基于msp430的小功率无线发射接收系统

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1、基于MSP430的小功率无线发射/接收系统杨光义程鑫金伟正陈小j武汉大学电子信息学院以MSP430G2553单片机为控制核心，设计Y—套小功率无线发射接收系统，给出了完整的系统方案和详细的发射功率计算过程。在接收端引入软件控制，实现了手动搜台和自动搜台等功能，既可以作为调频接收机单独使用，也可以作为发射/接收系统整体使用。系统涉及到的知识点丰富、综合性强，涵盖了压控振荡、频率调制、频率解调、射频功放、低频功放和MSP430单片机等内容。系统采用模块化设计，成本低廉、趣味性强，有助于学生深入理解相关理论知识，适合在实验教学中推广。关键词：无线发射/接收系统;功率放大;MSP4

2、30G2553;为此，本文设计了一套小功率无线发射/接收系统，实现了短距离的无线发射和接收。系统以MSP430G2553单片机为控制核心，涵盖了压控振荡器、频率调制、频率解调、射频功放和低频功放等内容，组成了一个相对完整的通信系统。通过本系统的学习，有助于学生学习常用的电子元件器件、模拟电路以及简单的电路系统，掌握高、低频电子线路的基本概念和工作原理，掌握电子系统的分析和设计方法，为电子系统的工程实现等后续课程打下必备的基础［2］。1系统方案及理论计算1.1系统方案小功率无线发射/接收系统总体框图见图1。发射部分包括压控振荡、频率调制、功率放大和电源4个模块。压控振荡器（V

3、C0）产生高频载波信号，频率调制器完成高频载波和输入信号的调制，产生的调频信号经过射频功率放大后，获得足够的射频功率，馈送到天线上辐射出去。接收部分包括频率解调、主控单元、信号输出和电源4个模块。主控单元通过控制频率解调，实现从调频信号中还原出低频调制信号的功能，然后经过低频功率放大，推动扬声器发声。1.2理论计算根据［3-4］，传输损耗U是路径损耗U与天线增益G之差，即:其中,LP=32.45+201gf+201gd+A,f为电波频率（MHz）,d为传播距离（km）,八为电波衰减（dB）。天线增益0=0,+01.,G,.与G、分别为发、收天线沿信号传输方向的平而波增益（d

4、B）。实际应用中，由于无线通信耍受到各种外界因素的影响，比如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，一般取A=4O〔1BU1。设发射频率f=100MHz,发射距离d=50m,可得L,，=86.43dBo一般常用的拉杆天线增益为2.5~3.5dBi£^l，本文取Gt=G、=3dBi,可得:G=Gt+Gr=6dB，Lt=80.43dB。参阅S14730（完成频率解调功能，将在硬件部分详细介绍）的资料可知，系统接收灵敏度Pra=-100dBm（2.2PV）。所以，发射功率P,必须满足:P》Pro+Lt=-19.57dBm（0.011mW）根据国家工信部的有关规定m，频率处于88.0^10

5、8.0MHz的无线传声器的发射功率应不大于3mW。因此，系统的发射功率实际的取值范围应为:3mW彡Pt彡0.OllmWo图2为发射天线的等效电路模型M，等效的信号源阻抗Zs=Rs+jXs，仏为信号源电阻，Xs为信号源电抗;天线的阻抗ZA=RA+jXA，其中RA为天线的输入电阻，XA为天线的输入电抗。当信号源阻抗Zs和天线阻抗ZA共扼匹配时，发送到天线上的功率PA达到最大值。即当ZA=ZS，即Ra=Rs、Xa=-XsBJ-,Pa达到最大值。此时发送到天线的功率，或者说天线的可用功率匕为2系统硬件设计仔细分析系统框图可知，系统硬件设计的重点和难点在于频率调制、射频功放、主控单元

6、和频率解调4部分。受于篇幅限制，本文仅对这4部分详细介绍，低频功放可以［9-10］，电源模块可以［11］。2.1频率调制为了将语音信号调制到100MHz左右的频率上，系统采用新型调频发射压控振荡器MAX2606JIAX2606采用S0T23-6微型封装，内部集成低噪声考比兹(Colpitts)压控振荡器，调谐范围、偏置、触发值等均由片内电路决定，只需外接少量元件就能组成高性能调频发射器［12］，具体电路见图3。图3频率调制电路图3中，压控振荡器MAX2606的中心频率由外部电感1。设置，当电感LF330nH时，屮心频率f(=100Mllz。调节电位器R5，可以在85〜107

7、Mllz的FM波段选择一个频道作为发射频率。由麦克风MK1采集的音频信号经过电位器衰减后，从压控振荡器MAX2606的引脚3送入内部振荡电路，经过调制后的射频信号从引脚6输出。调试MAX2606冇2个关键点:一是选用电感的品质因素Q应大于35,以确保振荡器能够正常起振，且让振荡器具有良好的噪声特性;二是输入音频信号幅度高于60mV时将产生失真，因此使用时需要调整电位器R、将信号衰减到60mV以下。2.2射频功放鉴于MAX2606产生的调频信号功率较小，故在MAX2606后级联一个射频功率放大器THS9000，以获得