北交大-电子课设-摩斯电码通信系统

1、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：摩斯电码通信系统学 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：张宇威2015 年 4 月 26 日目录1设计任务要求 21.1 具体要求 22设计方案及论证 32.1 任务分析 32.2 方案比较 42.3 系统结构设计 62.4 具体电路设计 93制作及调试过程 123.1 制作与调试流程 123.2 遇到的问题与解决方法 144 系统测试 154.1 测试方法 154.2 测试数据 174.3 数据分析和结论 195系统使用说明 205.1 系统外观及接口说明 205.2 系统操作使用说明 216 总结 216

2、.1 本人所做工作 216.2 收获与体会 216.3 对本课程的意见与建议 227参考文献 22附录一：发报机完整电路 23附录二：收报机完整电路 241设计任务要求本课题要求设计并制作一套如图 1所示的摩斯电码通信系统。系统由发报机和收报机两 部分构成。发报机可以以人工或自动方式将数字报文转换为摩斯电码，并通过扬声器以声音信号的形式发送出去； 收报机在接收到发报机发出的声音电码信号后，将其转换为指示灯发光信号，并能自动翻译为原始数字报文通过数码管或液晶显示器显示。1.1 具体要求1. 基本部分（1）发报机具有人工发报功能。但按下发报机上的“发报电键”时，发报机能通过扬声器发出特定的声音信号

3、，同时“发报指示灯”点亮；抬起“发报电键”后，扬声器停止发声，同时“发报指示灯”熄灭。发报机所发声音信号为频率为1kHz （偏差不超过± 10Hz），且无明显失真的单频正弦波。（2） 收报机在接收到发报机发出的1kHz声音时，“收报指示灯”点亮，无1kHz声音信号时，“收报指示灯”熄灭。收报机应仅对频率为1kHz的声音信号敏感，其他频率的声音信号无效，有效信号频率范围不超过1kHz ± 80Hz。（3） 发报机与收报机之间的有效通信距离不小于30cm。（4）发报机与收报机均采用直流 +5V单电源供电，发报机与收报机不得共用同一电源。2. 提高部分（1）发报机具有自动编码功能

4、。但按下发报机上的任意一个“数字发报键”时，发报机可自动发送一组该数字所对应的摩斯电码。发报速度应在100300毫秒/时间单位范围内。（2）收报机具有一位数字报文自动解码显示功能。当收报机接收到发报机以人工或自动方式发送的一位数字摩斯电码后，可自动将其翻译为原始数字报文，并在数码管上显示。（3） 发报机具有ID 键发送功能。当按下发报机上的“ID发送键”后，发报机自动 连续发送一组由8位数字构成的ID。（4）收报机具有连续数字报文自动解码显示功能。当收报机接收到发报机以人工或自动方式连续发送的一串摩斯电码时，可显示发送的数字报文内容。3. 扩展部分在较好地完成基本部分和提高部分各项要求的前提下

5、，实现其他有意义的功能。如实现英文字符及符号通信功能、收报机发报速度自适应功能。2设计方案及论证2.1 任务分析该设计任务主要分为两部分：第一部分是具有人工和自动发报功能的发报机，第二部分 为具有收报指示和解读功能的收报机。下面具体分析以上两部分的具体设计思路:1.发报机设计要求分析根据发报机设计任务要求，发报机的组成及各部分功能如下：（1） 发报键（手动、自动发报键及ID发送键）：发报键用于控制发报机声音的发 送；（2）发报指示灯：当发报机有声音信号发送时，发报指示灯应点亮；（3） 信号发生模块：用于产生1kHz的正弦波；（4）声音信号发送模块：将正弦信号放大并通过扬声器进行发送；（5） 编

6、码模块：将自动发报键或ID发送键所对应的数字编码为对应的摩斯电码。通过以上分析可知，发报机的设计重点是1kHz正弦信号的生成和发送；以及自动发报的编码功能。首先，对于1kHz正弦信号的产生，主要有以下几种方法：第一，可以通过震荡电路直接生成正弦波，如文氏电桥正弦波震荡电路；第二，利用FPGA芯片及D/A转换器，采用直接数字频率合成技术，实现正弦信号的发生；第三，利用方波发生器和低通滤波器生成正弦信号，方波信号的傅里叶级数展开如式2-1：f(t)2E sin t3sin3 tsin 5 t5sin n t n(式 2-1)由此可见，方波信号的傅里叶级数展开只包含基波和奇次谐波分量。因此，可以利用

7、低通或带通滤波器滤除高频的奇次谐波，得到基频的正弦信号。对于正弦声音信号的发送，常用的方法是利用扬声器发声，而常见的小型扬声器规格为8 Q, 0.5W。而上述几种正弦波信号发生器的输出功率远不及此，因此，需要通过功率放大来实现音频信号的输出。对于发报机的自动编码功能，则需要发报机能够储存预先编码的摩斯电码，并通过按键选择相应的编码进行发送。 因此，自动编码模块需要具有储存单元和地址选择单元。 如使用地址线与e2prom组合的数字逻辑电路，地址选择单元将按键与储存单元相连 接，来实现数字发报键和预先存储的摩斯电码对应的功能；或者使用单片机，通过编程的方法实现以上功能。2收报机设计要求分析根据收报

8、机设计任务要求，收报机的组成及各部分功能如下：（1） 接收麦克风：用于接收由发报机发出的1kHz声音信号；（2） 频率选择模块：收报机仅对1kHz声音信号敏感，而对其他频率的信号不敏 感；(3) 收报指示灯：当收报机接收到1kHz声音信号时，接收指示灯点亮；(4) 报文自动解码显示模块：当收报机接收到发报机以人工或自动方式连续发送的一串摩斯电码时，可显示发送的数字报文内容。根据对收报机设计要求的分析，收报机设计的重点为频率选择模块和报文自动解码模块。首先，收报机要对接收到的声音信号具有频率选择性，即仅对1kHz的声音信号敏感。根据所给参考资料，该功能的实现需要借助由LM567为核心所构成的锁相

9、环音频解调电路。通过查阅 LM567技术文档，当直流供电电源为 +5V时，LM567的最小分辨 输入电压为20mVrms，而一般驻极体话筒的输出电压为10mV左右，不能达到 LM567的最小分辨电压，因此，驻极体话筒所采集到的音频信号需要先经过前置放大，才能输入锁相环。当输入信号为1kHz时，LM567输出为低电平，反之，为高电平。因此报文自动解 码显示功能可以使用单片机和数码管实现，LM567输出连接单片机I/O引脚，通过单片机编程监测其输入引脚电平变化，即可检测到有报文输入。 然后，利用程序将受到的报文解码翻译，通过数码管将解码后的报文显示出来。2.2 方案比较根据以上对任务要求的分析，已

10、经明确了几种发报机和收报机实现的方法，因此提出以下两种发报机的设计方案和一种收报机的设计方案：1.发报机设计方案由于要实现发报机的自动编码功能，因此，发报机需要使用到数字逻辑电路。考虑到数字电路中仅有高低电平两种状态，更容易产生方波；同时，利用震荡电路直接生成正弦波有频率稳定度低(10-210-3)的缺点，因此，以下两种设计方案均采用通过方波 滤波生成正弦信号的方法。利用组合数字逻辑电路，控制方波发生器与低通滤波器的通断，然后经功率放大后播放，实现手动或自动编码的摩斯电码输出。方案原理图如图2-1。首先，通过按键将对应的数字预置给计数器，计数器生成相应的地址选择信号，传送给e2prom，调取其

11、中储存的编码信息，转换为相应时长的高低电平后输出，并通 过与门控制1kHz方波的输出；输出的方波经过低通滤波器转换为正弦波，并通过功率 放大电路后，有扬声器发送。该方案的优点是：方波信号独立生成，频率稳定性较高；缺点是：自动编码模块电 路结构复杂，设计难度较大，且调试不方便。1kHz脉冲振荡器图2-1发报机方案一原理图万案一:利用单片机与按键外设， 通过编程实现自动报文编码和方波输出， 波器生成正弦波，经功率放大后由扬声器播放声音信号。方案原理图如图然后通过低通滤2-2。数 字 发 报 键图2-2发报机方案二原理图该方案中，编码信息的存储和调用、 1kHz方波信号的生成均由单片机及其内部程 序

12、完成。因此，该方案优点是：集成度较高，电路构成简单，单片机部分仅需要最小系 统与按键外设即可，系统调试灵活方便。缺点是：一，单片机负载能力较差，与下级滤 波电路连接时，需要考虑驱动问题； 二，单片机输出方波频率受晶振频率和软件程序影 响，频率稳定性较差。2收报机设计方案根据对设计任务的分析，收报机设计方案原理图如图2-3所示，0 收报指示灯收报解码显示图2-3收报机原理图该方案中，麦克风用于接收发报机发送的声音信号，信号经过前置放大器放大后,传送至锁相环音频解调电路，当收到的声音信号且频率为1kHz时，锁相环电路输出电平由高变为低，同时收报指示灯点亮，同时，该电平信号传送给单片机I/O引脚，单

13、片机利用定时器记录每次到达的声音信号的时长，并通过程序解码翻译出相对应的报文， 然后通过数码管进行收报显示。2.3 系统结构设计1.发报机结构设计根据上一节中所给出的两种发报机设计方案，经过综合考虑，方案二电路结构简单，调试方便的特点使其更容易实现，因此，选定方案二为最终方案。下面根据发报机设计方案的原理图（图 2-2），具体介绍发报机的各个模块：（1）单片机自动编码模块该模块由单片机最小系统和按键外设构成，其中最重要的部分为自动编码程序，程序设计流程图如图2-4所示：（2）滤波电路设计单片机可以通过程序控制，使其I/O引脚输出1kHz方波信号，通过（式2-1）可知，方波信号的傅里叶级数展开只

14、包含基波和奇次谐波分量。因此，要得到1kHz的正弦波信号，滤波器应能保留 1kHz基频分量，并将三倍频及以上频率的分量滤除。所以，滤 波器类型应为低通型滤波器，设计指标为：通带截频c>1kHz，阻带截频s <3kHz，通带增益1dB，阻带衰减40dB。根据以上设计指标，利用FilterPro Desktop软件，设计了如图 2-5的Sallen Key结构的四阶切比雪夫型低通有源滤波器：C20图2-5低通滤波器原理图该滤波器理想频率响应如图2-6图2-6低通滤波器频率响应从频率响应曲线可以看出，其1kHz增益为-0.421dB，-3dB截频为1.35kHz，3kHz衰减为-38.5

15、dB，指标符合设计要求。其中值得注意的是， 设计任务要求发报机为单电源供电，因此，选择的运放应支持单电源供电，如 LM324。（3）功率放大电路设计经滤波器输出的正弦信号功率较小，不足以推动规格为 8Q, 0.5W的扬声器发出足够大的声音，因此需要进行功率放大。功率放大电路常采用LM386芯片实现，其具有自身功耗低，增益可调，电源电压范围大，外界元件少很总谐波失真小等优点。LM386实现功率放大的原理是通过其内部的差分放大电路和多级放大电路放大电 流及电压信号，其内部会有直流偏执来提供静态工作点。因此，输入LM386的信号中不应含有直流偏执，以免造成输出信号的失真。2收报机结构设计根据收报机设

16、计方案的原理图（图2-3）,具体介绍收报机的各个模块：（1）麦克风及前置放大电路常用驻极体麦克风在 +5V单电源供电的条件下，输出电压幅度主要与几点因素有 关：一是声音强度、二是麦克风与音源的距离，（以上两点均在信噪比较大的情况下成立），其输出电压峰峰值大于在5mV30mV之间变化。LM567的最小分辨输入电压为20mVrms，因此前置放大电路电压增益范围应为100倍左右，效果较为理想。（2）锁相环音频解调电路锁相环模块最重要的组成部分是LM567, LM567为锁相环音频译码电路、即只有当输入信号的频率和电路自身的振荡频率相一致时，电路输出低电平，否则输出高电平LM567为锁相环音频译码电路

17、。它在电路中的功用是作选频用，即只有当输入信号的频率和电路自身的振荡频率相一致时，电路输出低电平，否则输出高电平。（3）收报解码显示模块该模块功能主要利用单片机和数码管实现。 当音频解调电路确认接收到的声音信号 为1kHz时，LM567输出为高电平，利用单片机的 I/O引脚读取该电平变化的信息，通 过其内部的计时器，即可计算出声音信号的持续时间，从而实现解码功能。收报机解码功能实现的程序框图如图2-7所示：2.4 具体电路设计1.发报机电路设计(1) 单片机自动编码模块电路设计VCCLED1-AAAn470nHz3? L<? L<5 L<5.图2-8单片机自动编码模块电路自动

18、编码模块电路主要由单片机最小系统和按键外设构成，电路图左侧09十个按键为自动编码按键，分别对应着数字09的电报编码；右侧 LED1为“发报指示灯”，当有报文发送时，该指示灯亮起，否则熄灭；另外三个按键分别对应着手动发报键，一 键ID发送及数字/字幕切换按键。低通滤波器采用由LM324构成的有源低通滤波器，并采用 Sallen Key结构，阶数 为4，并采用单电源供电，具体参数由FilterPro Desktop软件设计生成。(3)功率放大电路设计功率放大电路采用 LM386典型功率放大电路，1、8管脚悬空，使其增益为 20倍。 其中电源与地之间接有100nF电容，7管脚与地之间连接有一 47n

19、F电容，以减轻电源波动对功放电路的影响。发报机完整电路见附录1。2收报机电路设计(1)话筒及前置放大电路设计24k »MOkOKey=A50 %TH 1|1F ID 听R315 0kQ C11T卜U* 10pF100pF图2-11话筒及前置放大电路前置放大电路采用三极管共射极放大电路，采用型号为S9013的NPN型三极管,其具体参数为：P耗散=0.625W，匚吋 0.5A，80。静态工作点集电极电流电压增益r215Vb-V CC50.94mV% R265 15I CVb VbeI B0.24mA0.5AR4Rl'80 15A u132hie9.075（式 2-2）（式 2-3

20、）（式 2-4）其中（式 2-5）he 300 （1）-m- 90751 EQ根据以上理论计算，输出电压符合下级输入电压要求。(2) 锁相环音频解调电路设计C9图2-12锁相环音频解调电路Iff，即LM567的5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率11.1RC（式 2-6）2-6，计算出在这里电阻的单位是 kQ,电容的单位是uF, f的单位为kHz。根据式电容为0.1uF时5脚所需的电阻为 9.09k Q左右。为避免由于元件误差而带来的锁频不准确的问题，我们选择了使用了10k Q的电位器。(3) 自动解码显示电路设计R1lED1470CJ1 L EJ：»T2 FLel

21、TZEK10k口 TOkn IDkQlokQ 10kD WkQ 10kDWkt）OR19 RR二一 LLFTflCIHC-4W 11MH;p L巳嘴 FL阳帕21IR1I2200QQIaosi2N1132A图2-13自动解码显示电路自动解码显示电路有单片机最小系统和数码管外设构成，由LM567发送的电位信号传送至单片机 P10引脚，经单片机内部程序解码后，有数码管显示报文信息。收报机完整电路见附录 2。3制作及调试过程3.1 制作与调试流程1. 发报机制作及调试流程发报机制作及调制重点主要集中在硬件电路的制作和调试，而软件部分相对简单， 因此，以下着重介绍硬件电路的制作和调试过程。发报机的制作

22、流程大致是： 首先，各个模块的按照电路图进行独立焊接，各模块先进行独立调试，符合功能要求后，再将各模块相互连接，再进行整体调试。具体调试流 程如下：（1）单片机自动编码模块电路调试单片机通过程序扫描按键输入，并通过P10 口输出相应时长的1kHz方波，并通过示波器观察波形是否符合要求。（2）滤波器电路调试首先通过信号发生器模拟单片机产生的峰 -峰值为5V，且具有2.5V直流偏执的方 波信号，将其输入滤波电路输入端， 通过示波器观察输出信号波形， 发现输出信号出现 明显的双向截止失真。考虑到输入信号幅度过大的可能，减小输入信号峰-峰值，发现滤波器输出信号逐渐恢复正常，为 1kHz正弦波。（3）功

23、率放大电路调试通过信号发生器模拟经滤波电路产生的1kHz正弦波，幅度为滤波电路输出信号幅度，将其输入功率放大电路，并利用示波器观察扬声器两端输出电压波形，不断调节分压电位器，当输入信号在 200mV （峰-峰值）以内时，功率放大电路可输出稳定且无失 真的正弦波形，输出电压可在03V （峰-峰值）的范围内变化，扬声器发出的声音清晰稳定。（4）滤波电路与功率放大电路级联调试由于滤波电路采用的是有源低通滤波器， 因此不需要考虑阻抗匹配的问题， 但其输 出的正弦信号中具有一定的直流分量， 而功放电路中不允许输入信号带有直流分量，因此，滤波电路与功放电路之间应添加耦合电容，去除信号中的直流分量。把耦合电

24、容加到电路中之后，耦合电容与负债电阻构成的 RC高通滤波器，其下限频率不能高于信号输入频率，利用如下公式，即可计算出耦合电容的大小：1f（式 3-1）2 RC其中f为信号频率，大小为1kHz ;R为负载电阻，即功放电路输入电阻，约为20kQ; C即为所求耦合电容的大小。根据计算C的取值应大于8nF,本电路中取值为1uF。添加耦合电容后的级联电路，输入（ 2）中符合要求的方波信号，通过示波器观测 扬声器两端输出信号，输出电压可在 03V （峰-峰值）的范围内变化，扬声器发出的声 音清晰稳定。（5）单片机自动编码电路、滤波电路、功率放大电路级联调试在（2）调试过程中发现，输入方波信号幅度不能过大，

25、因此要在单片机输出引脚 和滤波器输入端添加分压电阻。同时，由于单片机最大负载能力较差，其输出最大拉电流仅为1mA，为尽可能提高单片机的负载能力，应使其输出电流尽可能大，根据欧姆 定律，其分压电阻阻值应为5k Q。实际分压电路如图 3-1所示。5V.： 2.7kQ单片机输出“滤波器输入OWVC1.5k Q'-2.7kQ图3-1分压电路电路图使用如图分压电路后，虽然单片机负载能力仍不足，但输出信号的波形失真已明显 减小，滤波器及功放输出波形也符合要求。至此，发报机已基本制作调试完成，且功能基本符合设计要求。2收报机制作及调试流程收报机硬件电路制作及调试过程与发报机基本一致，但其较发报机硬件

26、电路稍简单。但收报机软件部分难度相对较大，以下分硬件及软件两部分介绍。首先介绍收报机硬件电路制作和调试过程。过程与发报机基本一致： 首先，各个模块的按照电路图进行独立焊接， 各模块先进行独立调试， 符合功能要求后，再将各模块 相互连接，再进行整体调试。具体调试流程如下：（1）话筒及前置放大电路调试由于咪头收到信号产生的电压过于微小，只有几十毫伏，所以需要进行放大处理。我们组使用的放大电路是基于三极管放大的原理。其中三极管S9013用来实现电流放大；集电极直流电源 VCC用来确保三极管工作在放大状态；集电极负载电阻RC将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。 基极偏置电阻RB为放

27、大电路提供静态工作点。耦合电容C1和C2用于隔直流通交流。调试过程中，我们使用示波器的CH1和CH2分别用来观测话筒处及放大电路输出的电压，通过调节放大电路中的点位器对放大倍数进行调节，要满足锁相环输入端可以检测到信号输入的电压。具体放大倍数见表4-5。(2) 锁相环音频解调电路通过2.4节中的计算，将LM567中心内部压控振荡器中心频率设置为1kHz时所需要的电容C=0.1uF，电阻R=9.09k Q。此处电阻使用10k Q电位器代替，并且我们在5V电源供电处与输出端 8脚之间加入了发光二级管，当8脚电压由高跳变为低时，发光二极管点亮。之后用函数发生器产生1KHz的正弦波，加到锁相环LM56

28、7的输入端，再对音频解调电路中的点位器进行调节，当调节到发光二级管点亮时，说明此时电阻调节合适。接着改变函数发生器产生信号的频率，对电位器进行微调，使选频频率中心接近1kHz，即完成了锁相环音频解调电路的调试。(3) 前置放大电路与锁相环音频解调电路级联调试使用函数发生器产生 1kHz的正弦波加到喇叭上，使喇叭发出1kHz的声波，此时对接收机进行供电，发现发光二级管点亮，说明前置放大电路与锁相环解调电路功能同 时实现，级联测试成功。(4) 数码管显示电路调试该调试过程是在没有完成软件前进行的，以便验证硬件电路没有问题：编写程序，使数码管从09依次显示，如果没有错误则说明硬件电路没有问题。对于软

29、件部分调试，直接下载程序到单片机进行验证， 往往不能发现程序具体错误 出现在何处，因此，我们使用 Keil的Debug功能，使用模拟I/O输入，进行调试，效 果较为理想。3.2 遇到的问题与解决方法在电路制作和调试过程中主要遇到了以下几点问题：1. 单片机方波输出引脚负载能力不足这个问题在3.1节发报机调试第(5)点中有所提及，由于单片机P1 口内部为推挽式结构，输出高电平时，最大输出拉电流仅为1mA，而下一级有源低通滤波器输入电阻为10 k Q,直接级联则可能导致单片机输出方波信号带宽减小，波形出现失真，影响 下一级电路的工作。正确的解决方法应该是在单片机输出端后加驱动电路，增强驱动能力。而

30、由于电路设计问题，没有使用此种方法，而是在输出端接入分压电阻(详见3.1节),尽可能提高输出电流，来增强负载能力。使用此种方法后，虽然单片机输出方波仍存在一定的失 真，但对下级影响较小，基本可以忽略。2. 滤波器与功放电路之间耦合的问题由于滤波器采用单电源供电，其输出信号具有一定的直流偏执，而功率放大电路中LM386的输入信号不允许有直流分量，因为其内部会给输入信号添加直流偏执，因此， 滤波器与功放电路之间需要添加耦合电容滤除直流分量(耦合电容参数的选择详见3.1节)。3收报机前置放大电路设计缺陷收报机前置放大电路采用了一级共射极放大电路，之前在计算电路参数时电路为空载，没有考虑LM567输入

31、阻抗对放大电路的影响。因此在实际电路中，由于级联，前 置放大电路的电压增益会有所下降，但增益基本足够，因此没有进行更改。4. LM567输出电位信号抖动LM567输出信号为高低电平，但由于接受信号混有噪声等原因，可能会引起输出 电位变化时出现抖动，如图3-2：图3-2 LM567输出电平抖动这样的抖动可能会影响程序对电平的判别，从而出现解码错误的情况。为了解决这个问题，我们从软件入手，在程序中增加了消抖算法，一定程度上避免了由于信号抖动带来的误差。4系统测试4.1 测试方法1.发报机各项性能指标测试(1) 单片机输出方波性能测试测试连接示意图如图4-1所示:图4-1单片机输岀方波性能测试连接示

32、意图方波输出性能测试：将示波器CH1通道与单片机输出引脚 P10连接，观察输出信号的波形，并记录波形的幅度、频率等具体指标。详细测试数据见4.2节。(2) 滤波器性能测试测试连接示意图如图 4-2所示:图4-2滤波器性能测试连接示意图将示波器CH1通道与滤波器输入端连接，示波器CH2通道与滤波器输出端连接，输入信号为分压后的单片机P10引脚输出信号；观察并记录输入、输出信号的各项指标。详细测试数据见4.2节。（3）功率放大电路性能测试测试连接示意图如图 4-3所示：功率放大电路示波器输入输出CH1 CH2+ - + -*丁图4-3功率放大电路性能测试连接示意图将示波器CH1通道与功放电路输入端

33、连接，示波器CH2通道与扬声器两端连接，输入信号为分压后滤波器输出信号；观察并记录输入、输出信号的各项指标。详细测试数据见4.2节。（4）发报机自动编码输出性能测试测试连接示意图如图 4-4所示：图4-4发报机自动编码输岀性能测试连接示意图将示波器CH1通道与扬声器两端相连，示波器扫描时间设置为200ms,依次按下09十个自动编码发报键， 观察示波器所显示的五位电码所持续的时间。详细测试数据见4.2节。2收报机各项性能指标测试（1）话筒及前置放大电路性能测试测试连接示意图如图 4-5所示：前置放大电路示波器Cc输出CH1 CH2+ - + -图4-5话筒及前置放大电路性能测试连接示意图将示波器

34、CH1通道与前置放大电路输出端相连，发报机与收报机之间最短距离为 30cm,发报机持续发出1kHz正弦波音频信号，观察并记录输出信号的各项指标详细测 试数据见4.2节。（2）锁相环音频解调电路性能测试测试连接示意图如图 4-6所示:收报指示灯图4-6锁相环音频解调电路性能测试连接示意图将信号发生器输出接测试用扬声器，调整信号发生器输出正弦信号频率，使扬声器发出0.8kHz、0.9kHz、1.0kHz、1.1kHz、1.2kHz五种频率的声音信号，观察锁相环音 频解调电路“收报指示灯”是否随声音信号的频率变化。具体测试数据见4.2节。（3）收报机一位解码显示功能测试使用发报机自动编码发送十个数字

35、电码，观察收报机是否正确显示相应数字。具体测试数据见4.2节。（4）收报机连续解码显示功能测试使用发报机ID 一键发送方式连续发送 8位数字电码，观察收报机是否正确显示相 应数字报文序列。具体测试数据见4.2节。4.2 测试数据1.发报机各项性能指标测试数据（1）单片机输出方波性能测试数据表4-1单片机输岀方波性能测试数据序号输岀信号波形是否有明显失真频率(kHz)峰-峰值（V）直流偏置（V）1方波无1.0075.032.522方波无1.0054.982.493方波无1.0025.012.53（注：测试时P10 口为空载。）(2) 滤波器性能测试数据表4-2滤波器性能测试数据序号输入波形输岀波

36、形是否有明显失真频率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1方波正弦波轻微失真1.0061.182.732方波正弦波轻微失真0.9971.17-5.813方波正弦波轻微失真1.0021.17-5.31(注：滤波器具体失真情况与功方电路失真情况相同。)(3) 功率放大电路性能测试数据表4-3功放电路性能测试数据序号输入波形输岀波形是否有明显失真频率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1正弦波正弦波轻微失真1.0052.95-5.72正弦波正弦波轻微失真0.9993.003.13正弦波正弦波轻微失真1.0002.973.1(注：功放电路具体失真情况见4.3节图4-7 o)(4) 发报机自动编

37、码输出性能测试数据表4-4发报机自动编码输岀性能测试数据发报第一位持续时长第二位持续时长第三位持续时长第四位持续时长第五位持续时长键(ms)(ms)(ms)(ms)(ms)1100300300300300210010030030030031001001003003004100100100100300510010010010010063001001001001007300300100100100830030030010010093003003003001000300300300300300(注：每位电码之间间隔时间均为100ms。)2收报机各项性能指标测试数据(1) 话筒及前置放大电路性能测试数

38、据表4-5话筒及前置放大电路性能测试数据测试距离(cm)输入信号峰峰值(mV)输岀信号波形是否有明显失真频率(kHz)峰-峰值(V)电压增益1023正弦波底部截止失真0.9932.491082011.75正弦波轻微失真1.0201.61137309.5正弦波基本没有1.0100.96101（注：测试时输岀端为空载，测试环境噪声较小。）（2）锁相环音频解调电路性能测试表4-6锁相环音频解调电路性能测试输入信号频率（kHz）0.80.91.01.11.2收报指示灯状态不亮不亮亮不亮不亮（注：测试距离为 30cm。）（3）收报机一位解码显示功能测试表4-7收报机一位解码显示功能测试发送数字12345

39、67890接收数字1234567890（注：测试距离为20cm。）（4）收报机连续解码显示功能测试表4-8收报机连续解码显示功能测试序号发送序列接收序列112211160122111602122111891221118931229201812292018（注：测试距离为 20cm。）4.3 数据分析和结论根据测试数据，发报机在按下手动发报键后，扬声器可输出正弦波频率为1kHz ± 10Hz的正弦波，同时“发报指示灯”点亮；输出波形有轻微失真（见图4-7）;同时，收报机仅对1kHz声音信号敏感，并且“收报指示灯”随声音信号亮灭，有效通信距离30cm ;收、发报机均为+5V单电源供电。基

40、本满足设计任务基本部分的要求）其次，发报机具有自动编码功能，能够发送09十个数字所对应的摩斯电码，发报速度为100ms/单位时间；收报机具有一位数字报文自动解码功能，能够将发报机所发送的数字 摩斯电码解码显示）同时，发报机具有ID 一键发送功能，能够发送一组8为数字构成的ID ; 收报机具有连续数字报文自动解码显示功能，能够连续解码显示多位数字报文）满足设计任务提高部分要求）在此基础上，发报机具有英文字母发送功能，收报机具有英文字母解码显示功能，并且收报机还具有数字报文发报速度自适应功能。满足拓展部分的要求）对于以上提到的发报机输出波形的轻微失真，具体的误差分析如下：该波形失真情况比较类似交越

41、失真，其出现在正弦信号过零点位置上下，其产生的原因我认为与单电源供电有关。当LM324使用单电源供电时，输入信号需要添加直流偏执，该直流偏执应等于运放内部直流静态工作点，即所谓的“虚地”，相当于将运放的直流供电电源变为土 VCC）但在实际电路中，由于元件的误差，输入信号的直流偏执于运放内部静态工作点不可能完全一致，导致运放静态工作点失调，使波形出现失真。以上有关信号失真的分析是我经过查阅资料后分析总结出的。可能会有纰漏甚至错误, 请谅解。5系统使用说明5.1 系统外观及接口说明1.发报机外观及接口说明从发报机实物图5-1中我们可以看出，所有的指令按键都是独立焊在一块电路板上的，这样使整个操作页

42、面非常简洁大方。最上面的三个较大的按键从左到右的功能分别为发报按键，一键ID发报以及数字英文转换按键。下面的两排按键在数字发报模式下 代表09的摩斯码发报。在英文字母模式下代表字母的摩斯码发报。发报机的底层从 左到右分别为单片机模块，滤波模块以及功率放大模块。5V供电接左上方的红色导线， 地接黑色导线。左上角的电源开关控制整个发报机的供电，按下电源开关，发报机就可以正常工作。图5-1发报机实物图2收报机外观及接口说明接收机电路从左到右分别为放大器模块，锁相环模块，单片机模块以及数码管模块。5V供电接于最上方的排针，地接于最下方的排针，左上角的电源开关控制整个接收机 的供电，按下电源开关，接收机

43、就可以正常工作。图5-2收报机实物图5.2 系统操作使用说明首先将两个独立的5V电源分别于发报机、收报机相连；调整发报机与接收机距离大于30cm ;按下电源开关，此时收、发报机处于待机状态。长按发报机手动发报键，可以听到从发送端扬声器发出的 1KHz的声波，并且“发报指示灯”亮起，同时收报机“收报指示灯” 也会亮起。分别按下自动编码 09按键，可以观察到收报机的 “接收指示灯”随声波和“发 报指示灯”有规律的闪动。发报结束后，数码管会显示发报机所按按键的相应数字。按下ID发送键，发报机发出一串摩斯码的声波，对应的接收机会连续显示所发ID数字串(程序设定ID数字串12211160);之后按下数英转换键，发报机转为发送字母摩斯码模式，再次分 别按下09按键，接收机数码管会显示对应的字母。同时，收报机可以接收由发报机手动 发报所对应的数字。6 总结6.1 本人所做工作在本次课程设计中，我主要的任务分工为发报机硬件设计及电路调试工作，具体完成的工作有以下几点：(1) 发报机低通滤波器、功率放大电路的设计，发报机完整电路的焊接及调试；(2) 收报机麦克风及前置放大电路的设计及收报机完整电路的调试；(3) 收报机单片机程序的部分调试工作；(4) 撰写设计报告。6.2 收获与体会首先值得说明的是，对于我来说，本次课程设计的题目