单工无线呼叫系统.doc

1、贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页 目录 摘 要 II 前言 .1 1 系统设计 .2 1.1 设计要求 2 1.2 总体设计方案 3 2 单元硬件电路设计 .13 2.1 发射部分电路的设计 13 2.2 接收部分电路的设计 20 2.3 PT2262/2272 编码/解码电路设计 .26 2.4 抗干扰措施 28 2.5 20dB 衰减器的制作 .29 3 软件设计 .30 3.1 软件设计和硬件设计的关系 30 3.2 发射部分程序设计 30 3.3 接收部分程序设计 31 4 系统测试 .32 4.1 测试使用的仪器 32 4.2 指标测试和测试结果 32 4.3 波形观察及距离

2、测量 38 4.4 结果分析 39 结束语 .40 参考文献 .42 致谢 .43 附录 1 使用说明 44 附录 2主要元器件清单 .45 附录 3电路原理图及印制板图 .46 附录 4程序清单 .54 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 单工无线呼叫系统 摘 要 单工无线呼叫系统分发射和接收两大部分。发射部分采用锁相环式频率合成器技 术， MC145152 和 MC12022 芯片组成锁相环，将载波频率精确锁定在 35MHz，输出 载波的稳定度达到 410-5，准确度达到 310-5，由变容二极管 V149 和集成压控振荡 器芯片 MC1648 实现对载波的调频调制；末级功放选用三

3、极管 2SC1970，使其工作在 丙类放大状态，提高了放大器的效率，输出功率达到设计要求。接收部分以超大规模 AM/FM 立 体 声 收 音 集 成 芯 片 CXA1238S 为 主 体 ， 灵敏度、镜像抑制、信噪比等 各项性能指标均达到设计要求；音频功率放大器采用集成芯片 LM386，电压放大倍数 最大为 200。采用 PT2262/2272 编码/解码电路实现了数据传输业务以及对台号的选择 等功能；音频输入和数据输入可自动转换；AT89S52 作为整个系统的控制部分，程序 设计采用 C 语言在 KEIL51 的编译器上编程实现；显示采用 12864 点阵型液晶显示。 经测试，整机功能齐全，

4、各项性能指标符合系统要求，接收波形稳定，无明显失真。 关键词 锁相环，压控振荡器，灵敏度，编码/解码 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 III 页 simplex wireless-calling system Abstract The simplex wireless-calling system consists of two parts: transmit part and receive part.The transmit part adopts the phase-locked loop pattern of frequency synthesizing technology and

5、 uses the MC145152 and MC12022 chips to compose the phase-locked loop.It locks the frequency of the carrier-wave at 35MHz.The stabilization of the carrier-wave can be 410-5,the accuracy can be 310-5.The frequency modulation and the confection of the carrier-wave are realized by the capacity-changing

6、 diode V149 and the integration voltage- control oscillator MC1648 chip.The end power amplifier uses the audion 2SC1970 to make it work in the third magnifying state,it improves the efficiency of the magnifier and the power of the output reaches the design demand.The receive part uses the super cosm

7、ically AM/FM dimensional sound stereo radio reception integration chip CXA1238S as the main part.The sensitivity、the mirror-control restrain、the SNR and every capability index all reach the design demand.The audio frequency power amplifier adopts the integration chip LM386.The maximum voltage amplif

8、ying multiple is 200.It uses PT2262/2272 coding/decoding circuit to realize the data transmission operation as well as the platform-choosing function.The input of the audio frequency and the data can be automatically transformed. AT89S52 is used as the controlling part of the whole system.The design

9、 of the program adopts the C language to make it be programmingly realized in the translator.The display adopts 12864 lattice LCD to show.After tested,the whole machines function is very complete,every demand can be realized,the receiving wave is stable,without evident distortion. Key words PLL，VCO

10、，Sensitivity ，Ding/decoding 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 前言 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门 禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触 RF 智能卡、小 型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机 器人控制、无线 232 数据通信、无线 485/422 数据通信、数字音频、数字图像传输等领 域中。 超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生 检波电路。一般再生检波电路在中波段工作时灵敏度很高，所以常用来制作简易晶体 管收音机。对于

11、工作于短波段的无线遥控或通信设备，再生检波的灵敏度及稳定性都 不符合要求。但超再生检波在短波段却具有很高的灵敏度，在接收弱信号时放大率可 达几十万倍。因此，对于希望电路简单、灵敏度高，而对选择性和信噪比要求不高的 简单无线遥控通信设备(如防盗器等产品)，超再生检波电路还是颇有实用价值的。 通常超再生接收机的灵敏度约8595DBM，所用器件多，稳定性差，加工复杂。 超外差接收电路 超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡 电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频(一般为 465kHz)信号，经 中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机

12、简单一些。 超外差接收机灵敏度可达100104DBM，而且外围元件少，集成化程度高，适合 大规模生产。超外差接收机有声表稳频和 LC 稳频的两种，采用 LC 稳频的灵敏度高可 达104DBM ，但是稳定性稍差，而声表稳频的灵敏度约100DBM，稳定性好。 超外差接收机对天线的阻抗匹配要求较高，要求外接天线的阻抗必须是 50 欧姆的， 否则对接收灵敏度有很大的影响，要尽可能减少天线根部到发射模块天线焊接处的引 线长度，如果无法减小，可以用特性阻抗 50 欧姆的射频同轴电缆连接（天线焊点右侧 有一个专门的接地焊点）。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 1 系统设计 1.1 设计要求 1.1

13、.1 任务 设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业 务。 1.1.2 要求 （1）基本要求 设计并制作一个主站，传送一路语音信号，其发射频率在 30MHz40MHz 之 间自行选择，发射峰值功率不大于 20mW(50假负载电阻上测定 )，射频信号带宽及调 制方式自定，主站传送信号的输入采用话筒和线路输入两种方式； 设计并制作一个从站，其接收频率与主站相对应，从站必须采用电池组供电， 用耳机收听语音信号； 当传送信号为 300Hz3400Hz 的正弦波时，去掉收、发天线，用一个功率衰 减 20dB 左右的衰减器连接主、从站天线端子，通过示波器观察从站耳机两端的接收

14、波 形，波形应无明显失真； 主、从站室内通信距离不小于 5 米，题目中的通信距离是指主、从站两设备 (含天线 )间的最近距离； 主、从站收发天线采用拉杆天线或导线，长度小于等于 1 米。 （2）发挥部分 从站数量扩展至 8 个(实际制作 1 个从站)，构成一点对多点的单工无线呼叫系 统。要求从站号码可任意改变，主站具有拨号选呼和群呼功能； 增加英文短信的数据传输业务，实现主站英文短信的输入发送和从站英文短 信的接收显示功能； 当发射峰值功率不大于 20mW 时，尽可能地加大主、从站间的通信距离。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 其他。 1.1.3 说明 （1）主站需留出末级功率放大器

15、发射功率的测量端，用于接入 50假负载电阻， 以测试发射功率； （2）为测试方便，作品中使用的衰减器（可以自制） ，应与作品一起封装上交。 1.2 总体设计方案 1.2.1 设计思路 题目要求设计一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输 业务。设计分发射和接收两大模块，方框图如图 1.2.1 所示。发射部分采用数字频率合 成技术，由变容二极管和集成压控振荡器芯片实现振荡频率的电压控制及对载波的调 频调制；加入由频率合成芯片、高速分频器、运算放大器和晶体振荡器等组成的数字 锁相环路，使输出频率稳定度达到与参考晶振同等水平；收音电路以超大规模 AM/FM 立 体 声 收 音 集

16、成 芯 片 为 主 体 ， 用一个固定的电压值控制振荡器的振荡频率， 使其接收频率与发射频率对应。采用编码解码电路实现题目所要求的一点对多点、主 站具有拨号选呼和群呼功能以及数据传输业务的功能；显示部分利用液晶显示模块， 显示呼叫方式、业务类型以及英文短信内容。为了尽量增加传输距离和降低系统的波 形失真，必须采取有效的措施。 图 1.2.1 系统基本框图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 1.2.2 方案论证与比较 （1）调制体制的方案论证与选择 方案一：采用调幅体制。一般调幅发射机的组成框图如图 1.2.2 所示，其工作原理 是：载波振荡器产生标准的载波信号，一路是线路输入和话筒输入

17、的语音信号经语音 放大后在 AM 调制器中进行幅度调制；另一路是呼叫信号或英文短信进入基带信号放 大与整形电路后与载波信号进行幅度调制；调制后，功放级将调制后的信号的功率放 大到所需发射的功率，再经天线发射出去。 图 1.2.2 调幅发射组成框图 方案二：采用调频体制。它由三部分组成，即频率合成器、音频处理器和 FM 波 的缓冲放大器。频率合成器的作用是产生一个振荡频率稳定度极高的 FM 信号，它是 调制器的核心部件；音频处理器的作用是将各种各样的音频信号经过处理后，变成输 出阻抗和电平基本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上；射频 缓冲放大器起缓冲、放大、匹配和滤波的作用。

18、方案选择：本系统可以采取调幅体制或调频体制。调频系统与调幅系统相比，具 有较强的抗干扰能力。故本系统采用调频体制，数据收发也采用 2FSK 方案。 （2）载波信号产生电路的设计方案论证与选择 方案一：采用 LC 振荡电路。比如西勒振荡电路，具体电路图如图 1.2.3 所示。该 电路较易起振，输出振荡频率和振幅也较为稳定，波形好，调谐范围也比较宽。电路 的振荡频率为 ，式中 。但)(21)(214343CLCLf 3213223 CC 其调试比较复杂。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 Rb1 Rb2 Re RP1 C1 C2 C3 Cb 0.1uF0.1uF C4Q L 100H Vc

19、c 图 1.2.3 西勒振荡电路 方案二：采用晶体振荡器产生基准频率，再用选频网络加放大器选出它的谐波实现 倍频。该方案稳定度较高，但存在 35MHz 的 1/N 频率的晶体谐振器难以获得、N 太大 和选频网络调节较为麻烦等缺点。具体方框图如图 1.2.4 所示。 图 1.2.4 晶振电路产生载波方框图 方案三：PLL 频率合成。用 MC145152 和 VCO 电路进行频率合成，采用闭环控制。 故存在反馈，能得到精度和稳定度很高的频率信号，本题目要求发射频率在 30MHz40MHz 之间，选定 35MHz 作为载波信号。原理框图如图 1.2.5 所示。 图 1.2.5 频率合成原理框图 方案

20、选择：载波信号发生器是主机发射部分的重要组成部分，应能产生等幅高频正 弦信号，其振荡频率应十分稳定。方案一和方案二的电路比方案三的电路简单，但是 其短期频率稳定度均只能达到 10-210 -3；而采用频率合成法产生的高频振荡信号的频 率稳定度接近晶振的频率稳定度，可达 10-510 -6；且失真度很小。故本设计采用方案 三。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 （3）接收模块的设计方案论证与选择 FM 专业收音电路常采用大规模集成 IC CXA1019、CXA1238 等大规模集成芯片来 实现。 方案一：采用 CXA1019 作为接收机电路的核心 IC。CXA1019 是日本索尼公司研

21、制的单片大规模接收机电路，它包含了 AM/FM 收音机从天线输入、高频放大、混频、 本振到中频放大、检波直至低频（音频）功率放大的所有功能。除此之外，还具有调 谐指示，电子音量控制等一些辅助功能。 方案二：采用 CXA1238 作为接收机电路的核心 IC。CXA1238 是索尼公司在 20 世 纪 80 年代后期正式推出的集调幅、调频、锁相环、立体声解码等电路为一体的 AM/FM 立体声收音集成电路。它的电源电压适应范围宽：210V 范围内电路均能正 常工作，且具有立体声和调谐指示 LED 驱动电路以及 FM 静噪功能等。 方案选择：上述两种方案实现的功能基本相同，但 CXA1238 具有耗电

22、小、调整简 单等优点；且它的宽电压适应范围和立体声指示及静噪功能也是 CXA1019 所力所不能 及的。故选用方案二。因 CXA1238 内部带解调电路，可以对语音及数据调制后的信号 进行解调。 （4）数据传输的设计方案论证与选择 单工无线呼叫系统要求一点对多点传送，且主站具有拨号和群呼功能，同时增加 英文短信的数据传输业务；从主站输入的英文短信经转换后形成连串的数字信号，这 就需要把这数字信号调制发射出去，并且在接收端应把调制信号解调并加以识别显示 出来；发射部分预置从站号码发送或群发，接收部分则只有相应的台号接收。 方案一：采用二进制振幅键控（ASK）调制与解调法。 ASK 有乘法器实现法

23、和键 控法两种实现方法，乘法器实现法的原理方框图如图 1.2.6 所示，其数字信号与载频为 fc 的余弦信号进行混频得到调制信号；振幅键控信号解调有两种方法，即同步解调法和 包络解调法，同步解调方框原理如图 1.2.7 所示。图中 uASK(t)信号经过带通滤波器抑制 来自信道的带外干扰，相乘器进行频谱反相搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来 抑制相乘器产生的高次谐波干扰，解调的相干载波用 2cos2f ct。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 图 1.2.6 ASK 调制器框图 图 1.2.7 ASK 同步解调方框图 方案二：采用微控制器和 PT2262/2272 组成的编码/ 解码

24、电路。PT2262/2272 是一 对 CMOS 工艺制造的低功耗低价位带地址、数据编码 /解码功能，是目前在无线通讯电 路中作地址编码识别和数据传输最常用的芯片之一。PT2262/2272 发射接收电路原理框 图分别如图 1.2.8 和图 1.2.9 所示。在发射端，微控制器对 PT2262 的地址位进行预置 （即设定台号的代码），同时输入短信内容，通过微控制器进行短信编码后产生相应 的数据去预置 PT2262 的数据位后，再调制发射出去；接收端，把接收到的信号进行解 调放大后，送至 PT2272，解码后在数据位产生对应的数据，通过微控制器进行短信解 码后在液晶上显示所发送的短信内容。 图

25、1.2.8 采用 PT2262 编码电路的发射原理框图 图 1.2.9 采用 2272 解码电路的接收原理框图 方案选择：上述两种方案都可以发送并且接收数字信号，但它们的原理不同，方 案一是采用数字调制，而本设计发射部分的主体是频率合成技术，数字调制则无法把 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 数字信号调制发射出去；方案二采用常用的 PT2262/2272 编码/ 解码电路，可靠性高， 且与系统兼容；综上所述，本设计采用方案二。 （5）自动控制模块的设计方案论证与选择 单工无线呼叫系统的自动控制部分直接关系到系统 “智能化” 与“自动化”的实现， 其控制方案的拟定，考虑了以下两个方面。发

26、射和接收的控制方框图分别如图 1.2.10 和图 1.2.11 所示。 图 1.2.10 发射部分控制方框图 图 1.2.11 接收部分控制方框图 方案一：采用 FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心。由于 FPGA 具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合了 EDA，可以达到 很高的效率。系统的多个部件如频率测量电路，键盘控制电路，显示控制等都可以集 成到一块芯片上，大大减小了系统的体积，并且提高了系统的稳定性。 方案二：基于单片机技术的控制方案。相对于 FPGA 的并行处理方式，单片机是 通过对程序语句的顺序执行来建立与外部设备的通信和完成其内部运算处理，从而

27、实 现对信号的采集、处理和输出控制。它最主要的特点是其串行处理特性。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 方案选择：上述两种控制方式除了在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，在实 现的效果以及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA 将器件功能在一块芯片上，相 对于单片机外围电路较少，集成度高。而单片机技术比较成熟，开发过程中可以利用 的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中，仅单 片 机 的 资 源 已 经 能 满 足 设 计 的 需 求 ， 而 FPGA 的高速处理的优势在这里却得不到充分体现 ； 因此本设计的 控制方案模块拟选用上述基于单片机技术的方案二。单片机采用 Atm

28、el 公司生产的 AT89S51，实现对收发模块的控制。 （6）关于尽量增加传输距离的分析 传输距离是单工无线呼叫系统的综合性能指标。根据单工无线传输距离公式 1.2.1 所示。 minmaxSGPKRrt （1.2.1） 式中，P t 为发射机天线端辐射的有效功率，S min 为接收机的最小检测功率，G t、G r 分别为发射机天线和接收机天线的增益，K 值在发射频率确定的情况下基本是一个常 量。 要增大传输距离 Rmax 应从如下几个方面考虑： 在发射机接 50 假负载，其功率不大于 20mW 的情况下，尽量提高发射机天 线辐射的有效功率 Pt。当 f=35MHz 时，=8.5657m ，

29、当拉杆天线长 1m，直径 3mm 时， 通过 MATLAB 仿真计算可得，拉杆天线的等效阻抗 Zr 为 1.54.jjXRZLr 由此可见，发射机输出端阻抗与天线严重失配。为使天线辐射功率最大，如图 1.2.12 所示必须在天线端口接一个电感 L，使 L 与 CL 形成串联谐振，抵消 CL 的作用。 同时使发射机输出阻抗 Ri=50 与 RL 匹配，中间必须接一个降阻网络。 图 1.2.12 发射部分阻抗匹配示意图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 10 页 提高接收机灵敏度。由式 1.2.1 可知，提高接收机灵敏度（即降低接收机的 Smin）与提高发射机天线辐射功率 Pt 对增加传输距离是同

30、等重要的。故接收机采用超外 差体制，并且对接收机要调准，使接收机灵敏度最高。 在接收机输入端和拉杆天线之间必须加装升阻网络。一方面使天线阻抗与接收 机输入阻抗匹配，同时加装一个电感，使之与天线等效电容形成串联谐振，接收机高 放电路采用低阻抗输入的共基电路。本设计采用的 CXA1238S 芯片内部已集成了该电 路。如果在天线输入端再加一级低噪声天线放大器，会提高接收机的灵敏度从而增加 作用距离。 因本设计收发天线均采用拉杆天线或导线，其长度1m。为提高收发天线的增 益，应使拉杆天线的长度等于 1m 或略小于 1m。并且要注意收发信号时，使收发天线 的极化一致，且方向调在最合适的位置。 当频率为

31、35MHz 时，波长 为 8.6m，其传输特性按直线传输，如果中间有障 碍物则会产生反射和折射现象，对传输距离有很大的影响。所以测试应在空旷地方， 中间不能有障碍物或屏蔽物。 根据电波传输理论，如图 1.2.13 所示。在距离为(2n-1)/4 时，会出现波谷，收 听效果最差；在距离为 n/2 时，会出现波峰，收听效果最好。其中 n 为自然数。 图 1.2.13 电波传输理论示意图 （7）关于尽量减小系统输出信号失真度的分析 输出信号失真度也是单工无线呼叫系统的重要指标。该指标的优劣取决于接收和 发射两个分机。对可能产生波形失真的原因要分析清楚，从而采取有效措施，才能保 证系统输出波形无明显失

32、真。 从发射机方面考虑，应该注意以下几个方面： 音频放大部分。音频输入来自两个方面，一是话筒，其输入阻抗为高阻 （10K）或低阻（600） ，电平较低，一般要加低频放大电路。二是线路输入，阻抗 为 600，输入电平为 0dBmW（即 0.775V） ，一般不需要放大。对于需要进行放大的 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 11 页 低频信号，其放大器应工作在放大器件的线性段，且负反馈深度要大，确保音频信号 经过音频放大器后不产生失真。应采用低噪声放大器，有利于提高整机的信杂比，也 有利于改善输出波形失真这项指标。 调制器部分。由上述分析可知，收发系统均采用调频（FM）体制，要求调频 波的瞬时频率

33、与输入信号（即调制信号）u (t)或线性关系即 )()(tkutc （ 1.2.2） 而调制器采用的 VCO 电路，以变容二极管做调谐元件。其变容二极管结电容rDjQjVuC)/1( ，式中 r 为电容变化指数。 若变容二极管作为振荡回路的总电容时，则瞬时角频率 (x)为 （1.2.3）22)1()(1/1)( rcrQDcj xVtuLCx 为使角频率 (x)与调制信号 u(t)成线性关系，必须选取 r=2 的变容二极管。 若变容二极管部分接入振荡回路时，应取电容变化指数 r=1。 根据单元电路设计，本方案采用变容二极管作为振荡回路的总电路设计，故取 r=2，且变容二极管静态反偏电压取在合适

34、位置，从而保障失真度最小。 从接收机方面考虑，应该注意以下几点： 鉴频/鉴相器部分。如图 1.2.14 所示，鉴频/ 鉴相器鉴频特性应取其线性部分，线 性度要好，且静态工作点应选择在图形的中点，最大频偏 。广电总局标准mffax fmax 为 75KHz。实际工作时应使 小于 75KHz，这样鉴频/鉴相器引起的波形失maxf 真才会最小。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 12 页 图 1.2.14 鉴频/鉴相器鉴频特性 音频低放与功率放大器部分 从鉴频/鉴相器出来的音频信号是很弱的，需要经过低频小信号放大和低频功率放 大。这里需注意的是鉴频/鉴相器到低频小信号放大级之间应防止干扰信号串入，如

35、输 入线较长应采用屏蔽线。低放与功放应采用线性放大电路，以确保输出波形失真小。 从系统方面考虑： 收发系统要调整正常，两者的频率要对准，直流稳压电源纹波要小，还要防止外 部干扰（特别是市电干扰）串入系统。故发射机音频放大级最好能屏蔽。 1.2.3 系统组成 系统主要分为发射和接收两大模块，经过方案比较与论证，发射和接收部分的组成 框图分别如图 1.2.15 和图 1.2.16 所示。其中发射部分的集成电路 MC1648、MC145152、MC12022 、低通滤波器和晶振构成锁相环频率合成器、音频处 理器、数据编码器、单片机进行数据处理、按键处理、LCD 驱动。接收部分由收音模 块、音频输出模

36、块、数据接收模块以及控制模块四大部分组成，单片机起控制作用。 由于电路中既有数字电路又有高频电路，需将高频地和数字地分开以及高频电路用金 属屏蔽隔离，以减小交叉调制等干扰。 图 1.2.15 发射部分组成框图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 13 页 图 1.2.16 接收部分组成框图 2 单元硬件电路设计 2.1 发射部分电路的设计 2.1.1压控振荡器的设计 压控振荡器主要由压控振荡器芯片 MC1648、变容二极管 V149 以及 LC 谐振回路 构成。MC1648 需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路。为达到最佳工作性 能，在工作频率时要求并联谐振回路的 QL100。电源采用 +

37、5V 的电压，一对串联变 容二极管背靠背与该谐振回路相连，调整加在变容二极管上的电压大小，使振荡器的 输出频率稳定在 35MHz。图 2.1.1 为压控振荡器电路图。图 2.1.2 为 MC1648 的内部电 路图。 VD2 VD1 VCC 1NC 2 OUT 3NC 4 AGC 5NC 6 GND 7GND8 NC 9 BIAS10 NC11 TANK 12 NC13 VCC14 MC1648 U2 104C17 L 103 C21 104C26 VCO 5V 104 C14 104 C15 12V10KR1 50KR8 入入入入 图 2.1.1 压控振荡器电路图 贵州大学本科毕业论文（设计

38、） 第 14 页 压控振荡电路由芯片内部的 VT8、VT5、VT4、VT1、VT7 和 VT6，10 脚和 12 脚外接 LC 谐振回路（含 V149）组成正反馈（反相 720）的正弦振荡电路。其振荡频率由式 2.1.1 计算。 LCfc21 （2.1.1） 其中 ， 即21DC21D VCO 的芯片管脚 3 为缓冲输出，一路供前置分频器 MC12022，一路供放大后输出。 该芯片的 5 脚是自动增益控制电路（AGC）的反馈端。将功率放大器输出的电压 Vout1 通过一反馈电路接到该脚，可以在输出频率不同的情况下自动调整输出电压的幅值并 使其稳定，由于本设计的频率固定在 35MHz，且其反馈幅

39、度不大，因此 5 脚直接接地。 VD2 VD1 VT4 VT1 VT10 VT5 VT2 VT8 VT6 VT9 VT1 VT7 VT3 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 VCC1 BIASPOINT TANK VCC AGC VCC2 VCC1 OUTPUT 14 1 7 810 12 5 1 2 12 图 2.1.2 MC1648 内部电路图 VCO 产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。C VD 的大小受所加偏 置电压 U 控制，它们之间的关系可由图 2.1.3 所示电路测出。方法为：从扫频仪输入 0300MHz 的扫频信号，同

40、时用扫频仪检测该电路的谐振频率。调节电位器 Rp3 使变 容二极管的偏压以 0.5V 为间隔从 1V10V 变化，从扫频仪观测电路的谐振点频率并 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 15 页 记录下来。由于 Cj 是全部接入谐振回路，为减少波形非线性失真，取变容二极管电容 变化指数 r=2。根据式 2.1.1，利用 Matlab 计算出频率与容量的关系，进而得到偏置电 压与容量关系曲线，如图 2.1.4 所示。 图 2.1.3 变容二极管特性测定电路 图 2.1.4 变容二极管特性曲线 从 CVD/U 曲线上易见，偏置电压取值 3.5V7.5V 时，C VD 的变化近似线性，从 25 pF18

41、pF。又 fc 为 35MHz，根据式 2.1.1，有： VDcfL2)/(1 取 CVD=20pF，f c=35MHz，得 L=1.04H。 因此，取 L=1.04H 可满足要求。 2.1.2 锁相环电路设计 压控振荡器的输出频率受自身参数、控制电压的稳定性、温度、外界电磁干扰等 因素的影响，往往是不稳定的。因此可以加入自动相位控制环节，即锁相环，来稳定 发射频率。发射频率经反馈，与晶振产生的标准信号做比较，在锁相环的跟踪下，发 Rp3 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 16 页 射频率始终向标准信号逼近，最终被锁定在标准频率上，达到与参考晶振同样的稳定 度。锁相环电路 MC145152 是

42、大规模集成锁相环，集鉴相器、可编程分频器、参考分 频器于一体，分频器的分频系数可由并行输入的数据控制，其内部框图如图 2.1.5 所示。 图 2.1.5 MC145152 内部框图 （1）参考分频 参考晶振从 OSCin、OSC out 接入，芯片内部的R 参考分频器提供 8 种不同的分频 系数，对参考信号进行分频。R 值由 RA0，R A1，R A2 设定，如表 2.1.1 所示。本设计中， 参考晶振为 10.24MHz，所以取 RA0RA1RA2101 时，即 R1024，对晶振频率进行 1024 分频。 表 2.1.1 MC145152 参考分频器分频系数选择表 RA2 0 0 0 0

43、1 1 1 1 RA1 0 0 1 1 0 0 1 1 RA0 0 1 0 1 0 1 0 1 R 8 64 128 256 512 1024 116 0 2048 （2）可编程分频 由于发射部分的频率高达 35MHz，MC145152 的电路无法对其直接分频，必须先 用 ECL 电路的高速分频器进行预分频，把频率降低，然后由 MC145152 继续分频，得 到一个参考频率相等的频率，并进行鉴相。为使分频系数连续可调，可编程分频电路 采用的是吞咽脉冲计数法，它由 ECL（非饱和型逻辑电路）的高速分频器 MC12022 及 MC145152 内部的A 减法计数器，N 减法计数器构成。如图 2.1

44、.6 所示。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 17 页 图 2.1.6 吞咽脉冲计数器原理图 MC12022 有 64 和 65 两种分频系数。 M 为其控制端（从 MC145152 的 9 脚输出， 输入 MC12022 的 6 脚） 。 M 为高电平时，MC12022 以 P165 为分频系数，M 为低 电平时则以 P64 为分频系数。 N 和A 是可预置数的减法计数器，由并行输入口 分别预置 6 位的 A 值和 10 位的 N 值。PD 为数字鉴相器。f o 为压控振荡的输出频率 （即发射频率） 。 吞咽脉冲计数器开始计数时，M 的初值为 1，A 和N 两个计数器被置入预置 数并同时计

45、数，当计到 A（P+1）个输入脉冲（f o）时，A 计数器计完 A 个预置数， M 变为 0；此时A 计数器被控制信号关闭，停止计数；而N 计数器中还有 NA 个 数，它继续计（NA）P 个输入脉冲后，输出一个脉冲到鉴相器 PD。此时一个工作周 期结束，和 N 值被重新写入两个减法计数器，M 又变为 1，接着重复以上过程。整 个过程中输入的脉冲数共有 QA（P1）+(N-A)P=PN+A，也就是说，该吞咽脉冲计 数器的总分频系数为 PN+A。 可见，采用吞咽脉冲计数方式，只要适当选取 N 值与 A 值，就能得到任意的分频 比。为实现锁相，必须有 fo/（ PN+A）= fr。反过来，由于 fo

46、f r（PN+A） ，改变 N 和 A 的值，也能改变 fo，这就是输出频率数字化控制的原理。 A 计数器为 8 位，因此 A 值最大为 63，MC12022 的 P 值为 64。如果参考频率 fr10kHz，则输出频率 fo（PNA）f r（64NA）10kHz。 本设计中，要使发射频率为 35MHz。 先令 A0， 则 N(f o/ frA）/P=（3510 6/10103）/64=54.69。 取 N 54110110B， 进而 单 片 机 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 18 页 A(f o/ fr)PN=（3510 6/10103）64 5444101100B 。 由此可得，即给

47、MC145152 的 N9N 0 和 A5A 0 口预置相应的数值，这就实现了 对发射频率的控制。 （3）鉴相 模拟鉴相器对输入其中的两个信号进行相位比较，一个是由稳定度很高的标准晶 振经过分频得到的，另一个是由压控振输出频率经分频反馈回来的，这两个信号通过 鉴相器，也就是经过一个模拟乘法器后得到一个相位误差信号。设两个输入信号分别 为： )(sin)(sin)( 21tUtUt ttrymyymy rrrr 其中 )(2ttyry 将两信号相乘得到 )(sin)(sin21 2121 ttttUrymryr 再经过一个低通滤波器，取出其中的误差信号 ，滤去其高AUcc 频成分，将其直流成分用

48、来调整压控振的输出频率。 本设计采用的鉴相器集成在 MC145152 中，它是一种新型数字式鉴频/ 鉴相集成电 路，具有鉴频和鉴相功能，不需要辅助捕捉电路就能实现宽带捕捉和保持。 2.1.3 功率放大电路设计 电路如图 2.1.7 所示。功放管为 2SC1970，采用感性负载，输出幅度较大。丙类功 放的基极电压-V EE 是利用发射极电流的直流分量 IE0 在射极电阻 RE2 上产生的压降来提 供的。当放大器的输入信号 t 为正弦波时，集电极的输出电流 ic 为余弦脉冲波。利用 谐振回路 L2C2 的选频作用获得输出基波电压 c1、电流 ic1。 集电极基波电压 pmcRIV1 式中，I c1m 为集电极基波电流的振幅；R C 为集电极负载阻 抗。集电极输出功率 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 19 页 3 2 1 3355Q1 12V 103 C18 30KR9 2KR10 50KR11 104C6 47pC13 +10uF C26 L 入入 cmcmcmc RVIVP212112 直流电源 VCC 供给的直流功率 0cCDI 集电极的效率 )(212100cmCDcIVP 考虑到效率和功率，选择导通角 为经验值 70。 当功放工作在临界状态时对应的等效负载电阻 图 2.1.7 功率激励电路CESqPVR2)( 2.1.