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单工无线呼叫系统设计
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单工无线呼叫系统设计
摘 要:一个完整的单工无线呼叫系统由发射和接收两大部分组成。发射部分采用锁相
环频率合成器技术,由MOTOROLA公司生产的MC145152集成芯片作为锁相环电路的
核心,将载波频率精确锁定在35MHz。集成压控振荡器芯片MC1648,实现对载波的调
频调制。末级功放选用三极管2SC1970,使其工作在丙类放大状态,提高了放大器的效
率,输出功率达到设计要求的40mW。接收部分采用低功率双变频接收机电路,以全单
片化集成的芯片MC3363为核心,性能指标灵敏度达到100dB。接收机采用电池供电,
稳压电路提供稳定电压。利用单片机扩展键盘和液晶显示器,采用PT2262/2272芯片电
路实现语音通信和英文短信业务的编码/解码,以及对台号的选择功能。经过分析与计
算,各项性能指标符合系统设计要求。
关键词:锁相环;压控振荡器;编码/解码;单片机
The Design of Simplex Wireless-calling System
Abstract:A integrated simplex wireless-calling system consists of two parts: transmission part
and receive part.The transmission part adopts the phase-locked loop of frequency synthesizing
technology and uses the chip of MC145152 made by MOTOROLA to compose the core.It
locks the frequency of the carrier-wave at 35MHz. The frequency modulation is realized by
the integration voltage control oscillator chip of MC1648.The end power amplifier uses the
I
audion 2SC1970 working in the third magnifying state,it improves the efficiency of the
magnifier and the power of the output matches the requirement 40mW.The receive part uses
low power dual coneversion FM receiver, the chip MC3363 is the core of radio reception
integration,The sensitivity reaches 100dB. The pile keep up receiver working,stable circuit
afford the voltage. It uses MCU extended with keyboard and LCD and PT2262/2272
coding/decoding circuit to realize the data transmission operation as well as the platform-
choosing function.After analyzing and calculating,every demand can be realized.
Key word: PLL;VCO; Coding/Decoding; MCU
II
第 1 章 绪 论
1.1 本课题的意义
单工无线呼叫系统设计中包含有通信的原理和技术,不仅是信息工程高级专业技
术人员所必需掌握的,也是从事相关产业的普通技术人员、管理人员和营销人员应当
了解的,并把它应用于信息产业中。 单工无线呼叫系统的实现具有单向性,完成的是
信息的单方面传输,这是研究半双工和全双工通信的基础。一个单工无线呼叫系统,
实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务,对以后增加图片传输、多媒体音乐、
无线上网和电子商务的套餐具有重要的意义。
以单工无线通信系统的设计为基础,人们进行了不断的探索和研究。在未来几年
内通信系统将会有更令人惊奇的发展。光纤如今已经成为了一种非常重要的传输媒介,
并且仍然以迅猛的速度在发展。包括话音和视频传输在内,由模拟向数字方向的发展
仍在继续。
现在人们很难准确地预测通信在未来的发展状况,以单工无线呼叫系统设计为开
端,蜂窝电话和传真已经出现了很多年,并且曾一度被认为不久将会过时,但是在过
去的几年中蜂窝电话和传真这两种技术仍然在迅速发展。大概有关未来通信技术唯一
可以确定的就是:它将给人们带来无限的惊喜。
1.2 通信发展的历史和前景
1837 年莫尔斯(Samuel Morse)发明了电报码,即莫尔斯电码,从而使电子通信进入
了实际应用阶段。虽然此前已经出现了电子信息传送系统,但他第一次成功地开始了
其商业化运作。莫尔斯的电报系统包括发射机、接收机和传输信道,具备了通信系统
的所有基本要素。其中发射机由电话键盘和电池组成,可以将信息转换为电信号(或者
也可以记录在纸带上),传输信道就是电线。从 1866 年开始,电报线路也可以在水下铺
设,到 1898 年,已经有 12 条海底电缆横跨大西洋。
1876 年贝尔(Alexander Graham Bell)发明了电话,开始了利用电子话音进行通信的
时代。从此电话系统逐渐发展,现在不管你身在何处,都可以通过电话和世界各地的
朋友进行交谈。当然这个过程是逐步实现的,起初电话系统不包括任何电子器件,随
着电子管和晶体管的出现,电话系统中使用了放大器,从而大大增加了信号的传输距
离。在不易铺设电缆的地方还可以采用无线通信链路,而且现在无论是传输系统还是
交换系统都已进入了数字时代。
无线通信是通信领域的一个非常重要的方式,麦克斯韦(James Clerk Maxwell)于
1865 年建立了其理论框架,而赫兹(Heinrich Rudolph Hertz)于 1887 年通过实践证明了
其可行性。19 世纪末 20 世纪初时无线电话开始投入实际使用,当时主要用于航船和海
岸、航船和航船之间的通信联系。1901 年马可尼(Guglielmo Marconi)首次成功地进行了
跨大西洋的无线通信。
早期的无线电发射机采用的是放电器的方式,这并不适用与话音通信。到了 1906
年,一些发射机使用了专门设计的高频交流发电机,并且用于进行话音传输的实验。
1
具体方法是将一个 1KW 的放射机连接到传声器上,并且连接发射天线,当时的传声器
还是水冷式。常规的无线电广播直到 1920 年才开始出现。随着技术的不断发展,发射
机和接收机逐渐使用了电子管。1904 年弗来明(John Ambrose Fleming)爵士发明了二极
管,而 1906 年弗里斯特(Lee De Forest)又发明了可以用做放大器的三极管。
到了 20 世纪 20 年代末期,无线电广播已经变得在普通不过了,人们开始把注意
力又转移到了对电视的研发上面。美国和欧洲的一些国家在第二次世界打战之前就已
经开始了这方面的工作,二战结束后电视机已经在全世界范围开始使用了。
从此以后发射机的结构越来越复杂,包括多路放电器、旋转式放电器、交流供电
以及复杂精致的调谐系统,直到后来被电子管取代。到了 20 世纪 60 年代后,随着半
导体、计算机和激光技术的出现和发展,传输字符和计算机数据的数字通信技术进入
了高级发展阶段。由于这种高级数字通信技术在许多方面都优于模拟通信,甚至像语
音、图像一类的模拟信号也希望采用数字通信技术来传输。近年来,数字通信得到迅
猛的发展,人们不会满足简单的语音和短信通信,实现了图片彩信、手机上网、电子
商务等 3G 技术,未来需要我们对通信系统不断探索和研究的路还很长。21 世纪的电
信技术正进入一个关键的转折点,未来十年将是技术发展最为活跃的时期。未来无线
通信技术发展的主要趋势是宽带化、分组化、综合经、个人化。信息化社会的到来以
及 IP 技术的兴起,正深刻的改变着电信网络的面貌以及未来信息技术发展的走向。
1.3 通信系统组成
在当代社会里,信息这个词高度概括可我们这个社会的现代化特点,在社会的信
息化程度快速提高的过程中,集成电路(IC)芯片不可替代的作用也越来越明显。通信技
术是信息技术的一个重要子类,虽然信息工程具有宽泛的覆盖面,且现代信息处理与
存储技术越来越发精湛,但通信业的崛起却具有更大的社会意义和效益。通信的含义
无论从中文 “通讯”或英文 Communication 来看,名词本身就在很大程度上体现了通信的
定义。通信系统具有很广泛的内涵,并有多个层次。一般地,利用传输信道或通信网,
将具有收、发信息功能的终端设备由信道或链路有机连接起来,这些实施信息传输的
设备集合,称为通信系统。图 1.1 示出了一个通信系统的基本构成框图,同时也包括点
与点间、点与多点间,以及多点之间的信息传输系统所涉及功能单元的有机结合。
图 1.1 通信系统基本组成框图
通信系统按工作方式分,可分为单工(Simplex)、半双工(Half-duplex)和全双工
(Duplex)。这三种方式的例子如单向广播、步话机、固定电话和移动电话等。
通信系统的构成根据通信业务特征、信道类型、传输方式等可有多种类型。模拟
系统已成为传统技术,数字通信系统在终端要涉及很多信号处理与交换设备,计算机
数据通信又提供了一套特殊的标准接口,传输、控制等一系列协议,多媒体通信系统
2
噪声源
信宿发端设备 收端设备信源 信道
涉及多种媒体集成、同步与交互功能等,更为复杂。
1.3.1 模拟通信系统模型
传输模拟信号,消息源为模拟的,经过输入转换器得到模拟信号。发送设备包括
很多部件,如调制、放大、滤波和天线等。在方框图中只画出了调制器,其原因一方
面是为了突出调制器的重要性,另一方面其它部分可以认为是理想线形的,对信号传
输可以看作不产生失真,不引入噪声。同样接收设备只画出一个解调器,图 1.2 就是一
个最简化的模拟通信系统。
图 1.2 模拟通信系统模型
1.3.2 数字通信系统模型
数字通信系统有多种,例如数字电话系统、高速计算器并行数据处理传输系统、
数字电视信号传输系统等,可以把它们都归纳为图 1.3 所示的数字通信系统模型。
图 1.3 数字通信系统模型
一个较为完善的数字通信系统,除了发送与接收端,还有传输信道及收发同步系
统等,现分别介绍个部分的功能与作用。
(1) 源信息格式(format)
源信息格式是信息采集后的源信息最初表示方式,如模拟电信号的限带波形,图
像信号的扫描像素集合或其红绿蓝三个基本分量的 PCM 编码。信源格式为信源编码做
好了基本格式的准备,其中还包括信源编码前去噪、限带等的预处理。
(2) 信源编码
为了提高信息的有效性,在源信息中可能存在某种程度的冗余“信息”及根据需要的
质量标准,可以去除其中次要信息,因此提高有效性的措施为采用去相关及压缩编码,
即用更少的编码位数来表示符合一定接受质量的更多源符号,其基本原理是香农率失
真理论,其基本技术如无失真预测编码和有损正交变换编码等。
(3) 信道编码
经过信源码的码字序列,均应认为是重要信息,因此如果在传输与接收判决中发
生错误或超出限定的符号误差概率,则会不满足接收者的质量要求。如果信源码字之
3
信
源
调
制
解
调
信
道
噪 声
信
宿
信
源
信源编码
同 步噪 声
压
缩
编
码
信
宿
信
道
编
码
保
密
解
码
信
道
信
道
编
码
压
缩
解
码
调
制
保
密
编
码
解
调
信源解码
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冻结飘渺
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