無(wú)線調(diào)頻發(fā)射器的設(shè)計(jì)

緒論1.1通信的發(fā)展人類社會(huì)的發(fā)展可視為一部信息傳播技術(shù)的發(fā)展史。從古代的烽火到近代的旗語(yǔ)，都是人們尋求快速遠(yuǎn)距離通信的手段。直到19世紀(jì)電磁學(xué)的理論與實(shí)踐已有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)后，人們開(kāi)始尋求用電磁能量傳送信息的方法。信息傳播促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步又不斷地改進(jìn)、更新人類信息傳播的媒體和工具，并促進(jìn)信息更迅速、更廣泛的傳播。面向21世紀(jì)的無(wú)線通信，無(wú)線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調(diào)制與編碼、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、抗衰落與抗干擾技術(shù)以及無(wú)線通信的新技術(shù)和新應(yīng)用的發(fā)展更是一日千里[1]。1.2廣播的發(fā)展現(xiàn)狀在21世紀(jì)的今天，廣播主要以調(diào)頻廣播為主。調(diào)頻廣播是繼調(diào)幅廣播(20世紀(jì)20年代開(kāi)始的)之后的第二代廣播。它開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，克服了在中波廣播中存在的許多不足之處，如串臺(tái)嚴(yán)重、頻帶不夠分配，信噪比差等，從而成功實(shí)現(xiàn)了高保真度、動(dòng)態(tài)范圍寬、信噪比較好、較少串臺(tái)現(xiàn)象的局面。調(diào)頻廣播由于具有優(yōu)秀的音質(zhì)和較好的抗干擾性能而成為城市廣播覆蓋的主要形式。隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，調(diào)頻發(fā)射臺(tái)的功率也跟著逐級(jí)增長(zhǎng)。由原來(lái)的100W、300W上升到1KW、3KW、甚至10KW，而發(fā)射天線的高度也由幾十米上升到百余米甚至三四百米。從而逐步形成了高塔大功率覆蓋的格局。從廣播業(yè)界的角度來(lái)看，高塔大功率覆蓋模式的主要優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)方便，省時(shí)省力，見(jiàn)效快。但其所固有缺點(diǎn)以及因其帶來(lái)的負(fù)面影響是不容忽視的。其影響主要有以下幾點(diǎn)：因調(diào)頻廣播工作于米波段，極易因高大建筑物和其他物體反射形成多徑干擾；因高山和低谷等地形因素會(huì)產(chǎn)生收不到信號(hào)的陰影區(qū)；大區(qū)制覆蓋因頻率不能復(fù)用造成規(guī)劃困難；頻譜利用率低；不能解決長(zhǎng)距離交通線的連續(xù)覆蓋問(wèn)題。若從社會(huì)發(fā)展的角度來(lái)看，它還具有三大嚴(yán)重缺點(diǎn)：浪費(fèi)能源，覆蓋區(qū)場(chǎng)強(qiáng)不均勻度可達(dá)60dB，大量超出需要的無(wú)效輻射，形成能源的巨大浪費(fèi)；污染環(huán)境，大功率FM發(fā)射臺(tái)在天線附近周邊地區(qū)輻射場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)已是不爭(zhēng)的事實(shí)；對(duì)航空無(wú)線電業(yè)務(wù)造成干擾。由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)及頻率規(guī)劃大多是10年前制定的，那時(shí)尋呼業(yè)和調(diào)頻廣播剛起步不久，對(duì)干擾的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，對(duì)現(xiàn)在而言，已不再適應(yīng)當(dāng)今電磁環(huán)境的現(xiàn)狀。譬如：當(dāng)時(shí)規(guī)定的17dB的防護(hù)率早已被突破，10KM的防護(hù)間距也早已不再適用。在世界各國(guó)，頻率資源是有限的。國(guó)家已嚴(yán)格限制頻率的使用范圍。廣播頻率是政府部門頒發(fā)的，現(xiàn)在很多公司、媒體都愿意以巨資來(lái)競(jìng)標(biāo)頻譜使用權(quán)。無(wú)線廣播中，單一載頻用來(lái)傳輸單一的或者單套立體聲節(jié)目。由于傳統(tǒng)的大功率的調(diào)頻廣播頻率資源的限制，使廣播技術(shù)工作者開(kāi)辟了另一種廣播技術(shù)形式：小調(diào)頻同步廣播。它的特點(diǎn)是多布點(diǎn)、小功率、同頻、同相、同步廣播，使用的是現(xiàn)有的調(diào)頻技術(shù)。不過(guò)，其中存在著多點(diǎn)同步問(wèn)題，但這些問(wèn)題，在技術(shù)上是可以解決的。信號(hào)傳輸可使用微波、有線甚至衛(wèi)星方式。由于采用小功率按需布點(diǎn)的方法，在滿足覆蓋需要的前提下，把單臺(tái)發(fā)射機(jī)的功率大幅度降了下來(lái)，降到10W、50W、最大不超過(guò)300W，這就使得大數(shù)多問(wèn)題迎刃而解。對(duì)于多徑干擾的問(wèn)題，由于功率小了，大部分反射波場(chǎng)強(qiáng)下降到不至于產(chǎn)生干涉的水平，加之布點(diǎn)多，部分多徑干擾區(qū)可能被互相掩蓋；可以用同步補(bǔ)點(diǎn)的辦法消除陰影區(qū)；小功率輻射易于規(guī)劃，且提高頻譜利用率；可方便組成單頻網(wǎng)，滿足交通線上的無(wú)縫覆蓋，保證駕乘人員的不間斷接收；場(chǎng)強(qiáng)不均勻度僅為30dB，加上使用低高度垂直極化天線，極大地減小對(duì)空輻射和根部近場(chǎng)輻射，既節(jié)約能源，又滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并可避免造成對(duì)航空頻段的干擾。1.3課題研究背景1.3．1國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析目前市場(chǎng)上大多數(shù)小功率調(diào)頻廣播發(fā)射器，大都采用模擬振蕩器。但其發(fā)射頻率固定單一，穩(wěn)定性較差，在相鄰場(chǎng)地使用時(shí)經(jīng)常會(huì)因頻率相近而產(chǎn)生干擾或串音，從而影響正常使用。而使用數(shù)控鎖相環(huán)技術(shù)的調(diào)頻發(fā)射集成電路BH1415F制作的小功率調(diào)頻廣播發(fā)射器，不但頻率穩(wěn)定性好，而且能在80.0MHz至109.9MHz范圍內(nèi)任意設(shè)置發(fā)射頻率，因而能有效地避免調(diào)頻臺(tái)的鄰頻干擾。若使用單片機(jī)控制的調(diào)頻發(fā)射器，還可存儲(chǔ)發(fā)射頻道，發(fā)射頻率可按0.1MHz精度進(jìn)行調(diào)整，在學(xué)校英語(yǔ)聽(tīng)力教學(xué)中應(yīng)用廣泛[1]。無(wú)線通信是利用大氣空間作為傳輸信道來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)囊环N通訊技術(shù)。為了避免與其他同頻率范圍內(nèi)信號(hào)源的相互干擾，控制信號(hào)在大氣空間傳送過(guò)程中的衰落，同時(shí)降低收發(fā)設(shè)備成本，日常有用的低頻信號(hào)先要調(diào)制到有一定頻段的高頻載波上，經(jīng)過(guò)功率放大后由天線發(fā)送到大氣空間，接收機(jī)的天線接收到射頻信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行放大，通過(guò)變頻解調(diào)調(diào)出需要的低頻信號(hào)[2]。要實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，必然會(huì)用到發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)的主要功能是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將低頻信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)上，并將信號(hào)功率放大以供天線發(fā)射出去。發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇主要考慮以下因素：輸出雜散頻譜必須控制在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)，不能造成對(duì)相鄰信道的影響；在盡可能提高輸出功率效率的前提下，滿足系統(tǒng)線性度的要求；盡量減小片外器件的數(shù)量，以提高集成度，同時(shí)降低功耗。目前，各種通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線技術(shù)也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，無(wú)線通信系統(tǒng)一般包括收發(fā)信機(jī)、天線設(shè)備(含饋線)、輸入輸出設(shè)備(如話筒、耳機(jī)等)、供電設(shè)備(如直流穩(wěn)壓電源)等等。其中主要組成部分是收發(fā)信機(jī)，因而無(wú)線通信設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)通常指的就是無(wú)線收發(fā)信機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，收信機(jī)與發(fā)信機(jī)在體制上是相同的，如頻段劃分、調(diào)制解調(diào)方式等。否則便不能達(dá)到通信的目的。在某些情況下，也允許收發(fā)信機(jī)存在某些不相對(duì)應(yīng)的差異，如收信文字[3]。發(fā)射機(jī)的調(diào)制方式主要分調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖(數(shù)字)調(diào)制等。發(fā)射機(jī)的頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度也是相對(duì)于射頻載波而言的。頻率準(zhǔn)確度是指實(shí)際工作頻率對(duì)于標(biāo)稱工作頻率的準(zhǔn)確程度。頻率準(zhǔn)確度越高、建立通信就越快，以至于不尋找對(duì)方就可實(shí)現(xiàn)通信，提高通信的快速性。頻率穩(wěn)定度是指各種外界因素的影響下發(fā)射機(jī)頻率穩(wěn)定的程度。如果頻率穩(wěn)定度很高，建立通信后接收機(jī)不需要因頻率變化而進(jìn)行微調(diào)，從而提高了通信的可靠性。無(wú)線通信的有效距離及通信的可靠性均與發(fā)射天線的輻射功率有密切的關(guān)系。因而發(fā)射機(jī)必須保證輸出足夠大的功率。發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)傳送到天線饋線上的功率與整機(jī)輸入功率的比值。在大功率發(fā)射機(jī)中，提高效率可以減小電源消耗，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。發(fā)射機(jī)的帶外輻射統(tǒng)稱為雜散輻射，如果發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用不當(dāng)，會(huì)使雜散輻射電平過(guò)高，干擾其他通信鏈路。當(dāng)發(fā)射機(jī)使用寬帶天線且?guī)捀采w這些雜散頻率時(shí)，干擾會(huì)更嚴(yán)重。為了盡量避免發(fā)生這種干擾，有關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)射機(jī)的雜散輻射都給出了一定的限制[4]。綜上所述，本課題的理論研究和應(yīng)用研究具有重要的意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。1.3.2選題目的的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義在本次設(shè)計(jì)中，其目的是得到一個(gè)調(diào)頻接收機(jī)機(jī)。在超外差式調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將其分為高頻放大、混頻、本振、中放、限幅、鑒頻、低頻放大七個(gè)部分。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)必須注意幾個(gè)方面：選擇性好的級(jí)，應(yīng)盡可能靠近前面，因在干擾及信號(hào)都不大的地方把干擾抑制下去，效果最好；如干擾及信號(hào)很大，則由于晶體管的非線性，將產(chǎn)生嚴(yán)重的組合頻率及其他非線性失真，這時(shí)濾除雜波比較困難。為此，在高級(jí)接收機(jī)中，輸入電路常采用復(fù)雜的高選擇電路。為了使混頻和本振分別調(diào)到最佳狀態(tài)，要采用單獨(dú)的本振?？偟膩?lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一部接收機(jī)時(shí)必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得接收機(jī)有較好的指標(biāo)。在頻率調(diào)制技術(shù)中，調(diào)制體的振幅同樣對(duì)頻率調(diào)制起關(guān)鍵作用，調(diào)制體振幅影響著載波頻率調(diào)制后變化的深度，假如調(diào)制信號(hào)的振幅是0，就不會(huì)出現(xiàn)任何調(diào)制，因此說(shuō)，就像在振幅調(diào)制中，調(diào)制體的頻率對(duì)載波體的振幅有影響一樣，在頻率調(diào)制中，載波的頻率變化同樣受調(diào)制體振幅大小變化的影響。此次的論文撰寫中我著重從理念上闡述了調(diào)頻的原理及實(shí)現(xiàn)的具體方式，因此從論文中可以系統(tǒng)而具體地了解到調(diào)頻發(fā)射機(jī)的組、原理等。對(duì)于它的現(xiàn)實(shí)意義，不言而喻，我正是根據(jù)文中所述的各項(xiàng)原理，成功地實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻發(fā)射機(jī)的制作。1.3.3本課題在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)同頻廣播可以解決大面積情況的小功率覆蓋問(wèn)題，廣播頻率專業(yè)化情況下分區(qū)覆蓋，如交通頻率應(yīng)用于道路沿線的交通信息；地形、地理等原因造成的覆蓋率低，改善人口密集區(qū)域情況下的收聽(tīng)，一般使用小功率同步布點(diǎn)。使用小功率同步布點(diǎn)具有的優(yōu)點(diǎn)是建網(wǎng)容易、建網(wǎng)費(fèi)用低、投資回收快、聽(tīng)眾無(wú)需更換接收機(jī)，同時(shí)一些發(fā)射點(diǎn)、天饋系統(tǒng)、傳輸鏈路等設(shè)施設(shè)備，將來(lái)數(shù)字化廣播實(shí)現(xiàn)時(shí)可以繼續(xù)使用，不會(huì)重復(fù)投資造成浪費(fèi)；再次是易于規(guī)劃，提高頻譜利用率，消除陰影區(qū)，在改善場(chǎng)強(qiáng)不均勻度方面，使用低高度垂直極化天線，極大地減小對(duì)空輻射和根部近場(chǎng)輻射，節(jié)約能源，滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)航空頻段造成干擾。缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，一方面是本身的技術(shù)缺陷，相干區(qū)的技術(shù)處理難度大，并且這種情況不可避免，另外在管理和維護(hù)方面不集中，造成設(shè)備安全運(yùn)行保障性不夠強(qiáng)。鑒于調(diào)頻同步廣播的諸多優(yōu)點(diǎn)，歐美一些國(guó)家（如法國(guó)、意大利、美國(guó)等），早在80年代晚期就開(kāi)始了FM同步廣播技術(shù)的研究，已建成若干實(shí)用的幾百到兩千公里的單頻網(wǎng)（覆蓋高速公路和補(bǔ)點(diǎn)）。廣電總局科技司分別布署了杭甬高速公路，北京市城區(qū)兩個(gè)調(diào)頻同步廣播的試點(diǎn)，分別由浙江臺(tái)、北京臺(tái)跟眾力傳播公司、青島廣電所合作實(shí)施，并且已于2000年通過(guò)驗(yàn)收。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大覆蓋的試驗(yàn)，深圳電臺(tái)自1998年起也進(jìn)行了調(diào)頻同步廣播試驗(yàn)，2005年已建成5個(gè)發(fā)射點(diǎn)的同步廣播系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了同步廣播設(shè)定的任務(wù)目標(biāo)，由眾力公司設(shè)計(jì)實(shí)施，河南電臺(tái)3個(gè)點(diǎn)系統(tǒng)試驗(yàn)播出，截止到2008年初，我國(guó)在建和已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的調(diào)頻同步廣播臺(tái)站有20多家。同頻激勵(lì)和系統(tǒng)方案的主要廠家，國(guó)外的有意大利泰可諾公司DEX30數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器，已有10多年的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)；國(guó)內(nèi)的有杭州眾傳公司、北京吉兆電子有限公司，以及南京同頻公司等多家，河南省已有省經(jīng)濟(jì)臺(tái)、信息臺(tái)、許昌臺(tái)等多家省市級(jí)電臺(tái)涉足同頻廣播。調(diào)頻技術(shù)在全國(guó)有廣泛的應(yīng)用空間，無(wú)論是在電視電路還是在其它領(lǐng)域內(nèi)均有涉及，而且在重點(diǎn)省份，超外差接收機(jī)還需要進(jìn)口。2007-2011年超外差接收板行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模有特別在的增速，2012-2016年超外差接收板行業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)能變化趨勢(shì)中，行業(yè)人員持樂(lè)觀態(tài)度，他們并對(duì)相應(yīng)出現(xiàn)的需求量進(jìn)行了分析，做出了估計(jì)，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀及產(chǎn)品策略進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)劃。通過(guò)本報(bào)告，生產(chǎn)企業(yè)及投資機(jī)構(gòu)將充分了解產(chǎn)品市場(chǎng)、原材料供應(yīng)、銷售方式、有效客戶和潛在客戶，為研究競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的市場(chǎng)定位，產(chǎn)品特征、產(chǎn)品定價(jià)、營(yíng)銷模式、銷售網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)發(fā)展提供了決策依據(jù)。1.4設(shè)計(jì)思路任何一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市都需要有很多專業(yè)的服務(wù)及新聞宣傳，如交通信息咨詢、健康咨詢、股市信息咨詢等，廣播又是大眾最靈活的信息接受媒體，這需要建立很多的廣播電臺(tái)，而作為一個(gè)國(guó)家的頻率資源是嚴(yán)格控制和有限的，因此，小調(diào)頻廣播就成了未來(lái)廣播的另一種主要形式，它是廣播發(fā)展的其中一個(gè)方向，是數(shù)字音頻廣播(DAB)、網(wǎng)絡(luò)廣播的有力補(bǔ)充，既節(jié)約了頻譜資源，又實(shí)現(xiàn)了廣播功能。首先設(shè)計(jì)音頻放大電路，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大；然后設(shè)計(jì)高頻振蕩電路，接受來(lái)自放大級(jí)的信號(hào)；將放大級(jí)和振蕩級(jí)進(jìn)行合理的組合，設(shè)計(jì)出無(wú)線調(diào)頻發(fā)射器的整體電路；粗略計(jì)算有關(guān)參數(shù)。

2proteus簡(jiǎn)介PROTEUS軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。是目前同類軟件中最先進(jìn)、最完整的電子類仿真平臺(tái)之一。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到PCB板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。已經(jīng)安裝了ProteusISIS7。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞[5]。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。軟件的桌面上就會(huì)有圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)，出現(xiàn)工作界面。界面中包括：標(biāo)題欄、下拉主菜單、快捷按鈕欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具箱、狀態(tài)欄、選擇元器件按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真操作按鈕、預(yù)覽窗口、電路原理圖編輯窗口等[6]。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：原理布圖，PCB自動(dòng)或人工布線，SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)：互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件。仿真處理器及其外圍電路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境[7]。在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。PROTEUS是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。可使設(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用[8]。使用Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用Proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用Proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價(jià)值。目前Proteus的最新版為8.0,ARMcortex處理器被增加，在7.10中已經(jīng)增加DSP系列（TMS320）。3.調(diào)頻電路3.1調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻（FM）：用被傳送的低頻信號(hào)去控制載波信號(hào)的頻率?；蜉d波信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)而變。調(diào)相（PM）：用被傳送的低頻信號(hào)去控制載波信號(hào)的相位?；蜉d波信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)而變[9]。1、未加調(diào)制信號(hào)未調(diào)制時(shí)調(diào)頻電路輸出電壓的瞬時(shí)角頻率為常數(shù)，通常設(shè)為ωc，則瞬時(shí)相位為（3-1）所以未加調(diào)制信號(hào)調(diào)頻電路輸出電壓可表示為（3-2）加入調(diào)制信號(hào)uΩ(t)當(dāng)輸入調(diào)制信號(hào)后，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率ω（t）將在ωc的基礎(chǔ)上按照uΩ（t）照uΩ(t)的規(guī)律變化，即（3-3）式中，是由調(diào)頻電路所決定的比例常數(shù)，其單位為rad/(s.V)。Δω(t)=kfuΩ(t)是疊加在ωc上的按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的瞬時(shí)角頻率，通常稱之為瞬時(shí)角頻率偏移。將式（3-3）代入，可得（3-4）式中，說(shuō)明當(dāng)輸入調(diào)制信號(hào)后，不僅使瞬時(shí)角頻率變化了同時(shí)也使瞬時(shí)相位變化了，為疊加在上的附加相位變化，通常稱之為附加相位，為簡(jiǎn)化分析，令則可得調(diào)頻信號(hào)的表示式為（3-5）當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)時(shí)，設(shè)，則調(diào)頻信號(hào)的，何分別為（3-6）（3-7）（3-8）3.2調(diào)頻電路簡(jiǎn)介3.2.1調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制就是使載波頻率與調(diào)制信號(hào)呈線性規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的方法有很多，通?？煞譃橹苯诱{(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類[10]。直接調(diào)頻直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其與調(diào)制信號(hào)呈線性規(guī)律變化。被控的振蕩器是可以可產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器和晶體振蕩器，也可以是產(chǎn)生非正弦波的張弛振蕩器，后者經(jīng)濾波器或波形變換器就可得到正弦波。在LC正弦振蕩器中，由于震蕩頻率近似等于振蕩回路的諧振頻率，因此通常獅子啊震蕩回路中接入可控電抗元件。直接調(diào)頻法的優(yōu)缺點(diǎn)：頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。間接調(diào)頻間接調(diào)頻，根據(jù)調(diào)頻波與調(diào)相波之間的關(guān)系，先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，然后用他對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，從而獲得調(diào)頻信號(hào)。間接調(diào)頻優(yōu)缺點(diǎn)：由于調(diào)制不再振蕩器中進(jìn)行，因此易于保持種信念頻率的穩(wěn)定，但不易獲得大的頻偏[11]。3.2.2LC振蕩電路三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式電容振蕩器是自激振蕩器的一種。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個(gè)端點(diǎn)與振蕩管三個(gè)管腳分別相接而得名。它的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自電容C2，而電容對(duì)晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，所有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好；其缺點(diǎn)是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。由振蕩器諧振頻率計(jì)算公式：W=（LC）-0.5根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，f=6MHz分配合適的電容和電感。電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器又稱為考畢茲（Colpitts）振蕩器，其原理電路如圖3-2（a）所示。圖中Rb1、Rb2、Re組成分壓式偏置電路；Ce為旁路電容；Cb、Cc為隔直流電容；Lc為高頻扼流圈，其作用是為了避免高頻信號(hào)被旁路，而且為晶體管集電極構(gòu)成直流通路；L和C1、C2組成振蕩回路，作為晶體管放大器的負(fù)載阻抗。圖3-2（b）是它的交流等效電路。在這個(gè)電路中，電容C1相當(dāng)于圖3-1中的Xce，C2相當(dāng)于Xbe，而電感相當(dāng)于Xbc，故它符合三點(diǎn)式振蕩器的組成原則[12]。XXbeXceXbc+―+―+――+圖3-1三點(diǎn)式振蕩器原理電路圖3-2電容三點(diǎn)式振蕩器反饋系數(shù)F的表達(dá)式：（3-9）不考慮各極間電容的影響，這時(shí)諧振回路的總電容量為C1、C2的串聯(lián)，即：（3-10）振蕩頻率的近似為：（3-11）調(diào)解C1、C2改變頻率時(shí)，反饋系數(shù)也改變。由于極間電容對(duì)反饋振蕩器的回路電抗均有影響，所以對(duì)振蕩器頻率也會(huì)有影響。而極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，所以電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器又稱哈特萊振蕩器，其原理電路如圖3-3（a）所示，圖（b）是其交流等效電路。圖（a）中，Rb1、Rb2和Re為分壓式偏置電阻；Cb和Ce分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負(fù)載，其中L1相當(dāng)于圖3-12中的Xbe，L2相當(dāng)于Xce，C相當(dāng)于Xbc，諧振回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連，符合三點(diǎn)式振蕩器的組成原則。由于反饋信號(hào)由電感線圈L2取得，故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。Rb1Rb1ReLVTCbCeCL1L2VTL1L2CVCCRb2(a)原理電路(b)交流等效電路圖3-3電感三點(diǎn)式振蕩器采用與電容三點(diǎn)式振蕩電路相似的方法可求得起振條件的公式為：（3-12)式中，各符號(hào)的含義仍與考畢茲振蕩器相同，只是反饋系數(shù)F的表達(dá)式有所不同。(3-13)當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時(shí)，線圈兩部分的耦合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即F=N2/N1。振蕩頻率的近似為：(3-14)若考慮goe、gie的影響時(shí)，滿足相位平衡條件的振蕩頻率值為：(3-15)式中，L=L1+L2+2M。由式(3-13)可見(jiàn)，電感三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率要比式(3-12)所示的頻率值稍低一些，goe、gie越大，耦合越松，偏低得越明顯[13]。4電路仿真與結(jié)果分析4.1無(wú)線調(diào)頻調(diào)制發(fā)射電路根據(jù)資料得知，調(diào)頻可以分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻，本次選擇直接調(diào)頻方式。直接調(diào)頻是一種用三極管直接調(diào)頻較為簡(jiǎn)單的方法是。原理是三極管組成共基極超高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基極輸入的音頻信號(hào)變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)制。我將電路設(shè)計(jì)為信號(hào)輸入部分、音頻放大部分和高頻振蕩調(diào)制部分，聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)microphone轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)放大級(jí)放大后再送至高頻振蕩級(jí)，經(jīng)過(guò)振蕩級(jí)的處理，形成所需要的FM調(diào)頻信號(hào)，并經(jīng)過(guò)天線發(fā)送出去。4.2電路設(shè)計(jì)圖4-1音頻放大電路圖音頻放大電路如圖4-1所示。信號(hào)源由microphone擔(dān)任，它拾取周圍環(huán)境聲波信號(hào)后即輸出相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大。圖4-2高頻振蕩電路圖高頻振蕩電路如圖4-2所示。音頻放大電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大后經(jīng)C2送至Q2的基極進(jìn)行頻率調(diào)制。Q2組成共基極高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基級(jí)輸入的音頻信號(hào)變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)制。圖4-3無(wú)線調(diào)頻電路圖無(wú)線調(diào)頻電路的整體電路圖如圖4-3所示。音頻放大器由射極晶體管Q1擔(dān)任，增益約20至50，將放大的訊號(hào)送往振蕩級(jí)的基極，振蕩級(jí)Q2工作于約88M\o"Hz（hertz）赫茲"Hz的頻率，此頻率由振蕩線圈（共5圈）和47pF電容器C4調(diào)整的，該頻率也決定于\o"晶體管"晶體管Q2、18pF可調(diào)電容器C5及少數(shù)偏壓元件，例如470Ω射極\o"電阻"電阻R5和22K基極\o"電阻"電阻R5。\o"把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源"電源接通時(shí)，1nF的基極電容器C3通過(guò)22K電阻R4逐漸充電，而18pF可調(diào)電容器C5則經(jīng)振蕩線圈的470Ω電阻R5充電，使之更加之快，47pF電容C4也充電（其兩端雖僅得小的\o"電壓"電壓），線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)?；鶚O電壓漸漸上升時(shí)，晶體管導(dǎo)通，并有效地將內(nèi)阻并接在18pF可調(diào)電容器C5兩側(cè)。當(dāng)1nF電容C3充電至該極的工作電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生好幾個(gè)雜亂的周波。故此，假定在靠近工作電壓之時(shí)，基極電壓繼續(xù)上升，18pF電容C5試圖阻止射極電壓的移動(dòng)，到電容器內(nèi)的能量耗盡及再不阻止射級(jí)移動(dòng)時(shí)，基一射極電壓降低，晶體管截止，流人線圈的電流也停止，磁場(chǎng)衰潰。磁場(chǎng)衰潰產(chǎn)生一個(gè)相反方向的電壓，集極電壓反過(guò)來(lái)從原本的2.9V上升至超過(guò)3V，并從相反方向向47pF電容C4充電，此電壓也影響對(duì)18pF電容C5充電及470Ω射極電阻R5上的電壓降，使到晶體管進(jìn)入更深的截止。18pF電容C5充電時(shí)，射極電壓下跌，并跌到某一晶體管開(kāi)始導(dǎo)通，電流流入線圈，與衰潰磁場(chǎng)對(duì)抗。線圈上的電壓反轉(zhuǎn)，使集極電壓下降，這個(gè)變化通過(guò)18pF電容C5傳送到射極上，使晶體管進(jìn)入更深的導(dǎo)通；把18pF電容C5短路，\o"交流電完成一次完整的變化所需要的時(shí)間叫做周期"周期再開(kāi)始重復(fù)。故此，Q2在此形成一個(gè)振蕩，產(chǎn)生88MHz的交流信號(hào)。總的來(lái)說(shuō)：本電路由信號(hào)源、音頻放大電路、高頻振蕩電路等部分組成。信號(hào)源由microphone擔(dān)任，它拾取周圍環(huán)境聲波信號(hào)后即輸出相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的音頻信號(hào)經(jīng)1uF電容C2送至Q2的基極進(jìn)行頻率調(diào)制，Q2組成共基極高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基級(jí)輸入的音頻信號(hào)變化而變化，改變振蕩頻率，產(chǎn)生所需的FM信號(hào)。4.3電路仿真圖4-4仿真電路圖圖4-5仿真電路圖4.4結(jié)果分析根據(jù)仿真波形圖4-4所示，黃色接入點(diǎn)的波形為A輸入波形，經(jīng)過(guò)Q1放大器進(jìn)行放大，然后經(jīng)過(guò)振蕩器的基極進(jìn)行調(diào)頻，調(diào)頻之后的波形經(jīng)過(guò)天線發(fā)射出去。藍(lán)色接入點(diǎn)的波形為經(jīng)過(guò)Q1放大器后輸出的波形B，但是發(fā)生了失真，可以判斷該波形發(fā)生了截止失真，Q1管工作在截止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致的原因可能是元器件的參數(shù)不太正確。紅色的波形為經(jīng)過(guò)調(diào)頻后準(zhǔn)備發(fā)射的信號(hào)。但是和Q1端輸出的波形類似，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)輸出端經(jīng)過(guò)調(diào)頻后的波形仍然有失真的問(wèn)題。按照理論知識(shí)來(lái)分析，理論上黃色的波形為調(diào)制信號(hào)的波形，藍(lán)色的為Q1端輸出的波形應(yīng)該放大，紅色的波形為調(diào)頻信號(hào)波形。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為波峰時(shí)，調(diào)頻波的波形最密，當(dāng)調(diào)制信號(hào)為波谷時(shí)，調(diào)頻波波形最疏。但是由于高頻信號(hào)對(duì)電路要求影響很大，沒(méi)有達(dá)到期望的要求。4.5設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)這次設(shè)計(jì)讓我進(jìn)一步鞏固了模擬電路和高頻電子線路的有關(guān)知識(shí)，使我對(duì)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理有了進(jìn)一步的了解，同時(shí)也使我對(duì)高頻技術(shù)產(chǎn)生濃厚的興趣，掌握了有關(guān)電路的設(shè)計(jì)方法、電路參數(shù)的測(cè)試方法等。同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識(shí)，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個(gè)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，也讓我對(duì)前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對(duì)于一些專業(yè)基礎(chǔ)課有了更深層次的掌握，并且提高了動(dòng)手能力和獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，我明白投機(jī)取巧是不行的，想把一件事情做好，就得花時(shí)間去認(rèn)真做。使我發(fā)現(xiàn)其實(shí)我們所學(xué)的知識(shí)只要加以利用或者結(jié)合一些常識(shí)性東西，將會(huì)發(fā)揮巨大的威力。比如這次我所設(shè)計(jì)的調(diào)頻發(fā)射機(jī)正是廣播電臺(tái)的基礎(chǔ)。結(jié)論此次設(shè)計(jì)將應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域，并且針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上短距離無(wú)線產(chǎn)品的不足進(jìn)行了改進(jìn)。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)均可以基本實(shí)現(xiàn)，盡管發(fā)射的帶寬沒(méi)有到達(dá)預(yù)計(jì)的結(jié)果，要得到穩(wěn)定度高的發(fā)射頻率應(yīng)采用鎖相環(huán)技術(shù)，降低中心頻率的漂移。此外，語(yǔ)音信號(hào)采用調(diào)頻方式與調(diào)幅相比，有利于改善輸出音頻信號(hào)的信噪比，以保證語(yǔ)音業(yè)務(wù)的可靠傳輸。無(wú)線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)用了大量的高頻電子線路技術(shù)，尤其是其中的高頻信號(hào)處理設(shè)計(jì)電路要有電路調(diào)試的環(huán)境，受實(shí)際調(diào)試環(huán)境的影響教大，調(diào)試具有較大難度。在電路的設(shè)計(jì)制作中，一定要遵循高頻布線規(guī)則，并且可以在焊接電路的過(guò)程中適當(dāng)接入退耦電容，有效的濾除雜波信號(hào)的干擾。通過(guò)方案論證、資料查詢及電路設(shè)計(jì)和反復(fù)調(diào)試，不斷的解決電路調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題，最終在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。本設(shè)計(jì)由于水平有限，電路及程序設(shè)計(jì)還有需要改進(jìn)的地方，在今后的學(xué)習(xí)和研究中，將繼續(xù)改進(jìn)完善。另外在調(diào)試過(guò)程中，以保證作品實(shí)現(xiàn)功能準(zhǔn)確為前提，盡量做到電路簡(jiǎn)單、美觀，效果好，成本低，以增強(qiáng)其實(shí)用價(jià)值。由于該電路設(shè)計(jì)采用分