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多
点
无
线
数
据
传
输
系
统
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 FSK调制原理
    2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化,即载频为f0代表传0,载频为f1时代表传1。显然,2FSK信号完全可以看成两个分别以f0和f1为载频、以an和为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域数学表达式为:
   2FSK信号的产生通常有两种方式:(1)频率选择法;(2)载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和,在二进制码元状态转换时刻,2FSK信号的相位通常是不连续的,这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号,即用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数,直接改变振荡频率,输出不同频率的信号,这时的已调信号出自同一个振荡器,信号相位在载频变化时始终是连续的,这将有利于已调信号功率旁瓣分量的收敛,使信号功率更集中于信号带宽内,在这里,我们采用的是载波调频法。
高校功率放大比较
方案一:一般功率三极管放大:
采用一般三极管采用丙类高频功率放大电路或者采用D类高频功率放大电路将载波发射出去,电路简单并且一般的无线电发射机都采用此方式,但无论丙类高频功率放大还是D类高频功率放大电路都采用了谐振选频网络,要做到带宽很宽、并且频率在50MHZ以内时很难做到,并且效率不高;如果减小带宽——即减小FSK信号的两个频率之差,将减小传输过程的抗干扰能力,提高传输的误码率;
方案二:高频功率合成:
高频功率合成利用传输线原理来达到功率分配和合成的目的,它的带宽很宽。但高频功率合成电路电路复杂难调、效率不是太高,我们不采用此电路。
cupc1651功率放大:
1651用在高频放大,可用在几百兆,对与此设计可以说足够实现,线路简单效率高具体参数如下:
内部结构图:
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5显示方案的选择与论证
方案一:采用传统的8位数码管(LED)动态扫描显示传输的数据信息。
方案二:采用16位字符型液晶(LCD)显示各种相关数据和信息,充分利用4行液晶显示的大容量特性。
以上两种方案中,方案一软件驱动简单,硬件电路调试方便,但显示信息量少,功耗较大;而方案二采用的16位字符型液晶(LCD)显示属于低功耗器件,使得系统更具智能化、人性化。经过比较选用方案二。
二模块实现
高稳定载波产生
aNE564相关参数介绍
1、在本设计中,所使用的锁相环为NE564(国产型号为L564)是一种工作频
率可高达50MHz的超高频集成锁相环。其内部框图和脚管定义如图。
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图1
其内部电原理图如图:
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图2
1)在图1(a)中,A1(LIMITER)为限幅放大器,它主要由原理图中的Q1~Q5
及Q8,Q7组成。Q1~Q5组成PNP,NPN互补的共集—共射组合差分放大器,由于
Q2,Q3负载并联有肖特基二极管D1,D2,故其双端输出电压被限幅在2VD=~
左右。因此可有效消除FM信号输入时,干扰所产生的寄生调幅。Q7,Q8为射极输
出差放,以作缓冲,其输出信号送鉴相器。
(a)NE564内部框图
(b)NE564管脚分布图
2)鉴相PD(PHASECOMPARATOR)采用普通双差分模拟相乘器,由压控振
荡器反馈过来的信号从外部由③端输入。另外由②端去改变双差分电路的偏置电流,
控制鉴相器增益,从而实现环路增益控制。
3)压控振荡器VCO
NE564的压控振荡器是一改进型的射极定时多谐振荡器。主电路由Q21,Q22
与Q23,Q24组成。其中Q22,Q23两射极通过⑿,⒀端外接定时电容Ct,Q21,
Q24两射极分别经电阻R22,R23接电源Q27,Q25。Q26也为电流源。Q17,Q18
为控制信号输入缓冲级。接通电源,Q21,Q22与Q23,Q24双双轮流导通与截止,
电容Ct周期地充电与放电,于是Q22,Q23集成极输出极性相反的方形脉冲。根据
特定设计,固有振荡频率为
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其中R20=100Ω
f0为VCO振荡频率
图2锁相环内部电原理图
4)输出放大器A2(AMPLIFIER)与直流恢复电路
A2与直流恢复电路是专为解调FM信号与FSK信号而设计的。输出放大器A2
由Q37,Q38,Q39组成,显然这是一恒流源差分放大电路,来自鉴相器的误差电压
由④,⑤端输入,经缓冲后,双端送入A2放大。直流恢复电路由Q42,Q43,Q44
等组成,电流源Q40作Q43的有源负载。
若环路的输入为FSK信号——即频率在f1与f2之间周期性跳变的信号,则鉴相
器的输出电压A2放大后分两路,一路直接送施密特触发器的输入,另一路送直流恢
复电路Q42基极,由于Q43集电极通过⒁端外接一滤波电容,故直流恢复电路的输
出电压就是一个平均值——直流。这个直流电压VREF再送施密特触发器另一输入端
就作为基准电压。
若环路的输入为FM信号,那么在锁定状态,⒁端的电压就是FM解调信号。
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5)施密特触发器(POSTDETECTIONPROCESSOR)
施密特触发器是专为解调FSK信号而设计的,其作用就是将模拟信号转换成TTL
数字信号。直流恢复输出的直流电压基准VREF(经R26到Q49基极)与被A2放大
了的误差电压Vdm分别送入Q49和Q50的基极,Vdm与VREF进行比较,当Vdm>VREF
时,则Q50导通,Q49截止,从而迫使Q54截止,Q55导通,于是⒃端输出低电平。
当Vdm<VREF时,Q49导通Q50截止,从而迫使Q54导通Q55截止,⒃端输出高电
平。通过⒂端改变Q52的电流大小,可改变触发器上下翻转电平,上限电平与下限
电平之差也称为滞后电压VH。调节VH可消除因载波泄漏而造成的误触发而出现的
FSK解调输出,特别是在数据传输速率比较高的场合,并且此时⒁端滤波电容不能
太大。
NE564的主要参数如下:
NE564的最高工作频率为50MHz,最大锁定范围达±12%f0,输入阻抗大于50k
Ω,电源工作电压5—12V,典型工作电压为5V,典型工作电流为60mA,最大允许
功耗为40mV;在频偏为±10%,中心频率为5MHZ时,解调输出电压可达140mVp-p。
输入信号为有效值大于或等于200mVRms。
2、NE564基本应用电路如图3
其中IC71及其外围器件组成FM锁相解调电路,在锁相解调电路中,信号从第6脚经交流耦合输入,2脚作为压控振荡器增益控制端,12脚和13脚外接定时电容,,从14脚输出调制信号
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NE564的12脚和13脚跨接定时电容C,C的由下列算式确定。
则当f0=1MHz时C≈625pF
f0=2MHz时C≈312pF
f0=4MHz时C≈156pF
f0=5MHz时C≈125pF
f0=8MHz时C≈78pF
f0=16MHz时C≈39pF
f0=≈29pF
f0=32MHz时C≈20pF
在实际电路中,由于分布电容的存在应比计算值偏小。
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b本系统具体应用
采集数据实现
数据采集利用键盘采集,通过单片机89S52编码之后传输;键盘采集数据采用一次按键技术,让按键按下的一次只产生一次动作;并且这次动作是在按键弹起的是候产生,防止按键的误动作。
数据编码实现
从键盘采集数据,经单片机处理,给数据加上数据地址和校验位,降低收发数据误码,提高数据准确度。
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FSK调制设计
NE564调制电路及频率调节
5带通滤波器
为了接受扩展至37-48MHZ,同时由于上下截止频率之比为48MHZ/37MHZ=,因此必须在输入端设计一个带通滤波器,这个滤波器性能的好坏将影响接收信号,为了有效地减少频谱混叠失真和提高信噪比,本带通滤波器采用切比雪夫滤波器。该滤波器的特点是:其逼近误差峰值在一个规定的频段上为最小,而且是等波纹的,即误差在极大值和极小值之间摆动。在设计过程中,滤波器各元件值都采取归一化值除以MHZ为单位的截止频率(边界频率)fc的值。设计时,我们确定了低通滤波器的谐波频率衰减值以及高通滤波器的次谐波频率衰减值,同时还确定了该滤波器的最大容许通频带波纹值和驻波比(SWR)。在计算电容值很接近电容器的标准化值时,我们选用标准化值的电容器。当计算值与标准化值相差较大时,我们用固定值的云母银电容器和云母压缩微调电容器并联使用。具体电路图如下图(2)所示:
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