参数：t =400mhz；70；npn型通用；额压：20v；icm=60ma；小功率。设置静态参考点：ic=4ma(小功率),=150，uce=0.6vcc=0.69=5.4v；re=(vcc-uce)/ic=(9-5.4)/0.01=460，取标准值470；ur2=icre+vbe=0.004470+0.7

44、=2.6v。ur1=vcc-ur2=6.4v；r1=ur1/(10ic/150)=27k(测试为达到最大输出电压增益，取47k)；理论上该振荡器输出功率20mw以上。此外，若在晶振上串联变容二极管，可以构成电压控制型晶体振荡器。本设计中晶振部分采用串联了一个1n4148二极管，通过电键控制收发，可以控制二极管的电压和电容，达到微调晶振频率的目的。该晶体振荡器产生的信号如下如所示：图3-10 示波器显示晶体振荡器产生的波形经观测，波形略有失真，f=7.0228mhz，vpp=3.5v。3.2.2 功率放大器的设计在接收机中接受到的弱信号后，用小信号放大器放大，然后我们用耳机或者喇叭就能听得到声音

45、，或者放大到我们可以应用的信号。在发射机中，把信号用功率放大器放大，使得有足够多的能量输入天线，这样才能传播到更远的距离。所以，放大器是高频制作和实验的重心。(一)功率放大器的基础高频放大器是无线电路中发射设备一个很重要的组成部分，如果信号能够有效的进行远距离发送和接受，在发射电路中一定要有足够大的发射功率。在发射模块中，振荡器产生的高频振荡频率一般都是比较小，所以要进行有效的发送，一般要经过前置的缓冲级，中间的放大级，和后级的功率输出级这几个部分。只有这样才能反馈到后面的天线辐射上去。高频的功率放大器一般要满足以下几个要点：功率输出要足够大，效率要足够的高，非线性失真小和频率的带宽要满足设计

46、的要求等16。在放大器的设计中，高频放大器和低频放大器设计要求有很大的差别。首先是工作频率和相对的带宽要求差别比较大。一般情况下，低频放大器工作在2020000hz的频率上，频率的带宽相对比较宽，一般是用纯电阻作为负载。高频谐振功率放大器具有选频作用，所以后面一般跟着带通滤波器，带宽相对低频的放大器比较窄。其次，低频功率放大器主要对输出功率po要求比较高，电路工作在b类，a类，或者ab类工作状态。高频功率放大器后面跟滤波器，要求输出功率高的同时要求放大器的效率比较高，所以一般工作在d类，e类工作状态。所以放大器的分析参数也有所不同，低频放大器可以按照线性放大电路的分析方法进行分析和计算。而高频

47、放大器工作在c、d、e类放大状态，因此要采用非线性的分析方法进行分析。(二)功率放大器的主要技术指标 功率放大器的主要技术指标包括：输出功率、功率增益、噪声系数、工作效率、互调失真、输入/输出电压驻波比、工作电压和电流等。 输出功率：功率放大器输出功率的大小，单位为dbm。 功率增益：功率放大器在正常工作状态下，输出功率与输入功率的比值，单位为db。 噪声系数：输入信噪比与输出信噪比的比值。通常放大器的噪声系数(nf)由噪声温度(t)来表示 t=(nf-1)t (式3-2)其中t为绝对温度(290)。 工作效率：就是功率放大器所消耗的直流功率与功率放大器输出功率的比值。驻波比：主要是表示阻抗匹

48、配的程度。例如电压驻波比如下表示 vswr=1+|1-| (式3-3) =z-zoz+zo (式3-4)z为放大器输出端阻抗，z0为输入端阻抗。当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数等于0，驻波比为1。这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。(三) 工作状态的选择问题由于要提高放大器的转换效率，就要降低放大器的功率损耗，提高放大器的输出功率。对于晶体管功率放大器，可根据晶体管集电极电流的导通角的不同，将功率放大器分为a类，b类，c类，d类，e类等不同的放大器。其中a类放大器的效率最低，b类比a类的转换效率要高，同理工作在c类，比a类b类都要高，晶体管集电极功率的公

49、式为 (式3-5) 从上式中可以看出，如果增加的时候，降低，反之增加降低都可以使值降低。当导通的时间降低的时候，的值也会减少。要满足上面的这种电压和电流的相对关系，功率放大器最好工作在c类，或者d类，e类放大器状态。由于功率放大器(特别是输出级)都是大信号状态下工作，所以放大器都是工作在非线性状态，使放大器输出的信号波形产生各种失真，尤其是非线性失真。然而它的工作频率很高，相对频带较窄，因此高频功率放大器常常采用选频网络作为负载回路。通过选频回路的滤波作用，从放大器输出失真波形中，选出与输入信号相同的频率的基波分量，使输出的信号波形几乎不失真或者失真很小16。高频功率放大器按照工作频率的宽窄，

50、可以分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器以调频网络作为输出网络，或者匹配网络，所以称为调谐式功率放大器，而宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或宽带匹配电路。(四) 本设计中的功率放大电路电路图如图3-11下所示图3-11 功率放大器电路图3-11是一个小功率c类放大器，c类功率放大器被设置成高增益开关，此时小的输入信号就可以让管子迅速导电和关断，减小了管子的功率损耗，pdiss=icvce。ic或者ice大部分时间接近于零，管子只在几分之一的信号周期内有电流流过，在20%30%甚至更小。c类放大效率高，能够产生更多的功率，但信号却严重失真，变成了一连串脉冲信

51、号，故此放大器只适用于不需要线性还原输入信号的场合，如本设计的cw模式。为了产生有效的信号，需要把晶体振荡器产生的输出信号放大至少10倍，达到1/3w或1/4w左右，本设计中采用8050三极管，因为它的300mhz的增益带宽积和625mw的耗散功率17。本电路中没有偏置电阻，因为输入信号仅在信号波峰使管子导电。c类功率放大器的功率增益为(vcc-ve)/(2pinrl)。在增益为10的情况下，假设发射极两端电压约为1v,那么rl=8/(20.0210)=160。集电极没有使用电阻，而是使用高频扼流圈给管子供电，高频的输出电路就是交流负载(高频扼流圈的阻抗在7mhz约为1000，可以忽略)。其中

52、电感和电阻并联是为了去耦串联阻抗，但是如果用磁珠去藕射频扼流圈，作用会更加明显。3.2.3 滤波电路的设计(一) 滤波器的基本概念滤波器就是可以滤除波动信号的电路，是无线通信系统中一个非常重要的部分。按照滤波器的功能划分，可分为高通、低通和带通滤波器。简单的滤波器主要由数学理想化的电容和电感构成。这样设计的滤波器由于没有电阻又被称为无损耗滤波器，输入的功率在输出端都变成了有用功率。但是在实际的电路中，往往是有损耗的。低通滤波器就是让低于一定频率的信号可以通过，而高于这个频率的信号就会有很大的衰减；高通滤波器和低通滤波器的作用正好相反，就是高于一定频率的信号可以通过，低于这个频率的信号，会被衰减

53、掉；带通滤波器就是只有一定频率范围内的信号可以通过，其他的信号都会有很大的衰减18。(二) 巴特沃斯型低通滤波器的介绍 巴特沃斯型滤波器(bttter-worthfilter)有时也称为瓦格纳滤波器(wagner filter)，是现代设计方法中比较著名的滤波器，因为它设计简单，性能上没有明显的缺点，对构成滤波器元件的q值比较低，易于制作和达到设计性能，所以得到了广泛应用。图3-12和图3-13是巴特沃斯型滤波器的截止频率曲线图。图3-12 巴特沃斯型低通滤波器的衰减特性图3-13 巴特沃斯型低通滤波器截止频率附近的衰减特性巴特沃斯型滤波器的设计方法采用归一化的方法，这个设计方法不需要掌握太多

54、的理论知识，只要按照公式就可以设计出所需要的巴特沃斯型滤波器。设计巴特沃斯低通滤波器，需要知道f(c)(截止频率)，f(s)(终止频率)及需要的衰减19。归一化的响应图表和设计表是以h和f显示元件值的，截止频率为1，输入、输出阻抗为1(归一化值是没有单位的)。计算归一化的终止频率=fs/fc(归一化截止频率时fc/fc=1)。在巴特沃斯型低通滤波器在高于fc的过渡带与阻带的响应图中，找到需要的衰减量和归一化终止频率的相交点，从该点垂直往下移动直到遇到响应线。n的值就是我们设计滤波器需要的阶数-能够在fs提供需要的衰减需要的最少阶数。根据n值和滤波器归一化元件值表，选择电路形式是并联或串联，用表中的值选定相应元件。为了使滤波器工作在我们需要的频率和阻抗，元件值必须换算。把低通滤波器的fc从1弧度/秒升高，就需要小一点的l和c值。把滤波器的阻抗从1升高就需要小一点的c值，大一点的l值。换算后的l=l(需要的r/1)(1弧度/秒/2需要的fc)；换算后的c=c(1/需要的r)(1弧度/秒/2需要的fc)；(三)本设计中阻抗匹配与滤波经过放大之后的信号在发射之前还需要两个步骤。第一，c类放大器的输出谐波很丰富，这些不需要的信