单工无线呼叫系统刘利子

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1、单工无线呼叫系统方阁谭潇雄刘利子摘要:本系统基于FSK和FM调制解调原理，以89C51单片机和FPGACEP1C6Q240C8)构成的最小系统及超低功耗单片机MSP430F449为控制核心，设计制作了一个单工无线呼叫系统，实现了一个主站到八个从站的单工语音及短信数据传输业务。主站发射部分对短信数据进行串行编码后，先经过数字FSK调制，再与A/D采样得到的语音信号量化值叠加后进行FM调制，通过控制AD9851来完成，从而实现语咅和短信的同吋传输，其载波频率为30MHz。从站接收部分以超人规模AM/FM立体声收音集成芯片CXA1691组成的FM

2、解调电路解调，再经过窄带滤波器分离出语音信号和短信数据。系统发射功率＜20mW时，语音传输距离为40米，短信传输距离不小于15米。系统功能齐全，功耗低，操作简单，界面友好。关键词：AT89C51；MSP430F449；二进制频率调制；频率调制；异步串UI通信一、方案论证与选择1、题目任务要求与相关指标分析设计任务要求制作一个主站至从站的单工语音及英文短信传输系统，当发射峰值功率不大于20mW时，主、从站室内通信距离不小于5米，并尽可能的加大通信距离，另外，当传送信号为300-3400HZ正弦信号吋，接收端波形无明显失真，使得本题的难点在于发

3、射效率和接收灵敏度的提高，及系统输出信号失真度的减小。此外，本系统既有中频信号，又有高频信号；既有模拟信号，又有数字信号，它们相互交调会形成频谱很窄的内部干扰信号，不仅影响音频信号的传输质量，还会影响主站的呼叫和英文短信的传输质量，因此抗干扰措施必须做好，以保证音频信号的高质量传输和短信的无误传送。2、方案论证与比较(1)载波产生方式的比较与选择方案一：采用晶体振荡器产生基准频率，再用选频网络与放大器选出它的谐波实现倍频，具体方框图如图1.1所示。该方案产生的载波信号稳定度高，但满足要求的晶体谐振器难以获得，选频网络调节复杂。图1.1晶振电

4、路产生载波方框图方案二：锁相环(PLL)频率合成技术。数字锁相频率合成器基木原理方框图如下：图1.2锁相环频率合成原理图通过改变程序分频器的分频比，可改变压控振荡器的频率又，从而获得满足要求的频率稳定度等同于参考频率的信号。基于锁相环的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率信号，抑制杂散分量。累加器攻字波形存储as►LPF►纊形鏞曲相位增W寄存期►i时钟图1.3DDS原理图方案三:采用直接数字频率合成器（DirectDigitalFrequencySynthesis）oDDS技术以Nyquist时域采样定理为基础，在时域屮进行频率合成。DDS

5、的棊本原理方框阁如下：DDS棊于相位累加合成技术，在时域屮实现频率合成，可以输出尚精度和高纯度的频率信号，其相位、频率和幅度都可以实现程控。其优点是理论上只耍累加器的位数足够多，可以实现任意小的频率步进，故频率分辨率很高，离散输出已十分接近连续变化，不足之处在于ROM的容量限制带来相位截断噪声。载波信号发生器是主站发射部分的重要组成部分，应能产生高频等幅的正弦信号，信号频率稳定度高。DDS与锁相环方案均能产生高稳定度的正弦信号，且精度高，实现容易。相比而言，使用DDS直接合成技术产生的载波信号抗干扰能力强，实现方式简单。故设计时采用方案三，

6、并使用DDS专用芯片AD9851，能简便地控制正弦波的频率。（2）语音调制方式的比较与选择方案一：采用调幅（AM）体制。调幅原理是使高频载波信号的幅度按调制信号（音频信号）的幅度规律变化，即将音频信号经放大后与载波信号在AM调制器中实现，使用二极管包络检波方法或专用芯片可回复出原始音频信号，调制解调电路简单。方案二：米用调频（FM）体制。调频原理是使尚频载波信号的瞬时频率按调制信号（音频信号）的幅度规律变化，即利用音频信号控制载波信号的瞬时频率来实现，通过鉴频器可将音频信号解调出来，解调电路比较复杂。AM调制与FM调制相比，FM调制体制的抗

7、干扰能力强，抗衰落能力强，为实现语音信号的高质量传输，语音信号传输采用FM调制方式实现。（3）短信调制方式的比较与选择方案一:采用一次调制以ASK调制方式实现。采用ASK调制体系，即利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。此调制方式可由模拟调制法和键控法实现，调制解调电路简单，但抗干扰性差，且无法实现语音信号与短信数据的同时传输。方案二：采用二次调制以FSK和FM调制方式实现。采用FSK和FM调制体系，即先利用FSK载频的不同来反映编码数据，再根据FM载波的频率变化来传递数字信息。此调制方式抗噪声和衰落性较好，II能实

8、现语咅信号与短信数据的同吋传输，但增加了软件设计部分的复杂度，解调电路较复杂。为了实现短信数据与语音信号的同时传输，短信数据的调制以二次调制方式实现。短信数据进行第一次调制时可采