調(diào)頻激勵器的設(shè)計與實現(xiàn)

蔣正萍

（成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校，四川 成都 610031）

0 引言

數(shù)字調(diào)頻激勵器是調(diào)頻發(fā)射機(jī)的信息處理核心，直接決定發(fā)射機(jī)性能的優(yōu)劣；另一方面，它又部分承擔(dān)發(fā)射機(jī)故障處理及報警的責(zé)任，即調(diào)頻激勵器應(yīng)對自身及發(fā)射機(jī)整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在發(fā)射機(jī)運行出現(xiàn)故障時需進(jìn)行自身調(diào)整，來保證發(fā)射機(jī)運行的正常和安全。數(shù)字調(diào)頻激勵器的控制器是激勵器的監(jiān)控裝置，它通過與數(shù)字調(diào)頻激勵器的接口電路相連，能對激勵器的各個狀態(tài)及發(fā)射機(jī)的部分狀態(tài)進(jìn)行檢測并且向激勵器發(fā)出控制命令。

1 系統(tǒng)設(shè)計要求分析及框圖

[1]，現(xiàn)要求設(shè)計并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。發(fā)射頻率要求在30～40 MHz之間，發(fā)送功率不大于20 mW，需要在主站與從站間進(jìn)行間距不小于5米的單工通信。在該系統(tǒng)中，需要編碼方式具有一定檢糾錯能力，而又兼顧到效率。調(diào)頻激勵器系統(tǒng)框圖見圖1所示。

圖1 調(diào)頻激勵器系統(tǒng)

2 項系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計實現(xiàn)

（1）發(fā)射機(jī)語音信號采集模塊設(shè)計

參考文獻(xiàn)[2-3]，由于使用DDS軟件調(diào)頻，所以語音信號需通過模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。而凌陽單片機(jī)自帶麥克風(fēng)（MIC）輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（ADC）通道，所以選擇語音信號從此通道輸入，再經(jīng)過自動增益控制和放大后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)語音數(shù)字的采集，以用于 DDS軟件調(diào)頻。電路圖如圖2所示。

（2）發(fā)射機(jī)DDS模塊電路設(shè)計

參考文獻(xiàn)[3-5]，由于發(fā)射機(jī)采用DDS軟件調(diào)頻和軟件頻移鍵控（FSK）的方法，所以需要專用的DDS芯片。選用AD9851。由單片機(jī)控制AD 9851的頻率控制字，為了提高控制速度控制數(shù)據(jù)傳輸方式使用并行方式。AD9851內(nèi)部含有32位相位全加器，外階參考頻率源為28.3217 MHz晶體振蕩器，經(jīng)過內(nèi)部6倍頻后，理論上頻率輸出范圍約為0～80 MHz。因為參考時鐘源為晶體振蕩器，其頻率精度很高,所以 DDS輸出數(shù)字化的模擬正弦波的頻率分辨率高且相位連續(xù)，穩(wěn)定度很高。外圍電路設(shè)計如圖3所示。

（3）發(fā)射機(jī)模擬通道設(shè)計

參考文獻(xiàn)[6]，低通濾波器和放大級設(shè)計。由DDS輸出的信號即進(jìn)入模擬通道。系統(tǒng)要求的頻率在40 MHz以下，必需對 DDS輸出信號進(jìn)行濾波。為了使通帶內(nèi)有穩(wěn)定的響應(yīng)，和一定窄的過渡帶，采用七階無源切比雪夫濾低通波器。使用高速運放 OPA658對 AD9851的輸出信號進(jìn)行放大。OPA658是0.1 dB增益帶寬積為130 MHz的單運放，來自AD9851的信號經(jīng)低通濾波后輸出為550 mV，根據(jù)芯片手冊知道，OPA658增益定為G=5時增益帶寬積為370 MHz，發(fā)射信號載波頻率都低于40 MHz，一級OPA658放大輸出即可滿足要求信號的放大要求。

濾波器及放大器模塊電路設(shè)計如圖4所示。

功率放大級電路設(shè)計。由于題目要求不大于20 mW的輸出功率，所以我們選擇高速緩沖運放HA1110作為輸出的功率放大。HA1110 的增益帶寬積為700 MHz，輸出擺幅為正負(fù)4.5 V，可以滿足要求。

天線設(shè)計。由于題目要求發(fā)射功率小于20 mW，傳送的距離盡可能遠(yuǎn)，所以我們要盡量提高天線的發(fā)射效率，所以使用中部加載天線可以提高效率（中部加載天線，這種天線盡管其輻射電阻仍較低，但沿著天線的電流分布較均勻，輻射效率較高所以被廣泛使用）。

接收機(jī)部分語音接收解調(diào)模塊設(shè)計。語音信號使用單片收音芯片LA1800接收解調(diào)，然后經(jīng)TD2822放大推動耳機(jī)。電路設(shè)計如圖5所示。

（4）FSK接收解調(diào)模塊設(shè)計

圖2 語音信息采集部分電路

圖3 發(fā)射機(jī)DDS模塊電路

圖4 低通濾波器和放大級電路

圖5 LA1800接收電路

FSK接收解調(diào)電路同樣使用單片收音芯片LA1800,所不同的是，LA1800解調(diào)輸出的信號不是送到揚聲器，而是進(jìn)行門限判別，然后送往單片機(jī)解碼。門限判別部分電路如圖6所示。

圖6 門限判別部分電路

（5）系統(tǒng)電源設(shè)計

為了降低電源噪聲，方便移動，在發(fā)送和接收端都使用蓄電池供電。發(fā)送端需要供電電壓為正負(fù)5 V，需要對蓄電池的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。接收端供電需正5 V、和3.3 V，單片機(jī)使用5 V，LA1800采用3.3 V供電。為了方便，使用二極管串聯(lián)降壓的方法。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及流程

整個控制程序皆由C語言編寫。圖7是DDS軟件調(diào)頻流程。

圖7 發(fā)射機(jī)軟件調(diào)頻流程

主控單片機(jī)主要處理信號的編碼、調(diào)制工作，對于那些較費機(jī)時的人機(jī)接口處理，則交由一片 51單片機(jī)完成，專門負(fù)責(zé)液晶顯示器（LCD）顯示控制和鍵盤響應(yīng)的AT89S52單片機(jī)通過異步串行接口與主單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交互，封裝了一系列LCD顯示控制函數(shù)。

4 系統(tǒng)性能指標(biāo)測試及結(jié)果

①主站發(fā)射機(jī)音頻信號發(fā)射頻率：39.7 MHz；

②51歐假負(fù)載上電壓有效值:950 mV;發(fā)射峰值功率：約18 mW；

③主站信號波形失真測試（通過20 dB衰減器互連）。在上述條件下，系統(tǒng)測得的結(jié)果如表1、表2、表3和表4所示；

④主站話音信號的接收效果測試；

表1 從站波形失真測試數(shù)據(jù)

表2 從站接收效果測試數(shù)據(jù)

表3 英文短信功能測試結(jié)果

表4 主站撥號選呼和群呼測試結(jié)果

⑤英文短信功能測試；

⑥主站撥號選呼和群呼測試。

5 結(jié)語

用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）實現(xiàn)DDS 調(diào)頻信號電路更為靈活，只要改變DDS中ROM 內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，DDS 就可以產(chǎn)生任意調(diào)制波形，且分辨率高，具有相當(dāng)大的靈活性。相比之下，DDS 的功能完全取決于設(shè)計需求，可以復(fù)雜也可以簡單，而且FPGA 芯片還支持在系統(tǒng)現(xiàn)場升級。另外，將 DDS 設(shè)計嵌入到 FPGA 芯片所構(gòu)成的系統(tǒng)中，其系統(tǒng)成本并不會增加多少，而購買專用芯片的價格則是前者的很多倍。所以采用 FPGA 來設(shè)計 DDS 系統(tǒng)具有很高的性價比。并且該方案已經(jīng)用到實際系統(tǒng)中，效果非常的出色。

參考文獻(xiàn)

[1]徐建敏.數(shù)字調(diào)頻激勵器[J].電視工程,1995(01):14-18.

[2]張肅文.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社,1980.

[3]盧宏基,張丹.基于AD9851的軟件調(diào)頻電路設(shè)計[J].安徽大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2007(04):36-39.

[4]盧屹,張新軍.數(shù)字鎖相環(huán)的參數(shù)設(shè)計及其應(yīng)用[J].通信技術(shù),2001(09):12.

[5]胡焱,周超,沈家慶,等.基于單片機(jī)的水溫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].通信技術(shù),2007,40(08):85.

[6]尹文慧,高飛,卜祥元,等.調(diào)頻激勵器中預(yù)加重濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電聲技術(shù),2008(06):31-33.