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单工无线呼叫系统[2005年电子大赛一等奖]
摘要:本系统采用调频方式实现了主站至从站的单工语音及数据传输业务。发射机以单片机SPCE061A为核心,采用MC145151锁相环完成FM调制等功能;接收机采用CXA1691完成FM解调功能;引入双音频编解码完成数据传输;利用市售红外遥控器实现了发射机英文字符的输入。关键字:SPCE061A单片机?? FM调制
一、方案论证
1、调制方式选择 方案一:采用调幅方式(AM),发端用音频调制载波,载波的包络即变为音频信号,收端利用包络检波技术恢复音频信号,若调制信号变为数字基带信号,则称为振幅键控(ASK)。其特点是调制后的载波占有带宽小,缺点是抗干扰能力较差。 方案二:采用调频方式(FM),发端用音频调制载波,载波的频率会随着调制信号的幅度变化而变化,收端利用鉴频器将调制信号恢复,对应的数字调制方式为频移键控(FSK)。其特点是占有带宽宽,但抗干扰能力明显优于AM方式。综上,题目要求载频在30MHz~40MHz之间,可用AM方式,亦可用FM方式,考虑到要保证发挥第2项短信功能的正确性,系统必须有良好的抗干扰性,因此本系统采用FM方式实现。
2、编码方案选择 方案一:采用常规的数字调制。所有的控制指令(单呼、群呼等)和英文短信的编码均为数字基带信号,将此基带信号稍做平滑后直接对载波进行调制,即FSK调制;收端解调后经整形恢复为数字基带信号,再做进一步处理。若采用此方案,必须在发端插入相应的帧同步字,发端进行相应的帧同步提取,才能保证数据传输的正确性和可靠性。 方案二:发端预先利用双音频编码器将欲传输的数据变为相应的双音频信号,然后进行调制,接收端经FM解调后的双音频信号,经双音频译码器翻译成相应的数字信号,送给CPU处理,从而实现相应的功能。 第一种方案传输可靠,但实现难度较大。第二种方案较容易实现,但每次只能传送四位二进制数,本系统采用两次传送一个英文字符的方法实现。
3、发射机方案选择 方案一:采用变容二极管和晶体管构成的石英晶体振荡器,使其振荡频率在30MHz-40MHz之间,调频后进行发射。 方案二:采用专用的调频发射芯片,如BA1404等,借助于外围的LC振荡回路来改变载波频率,从而实现调频。 方案三:采用MC145151锁相环集成电路,配合单管型压控振荡器实现,采用拨码开关控制MC145151的数据输入脚,从而控制VCO输出不同频率的载波,调试时只需把频率控制在30MHz-40MHz之间即可。 为了保证发射机发射载频的稳定度,同时也为了保证整个系统的稳定性,本系统采用方案三。
4、接收机方案选择 方案一:采用MC3362/MC3363等窄带调频接收专用芯片,该系列芯片接收信号的频偏典型值为3KHz,鉴频器的灵敏度较高,但解调后音质不如调频广播的音质好。 方案二:采用常规的调频广播收音机接收芯片(如CXA1691),调整本振频率,使得接收频率范围落在30MHz-40MHz之间。调频广播的典型频偏为75KHz,音质动态范围好。 因为本系统采用双音频编码方案传输数据信号,所以一定要保证音频信号传输的不失真。本系统选用方案二。
5、英文键盘方案选择 方案一:采用矩阵键盘,采用矩阵式行列扫描方式,但26个英文字母至少需要11个I/O才能完成,这样单片机的引脚资源变得极为贫乏。 方案二:采用大屏幕液晶,采用移动光标的方式从所有字母中选择输入。该方案操作烦琐,而且加大了软件工作量。 方案三:采用市售的按键数大于30的红外遥控器,分析其码元信息,实现不同字母的输入。 方案三方便实用,操作快捷,本系统采用该方案。
二、详细软硬件设计 本系统是由发射机和接收机构成的单工呼叫系统。 发射机框图如图2.1,硬件连接图如图2.3,由主控单片机SPCE061A、锁相环频率合成器MC145151、高频功放、双音频编码器、红外遥控及其接收电路、液晶显示模块、话筒放大电路等模块组成。
图2.1? 发射机系统框图
接收机方框图如图2.2,硬件连接图如图2.3,由主控单片机、调频接收芯片(CXA1691)及其外围电路、双音频译码电路、音频功放、液晶显示终端等模块构成。接收机采用四节1.5V电池串联供电。
?图2.2?? 接收机系统框图?图2.3?? 接收机系统硬件连接图
1、硬件设计(1)主机部分a)主站控制单片机小系统电路 该小系统以SPCE061A单片机为核心,小系统电路原理如图2.4所示。外围电路包括:4×4键盘,如图2.5所示,题目中发挥部分第1项群呼、单呼等命令以及0-9十个数字的输入由该键盘来完成;RT128×64点阵液晶构成人机接口,可显示英文、汉字、图标、图形等,并具有背光支持,以构成友好人机界面,来显
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