【正文】 務(wù)；從主站輸入的英文短信經(jīng)轉(zhuǎn)換后形成連串的數(shù)字信號，這就需要把這數(shù)字信號調(diào)制發(fā)射出去，并且在接收端應(yīng)把調(diào)制信號解調(diào)并加以識別顯示出來；發(fā)射部分預(yù)置從站號碼發(fā)送或群發(fā)，接收部分則只有相應(yīng)的臺號接收。方案一：采用二進制振幅鍵控（ASK）調(diào)制與解調(diào)法。ASK有乘法器實現(xiàn)法和鍵控法兩種實現(xiàn)方法，其數(shù)字信號與載頻為fc的余弦信號進行混頻得到調(diào)制信號；振幅鍵控信號解調(diào)有兩種方法，即同步解調(diào)法和包絡(luò)解調(diào)法。圖中uASK(t)信號經(jīng)過帶通濾波器抑制來自信道的帶外干擾，相乘器進行頻譜反相搬移，以恢復(fù)基帶信號。低通濾波器用來抑制相乘器產(chǎn)生的高次諧波干擾，解調(diào)的相干載波用2cos2πfct。 ASK調(diào)制器框圖 ASK同步解調(diào)方框圖方案二：采用微控制器和PT2262/2272組成的編碼/解碼電路。PT2262/2272是一對CMOS工藝制造的低功耗低價位帶地址、數(shù)據(jù)編碼/解碼功能，是目前在無線通訊電路中作地址編碼識別和數(shù)據(jù)傳輸最常用的芯片之一。PT2262/。在發(fā)射端，微控制器對PT2262的地址位進行預(yù)置（即設(shè)定臺號的代碼），同時輸入短信內(nèi)容，通過微控制器進行短信編碼后產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)去預(yù)置PT2262的數(shù)據(jù)位后，再調(diào)制發(fā)射出去；接收端，把接收到的信號進行解調(diào)放大后，送至PT2272，解碼后在數(shù)據(jù)位產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過微控制器進行短信解碼后在液晶上顯示所發(fā)送的短信內(nèi)容。 采用PT2262編碼電路的發(fā)射原理框圖 采用2272解碼電路的接收原理框圖方案選擇：上述兩種方案都可以發(fā)送并且接收數(shù)字信號，但它們的原理不同，方案一是采用數(shù)字調(diào)制，而本設(shè)計發(fā)射部分的主體是頻率合成技術(shù)，數(shù)字調(diào)制則無法把數(shù)字信號調(diào)制發(fā)射出去；方案二采用常用的PT2262/2272編碼/解碼電路，可靠性高，且與系統(tǒng)兼容；綜上所述，本設(shè)計采用方案二。（5）自動控制模塊的設(shè)計方案論證與選擇單工無線呼叫系統(tǒng)的自動控制部分直接關(guān)系到系統(tǒng) “智能化”與“自動化”的實現(xiàn)，其控制方案的擬定，考慮了以下兩個方面。 發(fā)射部分控制方框圖 接收部分控制方框圖方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）作為系統(tǒng)的控制核心。由于FPGA具有強大的資源，使用方便靈活，易于進行功能擴展，特別是結(jié)合了EDA，可以達到很高的效率。系統(tǒng)的多個部件如頻率測量電路，鍵盤控制電路，顯示控制等都可以集成到一塊芯片上，大大減小了系統(tǒng)的體積，并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。方案二：基于單片機技術(shù)的控制方案。相對于FPGA的并行處理方式，單片機是通過對程序語句的順序執(zhí)行來建立與外部設(shè)備的通信和完成其內(nèi)部運算處理，從而實現(xiàn)對信號的采集、處理和輸出控制。它最主要的特點是其串行處理特性。方案選擇：上述兩種控制方式除了在處理方式和處理能力(速度)上的差異外，在實現(xiàn)的效果以及復(fù)雜程度等方面也有顯著的區(qū)別。FPGA將器件功能在一塊芯片上，相對于單片機外圍電路較少，集成度高。而單片機技術(shù)比較成熟，開發(fā)過程中可以利用的資源和工具豐富、價格便宜、成本低。鑒于本設(shè)計中，僅單片機的資源已經(jīng)能滿足設(shè)計的需求，而FPGA的高速處理的優(yōu)勢在這里卻得不到充分體現(xiàn)；因此本設(shè)計的控制方案模塊擬選用上述基于單片機技術(shù)的方案二。單片機采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51，實現(xiàn)對收發(fā)模塊的控制。（6）關(guān)于盡量增加傳輸距離的分析傳輸距離是單工無線呼叫系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)。 （）式中，Pt為發(fā)射機天線端輻射的有效功率，Smin為接收機的最小檢測功率，Gt、Gr分別為發(fā)射機天線和接收機天線的增益，K值在發(fā)射頻率確定的情況下基本是一個常量。要增大傳輸距離Rmax應(yīng)從如下幾個方面考慮：① 在發(fā)射機接50Ω假負(fù)載，其功率不大于20mW的情況下，盡量提高發(fā)射機天線輻射的有效功率Pt。當(dāng)f=35MHz時，λ=，當(dāng)拉桿天線長1m，直徑3mm時，通過MATLAB仿真計算可得，拉桿天線的等效阻抗Zr為由此可見，發(fā)射機輸出端阻抗與天線嚴(yán)重失配。為使天線輻射功率最大，使L與CL形成串聯(lián)諧振，抵消CL的作用。同時使發(fā)射機輸出阻抗Ri=50Ω與RL匹配，中間必須接一個降阻網(wǎng)絡(luò)。 發(fā)射部分阻抗匹配示意圖② 提高接收機靈敏度。，提高接收機靈敏度（即降低接收機的Smin）與提高發(fā)射機天線輻射功率Pt對增加傳輸距離是同等重要的。故接收機采用超外差體制，并且對接收機要調(diào)準(zhǔn)，使接收機靈敏度最高。③ 在接收機輸入端和拉桿天線之間必須加裝升阻網(wǎng)絡(luò)。一方面使天線阻抗與接收機輸入阻抗匹配，同時加裝一個電感，使之與天線等效電容形成串聯(lián)諧振，接收機高放電路采用低阻抗輸入的共基電路。本設(shè)計采用的CXA1238S芯片內(nèi)部已集成了該電路。如果在天線輸入端再加一級低噪聲天線放大器，會提高接收機的靈敏度從而增加作用距離。④ 因本設(shè)計收發(fā)天線均采用拉桿天線或?qū)Ь€，其長度≤1m。為提高收發(fā)天線的增益，應(yīng)使拉桿天線的長度等于1m或略小于1m。并且要注意收發(fā)信號時，使收發(fā)天線的極化一致，且方向調(diào)在最合適的位置。⑤ 當(dāng)頻率為35MHz時，其傳輸特性按直線傳輸，如果中間有障礙物則會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，對傳輸距離有很大的影響。所以測試應(yīng)在空曠地方，中間不能有障礙物或屏蔽物。⑥ 根據(jù)電波傳輸理論。在距離為(2n1)λ/4時，會出現(xiàn)波谷，收聽效果最差；在距離為nλ/2時，會出現(xiàn)波峰，收聽效果最好。其中n為自然數(shù)。 電波傳輸理論示意圖（7）關(guān)于盡量減小系統(tǒng)輸出信號失真度的分析輸出信號失真度也是單工無線呼叫系統(tǒng)的重要指標(biāo)。該指標(biāo)的優(yōu)劣取決于接收和發(fā)射兩個分機。對可能產(chǎn)生波形失真的原因要分析清楚，從而采取有效措施，才能保證系統(tǒng)輸出波形無明顯失真。從發(fā)射機方面考慮，應(yīng)該注意以下幾個方面：① 音頻放大部分。音頻輸入來自兩個方面，一是話筒，其輸入阻抗為高阻（10KΩ）或低阻（600Ω），電平較低，一般要加低頻放大電路。二是線路輸入，阻抗為600Ω，輸入電平為0dBmW（），一般不需要放大。對于需要進行放大的低頻信號，其放大器應(yīng)工作在放大器件的線性段，且負(fù)反饋深度要大，確保音頻信號經(jīng)過音頻放大器后不產(chǎn)生失真。應(yīng)采用低噪聲放大器，有利于提高整機的信雜比，也有利于改善輸出波形失真這項指標(biāo)。② 調(diào)制器部分。由上述分析可知，收發(fā)系統(tǒng)均采用調(diào)頻（FM）體制，要求調(diào)頻波的瞬時頻率與輸入信號（即調(diào)制信號）uΩ(t)或線性關(guān)系即 （）而調(diào)制器采用的VCO電路，以變?nèi)荻O管做調(diào)諧元件。其變?nèi)荻O管結(jié)電容，式中r為電容變化指數(shù)。若變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容時，則瞬時角頻率ω(x)為 （） 為使角頻率ω(x)與調(diào)制信號uΩ(t)成線性關(guān)系，必須選取r=2的變?nèi)荻O管。 若變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路時，應(yīng)取電容變化指數(shù)r=1。 根據(jù)單元電路設(shè)計，本方案采用變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電路設(shè)計，故取r=2，且變?nèi)荻O管靜態(tài)反偏電壓取在合適位置，從而保障失真度最小。 從接收機方面考慮，應(yīng)該注意以下幾點： ① 鑒頻/鑒相器部分。，鑒頻/鑒相器鑒頻特性應(yīng)取其線性部分，線性度要好，且靜態(tài)工作點應(yīng)選擇在圖形的中點，最大頻偏。廣電總局標(biāo)準(zhǔn)fmax為177。75KHz。實際工作時應(yīng)使小于75KHz，這樣鑒頻/鑒相器引起的波形失真才會最小。 鑒頻/鑒相器鑒頻特性② 音頻低放與功率放大器部分從鑒頻/鑒相器出來的音頻信號是很弱的，需要經(jīng)過低頻小信號放大和低頻功率放大。這里需注意的是鑒頻/鑒相器到低頻小信號放大級之間應(yīng)防止干擾信號串入，如輸入線較長應(yīng)采用屏蔽線。低放與功放應(yīng)采用線性放大電路，以確保輸出波形失真小。從系統(tǒng)方面考慮：收發(fā)系統(tǒng)要調(diào)整正常，兩者的頻率要對準(zhǔn)，直流穩(wěn)壓電源紋波要小，還要防止外部干擾（特別是市電干擾）串入系統(tǒng)。故發(fā)射機音頻放大級最好能屏蔽。 系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要分為發(fā)射和接收兩大模塊，經(jīng)過方案比較與論證。其中發(fā)射部分的集成電路MC164MC14515MC1202低通濾波器和晶振構(gòu)成鎖相環(huán)頻率合成器、音頻處理器、數(shù)據(jù)編碼器、單片機進行數(shù)據(jù)處理、按鍵處理、LCD驅(qū)動。接收部分由收音模塊、音頻輸出模塊、數(shù)據(jù)接收模塊以及控制模塊四大部分組成，單片機起控制作用。由于電路中既有數(shù)字電路又有高頻電路，需將高頻地和數(shù)字地分開以及高頻電路用金屬屏蔽隔離，以減小交叉調(diào)制等干擾。 發(fā)射部分組成框圖 接收部分組成框圖2 單元硬件電路設(shè)計 發(fā)射部分電路的設(shè)計壓控振蕩器主要由壓控振蕩器芯片MC164變?nèi)荻O管V149以及LC諧振回路構(gòu)成。MC1648需要外接一個由電感和電容組成的并聯(lián)諧振回路。為達到最佳工作性能，在工作頻率時要求并聯(lián)諧振回路的QL≥100。電源采用+5V的電壓，一對串聯(lián)變?nèi)荻O管背靠背與該諧振回路相連，調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的電壓大小，使振蕩器的輸出頻率穩(wěn)定在35MHz。 壓控振蕩器電路圖壓控振蕩電路由芯片內(nèi)部的VTVTVTVTVT7和VT6，10腳和12腳外接LC諧振回路（含V149）組成正反饋（反相720176。）的正弦振蕩電路。 （）其中 ， 即 VCO的芯片管腳3為緩沖輸出，一路供前置分頻器MC12022，一路供放大后輸出。該芯片的5腳是自動增益控制電路（AGC）的反饋端。將功率放大器輸出的電壓Vout1通過一反饋電路接到該腳，可以在輸出頻率不同的情況下自動調(diào)整輸出電壓的幅值并使其穩(wěn)定，由于本設(shè)計的頻率固定在35MHz，且其反饋幅度不大，因此5腳直接接地。 MC1648內(nèi)部電路圖 VCO產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。CVD的大小受所加偏置電壓U控制。方法為：從掃頻儀輸入0～300MHz的掃頻信號，同時用掃頻儀檢測該電路的諧振頻率。～10V變化，從掃頻儀觀測電路的諧振點頻率并記錄下來。由于Cj是全部接入諧振回路，為減少波形非線性失真，取變?nèi)荻O管電容變化指數(shù)r=2。，利用Matlab計算出頻率與容量的關(guān)系，進而得到偏置電壓與容量關(guān)系曲線。Rp3 變?nèi)荻O管特性測定電路 變?nèi)荻O管特性曲線 從CVD/U曲線上易見，～，CVD的變化近似線性，從25 pF~18 pF。又fc為35MHz，有：取CVD=20pF，fc=35MHz，得L=。 因此，取L=。 鎖相環(huán)電路設(shè)計壓控振蕩器的輸出頻率受自身參數(shù)、控制電壓的穩(wěn)定性、溫度、外界電磁干擾等因素的影響，往往是不穩(wěn)定的。因此可以加入自動相位控制環(huán)節(jié)，即鎖相環(huán)，來穩(wěn)定發(fā)射頻率。發(fā)射頻率經(jīng)反饋，與晶振產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號做比較，在鎖相環(huán)的跟蹤下，發(fā)射頻率始終向標(biāo)準(zhǔn)信號逼近，最終被鎖定在標(biāo)準(zhǔn)頻率上，達到與參考晶振同樣的穩(wěn)定度。鎖相環(huán)電路MC145152是大規(guī)模集成鎖相環(huán)，集鑒相器、可編程分頻器、參考分頻器于一體，分頻器的分頻系數(shù)可由并行輸入的數(shù)據(jù)控制。 MC145152內(nèi)部框圖（1）參考分頻參考晶振從OSCin、OSCout接入，芯片內(nèi)部的247。R參考分頻器提供8種不同的分頻系數(shù)，對參考信號進行分頻。R值由RA0，RA1，RA2設(shè)定。本設(shè)計中，所以取RA0RA1RA2＝101時，即R＝1024，對晶振頻率進行1024分頻。 MC145152參考分頻器分頻系數(shù)選擇表RA200001111RA100110011RA001010101R864128256512102411602048（2）可編程分頻由于發(fā)射部分的頻率高達35MHz，MC145152的電路無法對其直接分頻，必須先用ECL電路的高速分頻器進行預(yù)分頻，把頻率降低，然后由MC145152繼續(xù)分頻，得到一個參考頻率相等的頻率，并進行鑒相。為使分頻系數(shù)連續(xù)可調(diào)，可編程分頻電路采用的是吞咽脈沖計數(shù)法，它由ECL（非飽和型邏輯電路）的高速分頻器MC12022及MC145152內(nèi)部的247。A減法計數(shù)器，247。N減法計數(shù)器構(gòu)成。單片機 吞咽脈沖計數(shù)器原理圖MC12022有64和65兩種分頻系數(shù)。M為其控制端（從MC145152的9腳輸出，輸入MC12022的6腳）。M為高電平時，MC12022以P＋1＝65為分頻系數(shù)，M為低電平時則以P＝64為分頻系數(shù)。247。N 和247。A是可預(yù)置數(shù)的減法計數(shù)器，由并行輸入口分別預(yù)置6位的A值和10位的N值。PD為數(shù)字鑒相器。fo為壓控振蕩的輸出頻率（即發(fā)射頻率）。吞咽脈沖計數(shù)器開始計數(shù)時，M的初值為1，247。A和247。N兩個計數(shù)器被置入預(yù)置數(shù)并同時計數(shù)，當(dāng)計到A（P+1）個輸入脈沖（fo）時，247。A計數(shù)器計完A個預(yù)置數(shù)，M變?yōu)?；此時247。A計數(shù)器被控制信號關(guān)閉，停止計數(shù)；而247。N計數(shù)器中還有N－A個數(shù)，它繼續(xù)計（N－A）P個輸入脈沖后，輸出一個脈沖到鑒相器PD。此時一個工作周期結(jié)束，Ａ和N值被重新寫入兩個減法計數(shù)器，M又變?yōu)?，接著重復(fù)以上過程。整個過程中輸入的脈沖數(shù)共有Q＝A（P＋1）+(NA)P=PN+A，也就是說，該吞咽脈沖計數(shù)器的總分頻系數(shù)為PN+A?？梢?，采用吞咽脈沖計數(shù)方式，只要適當(dāng)選取N值與A值，就能得到任意的分頻比。為實現(xiàn)鎖相，必須有fo/（ PN+A）= fr。反過來，由于fo＝fr（PN+A），改變N和A的值，也能改變fo，這就是輸出頻率數(shù)字化控制的原理。247。A計數(shù)器為8位，因此A值最大為63，MC12022的P值為64。如果參考頻率fr＝10kHz，則輸出頻率fo＝（PN＋A）fr＝（64N＋A）10kHz。本設(shè)計中，要使發(fā)射頻率為35MHz。先令A(yù)＝0， 則N＝(fo/ fr－A）/P=（35106/10103）/64