【正文】 數(shù)，見表23。表23　低頻語音前置放大器的參數(shù)電源電壓/V177。15RF/ KΩ62Rf/Ω620R1/Ω620C1/ uF1M?C2/ uF100然后由式（21）用MATLAB對該電路的幅頻特性進行仿真，程序代碼見附錄一，仿真結(jié)果如圖25所示。圖25 　低頻語音前置放大器幅頻特性觀察可知其系統(tǒng)函數(shù)所描繪的是截止角頻率約為100rad/s（即截止頻率約16Hz）的放大器，放大倍數(shù)為40dB(100倍)，對低于20Hz信號有比較陡峭的衰減，基本滿足對低頻部分的要求，但對高頻信號沒有衰減作用，在下一節(jié)中將設(shè)計一低通濾波器以達到抗混疊的效果?！】够殳B濾波器的設(shè)計（1）濾波器類型的選擇[4]如果用模擬電路直接對模擬信號進行處理則構(gòu)成模擬濾波器，它是一個連續(xù)時間系統(tǒng)。如果利用離散時間系統(tǒng)對數(shù)字信號（時域離散，幅度量化后的信號）進行濾波，則構(gòu)成數(shù)字濾波器。除了模擬和數(shù)字這兩大類濾波器外，還有一類對離散信號（僅時間離散，未轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號）進行處理的濾波電路，其中“開關(guān)電容濾波器”具有一定的代表性。由于本系統(tǒng)對濾波要求的精度不是很高，為簡化設(shè)計，采用模擬濾波器的方案。常用的模擬濾波器有無源LC濾波器和有源的RC濾波器兩類。在工作頻率較低的情況下，無源LC濾波器表現(xiàn)出明顯的缺點。此時，電感元件體積、重量較大，而且電感Q值下降。RC有源濾波器則適用于低頻場所。本設(shè)計屬于低頻設(shè)計，采用RC有源濾波器。（2）RC有源濾波器的實現(xiàn)方案[5] [6]RC有源濾波器包括電阻、電容、運算放大器以及由此導(dǎo)出的電壓控制電壓源（VCVS）、回轉(zhuǎn)器、積分器、比例放大器和加法器等，無電感電路。常見的VCVS有兩種，如圖26所示。圖26　常見的VCVS（a）正增益VCVS?。╞）負增益VCVS圖26（a）是正增益VCVS，其增益k=V2/V1=1+R2/R1 （27a）當(dāng)R2=0，R1=∞時，即電壓跟隨器。圖26（b）是負增益VCVS，其增益k=V2/V1=R2/R1 （27b）和無源濾波器一樣，有源濾波器的實現(xiàn)也是綜合系統(tǒng)函數(shù) （28）當(dāng)m≤n時 (29)其中k≤n。子系統(tǒng) （210）RC有源濾波器利用放大器負反饋，使H（s）產(chǎn)生共軛極點，不僅可以靠近jΩ，形成良好選頻特性（用于濾波），甚至可以移至虛軸形成振蕩（作信號源）。RC有源濾波器有兩種實現(xiàn)方法:a直接法，直接將H（s）綜合得到電路；b級聯(lián)法，將子系統(tǒng)Hj（s）逐級實現(xiàn)后級聯(lián)。本設(shè)計采用級聯(lián)法，典型電路是單級正反饋電路，它是可以實現(xiàn)不同濾波特性的雙二階電路。它由RC梯形電路與有源VCVS共同組成，其一般結(jié)構(gòu)如圖27(a)所示,其中Y1，Y2，Y3，Y4是電阻或電容，r和（K1）r用以調(diào)節(jié)所需要的增益K，圖27（b）是其等效電路。圖27　雙二階單級正反饋電路實現(xiàn)及其等效電路（a）實現(xiàn)電路?。╞）等效電路其系統(tǒng)函數(shù) (211)用RC元件代入Y1Y4，就可以構(gòu)造出具有不同濾波特性的雙二階系統(tǒng)函數(shù)Ha（s）。（3）RC有源濾波器參數(shù)的確定這一部分用到的抗混疊濾波器屬低通濾波器，而具有低通濾波特性的雙二階系統(tǒng)函數(shù)Ha（s）的一般表達式為 （212）其中A（s）為傳輸函數(shù)，即Ha（s），Av為電壓增益，ωc為截止角頻率，Q為品質(zhì)因數(shù)。采用RC情況如圖28所示。圖28　雙二階單級正反饋低通濾波電路圖28所示的電路也是VCVS電路，其中運放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個電壓源，故稱VCVS電路，其優(yōu)點是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。這一電路對理想濾波器的逼近方式，同樣有巴特沃斯最平坦逼近法和切比雪夫等波紋逼近法等，實際采用的是巴特沃斯最平坦逼近法，圖29所示的是其一般幅頻特性。圖29　巴特沃斯低通濾波電路幅頻特性具體的系統(tǒng)函數(shù)表達式為 （213）由式（212）和式（213）聯(lián)立方程組 （214）只根據(jù)設(shè)計指標(biāo)fc,Av,Q確定電路參數(shù)R1，R2，C，C1的值是相當(dāng)困難的。通常是先設(shè)定一個或幾個元器件的值，再由式（214）求其他元器件值。設(shè)定的元器件越少，方程求解越難，但電路調(diào)整較方便。現(xiàn)在已經(jīng)用計算機完成了方程組的求解，并將具有巴特沃斯、切比雪夫響應(yīng)的n=2，3，…，8階各種類型的有源濾波器的電路及其所用的R、C元器件的值制成設(shè)計圾，設(shè)計時只需要查表就能得到濾波器的電路及R、C元器件的值，這種查表法實際上就是有源濾波器的快速設(shè)計方法。具體設(shè)計步驟如下：a 根據(jù)截止頻率fc，從圖210中選定一個電容C（uF）的標(biāo)稱值，使其滿足 （215）K值不能太大，否則會使電阻的取值較大，從而使引入的誤差增加，通常取1≤K≤10。實際取fc=3400Hz，作為低通濾波器的截止頻率，由式（212），由圖210查得C=,K=3。圖210　截止頻率fc，電容C及參數(shù)K的對應(yīng)關(guān)系（a）截止頻率fc（1Hz102Hz）　（b）截止頻率fc（102Hz104Hz）b 從表24查出與Av對應(yīng)的電容值及K=1時的電阻值，再將這些電阻值乘以參數(shù)K，得電阻的設(shè)計值。取Av=2，則R1==，R2== KΩ,R3==,R4== KΩ，C1=C=。表24　二階低通濾波器設(shè)計表Av1246810R1R2R3開路R40C1C2C2C2C2Cc 理論驗算。將RRRRCC代入式（214）得fc=,Av=2, 經(jīng)過上述步驟就確定了電路中的所有參數(shù)，見表25。表25　抗混疊濾波器的參數(shù)R1/KΩR2/KΩR3/ KΩR4/ KΩC/ uFC1/ uF　 A/D轉(zhuǎn)換和基帶串行發(fā)送的設(shè)計(1)基本要求[7]微弱的語音進號經(jīng)前置放大電路線性放大后就可進行A/D轉(zhuǎn)化，獲得的數(shù)字量輸入數(shù)字調(diào)制發(fā)射模塊進行發(fā)射，本設(shè)計中只作基帶發(fā)送。放大后待量化的語音信號頻率范圍仍然在3003400Hz之間，根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于等于基帶最高頻率的2倍，才可以由采樣信號恢復(fù)出原信號。取最高頻率為4KHz，則采樣頻率為8KHz。本設(shè)計利用PIC16F877單片機內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)10位量化，然后取高8位通過單片機的SPI模式進行基帶串行送。A/D轉(zhuǎn)換電路應(yīng)達到下列要求：a 每次A/D轉(zhuǎn)換周期（包括采樣保持和量化兩過程）不超過1/8KHz=125usb 串行數(shù)據(jù)傳輸速率不得低于8bit/125us=64kb/s,并行傳輸速率每路不低于1bit/125us=8kb/s(2)基本方案[8]a A/D轉(zhuǎn)換時間間隔。查詢PIC16F877單片機手冊，了解到每次A/D轉(zhuǎn)換分兩個階段：采樣保持，量化。最小采樣保持時間為12us，量化用時12TAD。其中TAD由軟件設(shè)置為TAD=8TOSC，TOSC為單片機所接晶振的周期，通常都是用4MHz晶振，TOSC=1/4MHz=，TAD=2us，量化用24us。則一次A/D轉(zhuǎn)換最少用時為12+24=36us。所以每次A/D轉(zhuǎn)換的間隔應(yīng)控制在36us和125us之間，可用單片機內(nèi)的定時器0進行定時，量化后的10位數(shù)字量結(jié)果只取高8位，采用單片機SPI主模式串行輸出，流程圖見圖211。圖211　A/D轉(zhuǎn)換流程圖b A/D轉(zhuǎn)換參考電壓。理論上放大后的語音信號電壓在177。15V之間變化，實際中可能難以達到，但可以確定是在正負電壓之間變化，所以先以177。5V作參考電壓。(3)程序代碼include //采用PIC16F877A的SPI主模式傳輸8位的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)//SPI主模式下只要向SSPBUF存入數(shù)據(jù)，就可由SDO串行輸出//在中斷中進行A/D轉(zhuǎn)換并將結(jié)果放入SSPBUF，從而直接發(fā)送void interrupt usart_seve(){ T0IF=0。TMR0=0xf6。 ADGO=1。wait: if(ADIF==0) goto wait。 SSPBUF=ADRESH。ADIF=0。 //TMR0=0xc8。}main(){ TRISC3=0。//RC3為輸出作SCK TRISC5=0。//RC5為輸出作SDO TRISC4=1。//RC4為輸入作SDI SSPCON=0X31。 SSPSTAT=0x40。 INTCON=0xe0。 OPTION=0x00。 ADCON0=0X41。//AD轉(zhuǎn)換時鐘為8分頻,AN0為模擬輸入，接通AD電路的電源； ADCON1=0X0f。//選擇采樣數(shù)據(jù)左對齊，選擇通道AN0為模擬輸入,AN3,AN2外接正負基準(zhǔn)電壓 TMR0=0。loop:goto loop。}　基帶接收部分的設(shè)計基帶接收部分的設(shè)計包括基帶串行接收、D/A轉(zhuǎn)換電路、平滑濾波器和功率放大器四部分的設(shè)計?！』鶐Т薪邮盏脑O(shè)計(1)基本方案直接利用單片機的SPI從模式進行基帶串行接收，然后由PORTB端口并行輸出數(shù)據(jù)以供D/A轉(zhuǎn)換。(2)程序代碼include//采用PIC16F877A的SPI從模式接收8位的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)//SPI從模式下按輸入的SCK時鐘由SDI串行輸入8bit數(shù)據(jù),然后存入SSPBUF//將SSPBUF內(nèi)數(shù)據(jù)送至PORTB并行輸出從而進行DA轉(zhuǎn)換void interrupt usart_seve(){ SSPIF=0。 PORTB=SSPBUF。//并行輸出8位數(shù)字量}main(){ TRISB=0。//并行輸出數(shù)字量以供DA轉(zhuǎn)換 TRISC3=1。//RC3為輸入作SCK，說明是從模式 TRISC5=0。//RC5為輸出作SDO TRISC4=1。//RC4為輸入作SDI SSPCON=0X35。//選擇從動模式，不使能/SS SSPSTAT=0x40。//每比特數(shù)據(jù)輸出的中間時刻采樣，SCK下降沿輸出下一比特數(shù)據(jù) INTCON=0xe0。//使能外圍中斷 SSPIE=1。SSPIF=0。loop:goto loop。}　D/A轉(zhuǎn)換電路和平滑濾波器的設(shè)計（1）D/A轉(zhuǎn)換芯片選擇[9]由于是并行接收，為簡化設(shè)計，選用并行輸入的D/A轉(zhuǎn)換芯片，對芯片的要求主要是轉(zhuǎn)換速率要足夠高。設(shè)計采用DAC0832，其轉(zhuǎn)換時間僅1us，遠小于接收數(shù)據(jù)的周期125us，滿足設(shè)計要求。（2）DAC0832芯片性能結(jié)構(gòu)圖212和圖213分別為DAC0832的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓為(+10～10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。從圖212中可見，在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。圖212　 DAC0832引腳圖引腳圖當(dāng)ILE為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1為低電平時，輸入寄存器控制信號為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng) /WR1由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。圖213　 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（2）DAC0832工作方式DAC0832有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式。a 直通方式 ：當(dāng)ILE接高電平，、和都接數(shù)字地時，DAC處于直通方式，8位數(shù)字量一旦到達DI7～DI0輸入端，就立即加到8位D/A轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成模擬量。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場合，就要用到這種方式，即把要產(chǎn)生基本波形的數(shù)據(jù)存在ROM中，連續(xù)取出送到DAC去轉(zhuǎn)換成電壓信號。b 單緩沖方式 ：只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一個鎖存器數(shù)據(jù)，DAC就可處于單緩沖工作方式。一般的做法是將和都接地，使DAC寄存器處于直通方式，另外把ILE接高電平，接端口地址譯碼信號，接CPU的信號，這樣就可以通過一條MOVX指令，選中該端口，使和有效，啟動D/A轉(zhuǎn)換。c 雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的D/A轉(zhuǎn)換。l 需在程序的控制下，先把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入輸入緩存器，然后在某個時刻再啟動D/A轉(zhuǎn)換。這樣，可先