语音文字短信无线发射机设计

yr0212

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simon2000

语音/文字短信无线发射机设计

1.系统组成
语音/文字短信无线发射机的系统方框图如图1所示，由集成电路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、AT89S52单片机、按键、128×64点阵型LCD等部分组成。
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2.电路设计
（1）压控振荡器电路（VCO）
VCO主要由压控振荡器芯片MC1648、变容二极管V149以及LC并联谐振回路构成。电源采用+5V的电压。
MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路，电容采用一对串联变容二极管，背靠背与电感相连，调节加在变容二极管上的电压值，使VCO的输出频率稳定在35MHz。在工作频率时，为达到最佳工作性能，要求LC并联谐振回路的QL≥100。VCO电路图如图2所示。
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VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。变容二极管的CVD的大小受所加偏置电压U控制。对于fc=35MHz，CVD=20pF，利用公式500)this.style.width=500; border=0>计算可得L=1.04μH。
MC1648引脚端3为缓冲输出，一路供前置分频器MC12022，一路经功率放大后输出。该芯片的引脚端5是自动增益控制电路（AGC）的反馈端，由于本设计的频率固定在35MHz，且其反馈幅度不大，因此引脚端5经电容接地。
（2）锁相环电路
VCO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，往往是不够稳定的。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。
锁相环电路采用MC145152芯片，MC145152芯片集鉴相器、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。
①参考分频
参考晶振接入MC145152的OSCin、OSCout引脚端，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值由其引脚端RA0、RA1和RA2设定，RA0RA1RA2设定范围为000～111，对应的分频系数为8～2048。本设计中，参考晶振为10.24MHz，所以取RA0RA1RA2＝101时，即R＝1024，对参考晶振频率进行1024分频。
②可编程分频
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器，由ECL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3所示。
MC12022有64和65两种分频系数。M为其控制端（从MC145152引脚端9输出，输入到MC12022引脚端6）。M为高电平时，MC12022以P＋1＝65为分频系数，M为低电平时则以P＝64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。fo为VCO输出频率（即发射频率）。
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＝fr×（PN+A），改变N和A的值，也能改变fo，实现输出频率数字化控制。
÷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fr＝10kHz，则输出频率
fo＝（PN＋A）fr＝（64N＋A）×10kHz
本设计中，要使发射频率为35MHz，先令A＝0， 则
N＝(fo/ fr－A）/P=（35×106/10×103）/64=54.69
取N ＝54＝110110B，进而有
A＝(fo/ fr)－PN=（35×106/10×103）－64×54＝44＝101100B
由此可得，利用单片机给MC145152的N9～N0和A5～A0口预置相应的数值，即可实现对频率的控制。
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③鉴相
本设计采用的鉴相器集成在MC145152中，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。
（3）功率放大电路
末级功放选用三极管2SC1970，工作在丙类放大状态，采用感性负载，输出功率达到20mW。当放大器的输入信号υt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LC的选频作用获得输出基波电压υc1、电流ic1。
（4）天线阻抗变换电路
根据MATLA仿真，对于1m长的拉杆天线，当f=35MHz时，其等效阻抗为Z=R+jX=5.44-j115.1，呈容性。要使发射机的输出阻抗50Ω与天线匹配，必须对发射机的输出电路添加降阻匹配网络，及采用串联谐振，抵消天线呈容性负载的影响，使天线辐射出去的功率达到最大。
本设计的阻抗变换电路如图4所示。该电路采用两节LC网络，从50Ω→16Ω→5.4Ω逐步变换阻抗。串联连接L3来抵消天线呈容性负载的影响。在fo=35MHz时，计算出：C1≈160.8pF，L1≈76nH，C2≈281.2pF，L2≈13.4nH，L3=523.49nH。
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（5）编码电路
编码电路采用具有地址和数据编码功能的编码芯片PT2262， PT2262输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。PT2262发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态，用加入到各引脚端的不同状态，来确定相应地址和数据的编码，从输出端Dout输出。6个数据位（D0～D5）由单片机引脚端（P20～P25）预置，同时6个地址码也由单片机引脚端（P00～P05）预置。Dout输出的信号通过左声道加入到VCO电路中的变容二极管上进行调制后发射出去。通过改变引脚端15（OSC1）和16（OSC2）之间所接的电阻值，可改变Dout输出频率。
（6）发射机控制、显示和键盘电路
发射机控制器采用单片机AT89S52，利用PT2262编码器芯片和AT89S52单片机实现文字短信数据传输业务以及对机号的选择与控制等功能。文字短信数据可采用按键或者键盘输入，输入音频输入和文字短信输入可自动转换；显示采用128×64点阵型液晶显示。
3. 发射机的程序设计
发射机的程序主要可分为按键处理模块、液晶显示模块、数据处理模块以及字符转换模块等几部分，程序流程图如图6所示。
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4. 系统抗干扰措施
在本发射机系统中既有低频信号，又有中频和高频信号；既有模拟信号，又有低频基带的数字（脉冲）信号和锁相环生成的各种频率的数字（脉冲）信号。各种信号交叉调制，会形成频谱很宽的内部干扰信号，加上外部各类干扰信号的窜扰。这些干扰信号不仅影响音频信号的传输质量，更重要的还会影响主从站的呼叫，文字短信的传输质量，造成呼叫出差错和文字短信出错误。系统采用的抗干扰措施有：
① 将发射机调制器之前音频输入级加以屏蔽，防止50Hz交流信号干扰和数字（脉冲）信号干扰。
② 电源隔离。模拟部分和数字部分的电源单独供电，如共用一个直流稳压电源，必须采用电感和电容等去耦电路。
③ 地线隔离。由于电路中既有数字电路又有高频电路，绘制PCB板时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。PCB板地线设计尽可能的粗，甚至大面积接地，除了元器件引线、电源走线、信号线之外，其余部分均作为地线。同时模拟地要与数字地分开。
④ 模数隔离。模拟部分会受数字部分的脉冲干扰影响，绘制PCB板时，必须将数字部分和模拟部分的布线拉开一定的距离。
⑤ 数数隔离。本系统采用了锁相环，会产生各种频率的脉冲信号。呼叫信号和文字短信也是数字信号，这两类数字信号要相互隔离，若前者干扰后者，造成呼叫或文字短信传递出差错，而后者干扰前者造成分频错误，从而影响锁相的稳定的。
⑥凡是用电解电容作为去耦电容的地方，一定要并接一个容量较小的瓷片电容，并千万注意电解电容的极性不能反接，否则会产生很大的噪声干扰。
5. 结束语
所设计的发射机，发射频率为35MHz，发射峰值功率达到20mW，频率稳定度和准确度均达到了10-5，可传送语音信号，语音信号输入可采用话筒和线路输入，可传送文字短信，音频输入和文字短信输入可自动转换，文字短信输入可采用按键或者键盘输入，液晶显示，操作方便。与语音/文字短信无线接收机配套，在智能家居系统中应用效果良好。