1、I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MC 3363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PT2262/2
2、272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；单片机单工无线呼叫系统设计2The Design of Simplex Wireless-calling SystemAbstract:A integrated simplex wireless-calling system consists of two parts: transmission part and receive part.The transmission part adopts the phase-locked lo
3、op 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 audion 2S
4、C1970 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
5、 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 w
6、ord: PLL;VCO; Coding/Decoding; MCU单工无线呼叫系统设计1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
7、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
8、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
9、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)于单工无线呼叫系统设计21865 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
10、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。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
11、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
12、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”
13、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，这些实施信息传单工无线呼叫系统设计3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
14、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
15、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、信源调制解调信道噪 声信宿噪声源信宿发端设备 收端设备信源 信道单工无线呼叫系统设计4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
16、 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。如果信源码字之间互为正交或不相关，则有一定的抗干扰能力，或者基带码
17、流的码符号选用某些合适的码型，也有一定的抗干扰性。最好的方法是根据信道环境的特性，将信源码字中按一定规则适当加入冗余码元，构成差错控制码，可以根据不同的结构和冗余位多少，提供 1 位或多位自纠错或通过反馈重发纠错能力。（4） 信道复用信道复用(Multiplexing)是通信系统中很重要的组成部分。其基本功能是使多种信息流共享同一信道，提高通信资源利用率。如目前无线正在使用整个频段跨越10510 12Hz 的频率资源，各个不同频段和频点用于各种类型的无线信号传输，必须采用频分复用(FDM)。基于有线信道的基带传输，多采用时分复用(TDM)。信源信源编码 同 步噪 声压缩编码信宿信道编码保密解码
18、信道信道编码压缩解码调制保密编码解调信源解码单工无线呼叫系统设计5（5） 调制调制是信号的一种变换过程，通常是将不便于信道传输的基带模拟信号或编码符号序列，或其波形序列作为调制信号，去控制一个适于信道传输特性的载波，使其某一两个参量正比地受控于调制信号。载波为正弦信号时的调制方式称为连续波调制。此时若调制信号为模拟信号，可提供模拟(线形)调幅和模拟调角(又分调频与调相)；若调制信号为数字代码，相应的调制方式分为数字调幅、调频、调相，均称为数字信号的载波传输，仍为模拟传输方式。调制是实现复用的重要环节，同时多元调制可提高信道频带利用率，不同的调制方式的抗干扰性能也不同。调制系统的信号性能尚与调制
19、信号的设置有关，并且接收与判决的方式也影响接收的质量。（6） 同步在数字信号传输和采用相干接收或最佳接收方式的模拟调制系统中，尚有一个非常重要的控制单元，即同步系统。它可以使通信系统的收、发两端，以精度很高的时钟提供定时，以便系统中的数据流能与发信端同步地恢复原信息。同步准确性对通信质量有很大影响，从功能和实现环境的方法不同，同步可分为四种方式：a 载波同步在数字或模拟调制系统中，为了以相干或相关解调方式准确恢复原信息，接收端提供的本地载波应与接收到的已调信号载波严格同频或同相。b位同步应用数字信号基带与频带传输系统，以一定码型的脉冲编码波形序列，直接进入基带信道传输，接收两端的位定时系统，可
20、以确保系统有一致的时钟，以便有序、准确的对失真的接收波形进行定时抽样，而正确判决原发送信息。c 帧同步数据信号传输，往往要按一定规则划分为一定规模的分组数据块，可称其为信息帧。不论帧的大小，均在发送前加有帧头与帧尾的额外开销，以便接收时正确认定逐个帧的完整性。d网同步在目前通信网发达的时代，很多通信系统是通过网络功能构成的。地区网或全国网必须设有网同步，据网络的类型或要求不同，网络同步的定时时钟可取自国际 1 级时钟或地方时钟。实现同步的方法很多，同步系统可看做通信网正常运行的中枢神经系统。单工无线呼叫系统设计61.4 系统的实现思想随着现代电子技术的发展，许多通信集成芯片应运而生，如编码/解
21、码芯片、大规模信号发射/接收芯片和集成控制芯片，这些芯片大大简化了系统电路设计的复杂性，并且使得信号传输速率更快，效率更高。同时信号传输过程中加入差错控制电路，使得误码率大大降低。硬件组成的电路灵活性能较差，这就要求我们利用许多成熟的软件系统来辅助硬件系统的设计，如许多可编程器件的数值可以通过 DSP,FPGA 以及单片机来预置，这就减少了硬件的投入，同时使设计出来的系统更加灵活化和人性化，这设计利用单片机作为辅助软件。1.5 本论文研究的内容本论文研究单工无线呼叫系统的设计，由发射和接收两大部分组成。实现主站至从站间的单工语音通信，并能完成英文短信的传输业务。主要研究在无线通信中发射与接收系
22、统中单元电路的设计，其中包括锁相环、压控振荡、功率放大、编码/解码以及接收机芯片 MC3363 等核心电路。通过三个多月的设计，必须理解单工无线呼叫系统设计的相关知识。能够掌握锁相环(PLL)的工作原理，正确计算分频数 N，将载波频率精确的锁定在设计要求范围之内；掌握压控振荡器(VCO)对调制信号的频率调制过程,并合理设置电路中的参数；在接收机设计中能够选择出满足设计要求的中频频率，掌握每个工作级的技术要求并且能够根据需要选择合适的电路类型；掌握无线电接收机电路 MC3363 的工作原理，完成对 35MHz 高频信号的接收；实现键盘和显示接口电路的单片机控制；绘制单工无线呼叫系统中发送与接收部
23、分的单元电路图，并完成对系统的仿真。 单工无线呼叫系统设计7第 2 章 设计方案2.1 设计思路在整个设计的过程中，发射部分采用频率合成技术，由变容二极管和集成压控振荡器芯片实现振荡频率的电压控制及对载波的调频调制；加入由频率合成芯片、高速分频器和晶体振荡器等组成的数字锁相环路，使发射端的中心频率锁定在 35MHz。采用编码/解码电路实现题目所要求的主站具有拨号选呼和群呼功能，以及英文短信传输业务。整个接收电路采用双变频超外差接收机电路，以全单片化集成的芯片 MC3363为 核 心 。 接收机采用电池供电，稳压电路提供稳定电压。显示部分利用液晶显示模块，显示呼叫方式、业务类型以及英文短信内容。
24、所有的设计实现主站至从站间的单工语音通信，并且完成英文短信的传输业务。2.2 系统组成整个系统主要分为发射和接收两大模块，其中发射部分由 MC1648 芯片构成的压控振荡器、MC145152 芯片为核心的频率合成电路、实现高速分频的 MC12022 芯片、环路滤波器和晶振构成锁相环频率合成器、功率放大阻抗匹配电路、PT2262 数据编码电路、单片机进行数据处理、LCD 驱动以及显示模块等主要电路组成。发射部分的组成框图如图 2.1 所示。图 2.1 发射部分组成框图 接收部分由高频放大电路、本地振荡、收音模块、音频输出模块、数据接收模块、控制模块和显示模块主要部分组成，单片机对键盘输入和液晶显
25、示起控制作用。接收部分的组成框图如 2.2 所示。单工无线呼叫系统设计8图 2.2 接收部分组成框图2.3 方案选择2.3.1 音频信号调制方案采用调频体制。它由三部分组成，即频率合成器、音频处理器和 FM 波的缓冲放大器。频率合成器的作用是产生一个振荡频率稳定度极高的 FM 信号，它是调制器的核心部件；音频处理器的作用是将音频信号经过处理后，变成输出阻抗和电平基本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上；射频缓冲放大器起缓冲、放大、匹配和滤波的作用。发端用音频调制载波，载波的频率会随着调制信号的幅度变化而变化，利用鉴频器将调制信号恢复，对应的数字调制方式为频移键控（FSK），其特
26、点是带宽宽，但抗干扰能力强，图 2.3 为调频发射组成框图。图 2.3 调频发射组成框图2.3.2 数据业务的调制方案采用频移键控（FSK）。FSK 有相位连续和相位不连续之分，对于相位不连续的频率合成器音频放大压控振荡器 射频缓冲 放大器话筒短信单工无线呼叫系统设计9FSK，设计两路频率不同的载波振荡信号，根据调制信号“0” 或“1”用电子开关进行切换，从而实现FSK 调制。相位连续的FSK 调制技术可通过可编程逻辑器件实现。调频系统与调幅系统相比，具有较强的抗干扰能力，因此选用FSK为数据业务的调制方法。音频信号与数据业务总的调频原理如图 2.4 所示。图 2.4 调频方式原理图2.3.3
27、 载波的产生方案载波信号发生器是主机发射的重要组成部分，能够产生等幅高频率正弦信号，其振荡频率应相对稳定。采用 PLL 频率合成技术，用 MC145152 和 VCO 电路进行频率合环控制，所以存在反馈，因此能得到精度和稳定度很高的频率信号，本题目30MHz40MHz之间，本设计选定 35MHz 作为载波信号。采用频率合成法产生的高频振荡信号的频率稳定度接近晶振的频率稳定度，可达 10-510 -6，且失真度很小。图 2.5 为 PLL 频率合成的原理框图。图 2.5 频率合成原理框图2.3.4 接收机方案 采用 MC3363 作为接收机电路的核心 IC。MC3363 芯片是一个窄带无线电接收
28、机电路，其片内包含有射频放大器三级管、两个本振电路、两个混频器、正交鉴频电路、FSK 数据检测限幅比较器、表头驱动电路、载波检测电路和静噪电路，还有用于频率合成器的第一本振缓冲输出电路等。MC3363 的接收射频范围很宽，常用于200450MHz 的 VHF 波段。工作电压范围也很宽 VCC=27V，而且适合底电压工作。语音信号数字信号切换调频单工无线呼叫系统设计10功耗小，在 VCC=3V 时，耗电电流为 3.6mA（不包括射频放大器三极管） ，功耗仅为10.8Mw。灵敏度高，在使用内部射频放大器三极管，输出信纳比为 12dB 时，输入灵敏度为 0.3V。MC3363 的接收信号强度指示器（
29、RSSI ）动态范围为 60dB，因此可以实现 60dBAGC 控制功能。MC3363 集成了整个双变频超外差接收机电路，作为接收部分的核心有明显的优势。2.3.5 数据传输方案采用微控制器和 PT2262/2272 组成的编码/解码电路。PT2262/2272 是一对 CMOS工艺制造的低功耗、低价位、带地址、数据编码/解码功能的集成芯片，作为目前在无线通讯电路中作地址编码识别和数据传输最常用的芯片之一。在发射端，微控制器对PT2262 的地址位进行预置（即设定台号的代码），同时输入短信内容，通过微控制器进行短信编码后产生相应的数据去预置 PT2262 的数据位后，再调制发射出去；在接收端，
30、把接收到的信号进行解调放大后，送至 PT2272，解码后在数据位产生对应的数据，通过微控制器进行解码后在液晶上显示所发送的英文短信内容。采用常用的PT2262/2272 编码/解码电路，可靠性高，且与系统兼容。 2.3.6 自动控制方案基于单片机技术的控制方案。单片机通过对程序语句的顺序执行来建立与外部设备的通信，并完成其内部运算处理，从而实现对信号的采集、处理和输出控制，它最主要的特点是串行处理特性。单片机技术比较成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富，并且价格便宜。鉴于本设计中，传输速率不是很高，通信距离仅 5 米，单 片机 的 资 源 已 经 能 满 足 设 计 的 需 求 ， 而 F
31、PGA（现场可编程逻辑门阵列）的高速处理的优势在这里却得不到充分体现。 因此本设计的控制方案模块拟选用上述基于单片机的技术。2.3.7 键盘输入方案在单工无线呼叫系统的主站部分，由于需要比较复杂的控制逻辑，因此选用一个77 的行列式键盘。至于在单工无线呼叫系统的从站部分，需要的控制逻辑相对比较简单，因此使用独立按键已足以应付。PS2 协议的键盘，只需要占用两个IO 口（一条数据线和一条时钟线）就能拥有非常多的按键（如标准的计算机键盘）。要在软件上实现比较复杂的PS2 接口协议的解码程序，接口程序若写得不好容易产生误码。2.3.8 显示模块方案考虑到要有良好的使用感觉和友好的人机界面，采用LCD
32、 液晶显示器作为显示电单工无线呼叫系统设计11路的核心是最佳的选择。使用LCD 液晶显示器，不仅控制简单，而且显示的数据量大。由于市面上大多数的LCD 液晶显示器里面都已集成了MCU，使得LCD 的控制相当简单。采用液晶显示可以使显示多样化，降低系统的功耗。点阵字符式液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量字定义符号的显示器。它如此强大的显示功能，当然可以完成本次设计中英文短信传输业务的要求。第 3 章 无线发射电路设计3.1 发射机体系结构3.1.1 发射机系统要求对发射机的要求是多方面的，功率、频率是最基本的。现代通信体制对发射机的要求侧重于高纯度频谱及线形度。设计无线电发射系统
33、，应考虑的技术指标如下：(1) 信息的性质（信息的性质是指语言信号还是图像信号，是模拟信号还是数字信号，以及基带所占的频带宽度） ；(2) 发射功率大小，发射机中心频率；(3) 发射信号频谱纯度要求，杂散及谐波要求；(4) 发射机频带宽度，频带内功率波动；(5) 是否需要 ALC（自动电平控制） ；(6) 发射机线形度要求。本次单工无线呼叫系统设计中主要考虑到发送信息的性质，即语音与英文短信，且规定发射功率大小和发射机的中心频率。发射机的目的是调制基带信号，然后上变频到载波频率 WC 射频。发射机也需要充分的功率放大，同时不能产生信号失真和邻近信道干扰。为实现最好的设计，通常根据实际需要在各种
34、不同的调制方案之间进行权衡。3.1.2 发射机体系结构本设计采用的是基于锁相环的直接调制压控振荡器调频电路，锁相环（PLL ）可作为一个频率乘法器，用于调频和上变频。压控振荡器的输出频率受自身参数、控制电压的稳定性、温度、外界电磁干扰等因素的影响，往往是不稳定的。因此可以加入自动相位控制环节，即锁相环，来稳定发射频率。发射频率经反馈，与晶振产生的标准信号做比较，在锁相环的跟踪下，发射频率始终向标准信号逼近，最终被锁定在标准单工无线呼叫系统设计12频率上，达到与参考晶振同样的稳定度。在锁定状态，若锁相环具有输入频率 Fref 和反馈分频器，则输出频率 Fout 为(3-1)outrefFN在式(
35、3-1)中：N 为分频器的分频比。为了获得上变频调制信号，可对 Fref 进行调制，或者让分频比 N 随发射信号变化。一个基于锁相环的直接压控振荡器调制发射机，如图 3.1 所示。在这种体系结构中，由压控振荡器（VCO）直接调制基带数据。工作过程如下，压控振荡器由锁相环操作以准确地设置载波频率，将基带数据加到压控振荡器的控制电压上。该方法的优点是集成度高且功率低。因为压控振荡器可实现频率变换和调制，所以需要的硬件更少。图 3.1 基于锁相环的直接调制压控振荡器发射机体系结构3.2 载波产生电路3.2.1 锁相环的工作原理一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD） ，压控荡器（VCO）和
36、低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，被控参量是相位，如图 3.2 所示。如何利用相位差信号实现无频差的频率跟踪呢？可用图 3.3 所示的旋转矢量来说明图 3.2 锁相环路的基本结构VCOPDNLPF发射数据、音频信号OutRef单工无线呼叫系统设计13图 3.3 频率跟踪的旋转矢量图解设旋转矢量 和 分别表示鉴相器输入参考信号 和压控振荡器的输出信号iUyUy(t)，它们的瞬时角速度和瞬时角位移分别为 、 和 、 。显然，只ti)(tyit()yt有当两个矢量以相同的角速度旋转时，它们之间的相位差才能保持恒定值。鉴相器以此恒定相位差变换成对应的直流电压，去控制 VCO 的振荡角频率 ，使其稳
37、定地)(ty振荡在与输入参考信号相同的角频率 上，这种情况称之为锁定。反之，两者角频ti率不相等，相位差不恒定，则称之为失锁。若某种原因使 偏离了 ，比如说)(tytifr 或fv 的相位超前fr ,则 变为低电平而 仍为高vr电平；如果fv fr 或者fv 的相位滞后fr ,则 跳为低电平而 保持为fv = fr并fv与fr同r相,则 和 保持高电平。仅在一个很短的时间内二者同时为低电平。其波形如图3.10rv所示。引脚9（MC ）为模式控制端，输出的模式控制信号加到双模分频器即可实现模式变换。在一个计数周期开始时，“MC”处于低电平 .一直到A下行计满它的编程值为止，然后“MC”跳为高电平
38、，并一直维持到N计数器下行计满编程的剩余值（N-A）。N 计数器计满量后，“MC” 复位为低，两个计数器重新预置到各自的编程值上，再重复上述过程。引脚28（LD）为锁定检测端，用于锁定输出信号。当环路锁定时（即 同rv与频同相）该信号为高电平；当环路失锁时，LD为低电平。图 3.10 和 波形图vr3.2.5 载波产生电路设计（1）频率控制字计算锁相环电路 MC145152 是大规模集成锁相环，集鉴相器、可编程分频器、参考分频器于一体，分频器的分频系数可由并行输入的数据控制，其内部框图如图 3.11 所示。图 3.11 MC145152 内部框图单工无线呼叫系统设计181参考分频参考晶振从 O
39、SCIN、OSCOUT 接入，芯片内部的R 参考分频器提供 8 种不同的分频系数，对参考信号进行分频。R 值由 RA0，R A1，R A2 设定，如表 3.1 所示。本设计中采用 10.24MHz 温度补偿晶体振荡器，频率稳定度可达 10-510 -6。R A0RA1RA2101 时，即 R1024，对晶振频率进行 1024 分频得到 10KHz 的参考频率信号。表 3.1 MC145152 参考分频器分频系数选择表。表 3.1 MC145152 参考分频器分频系数选择表2可编程分频由于发射部分的频率高达 35MHz，MC145152 的电路无法对其直接分频，必须先用 ECL 电路的高速分频器
40、进行预分频，把频率降低，然后由 MC145152 继续分频，得到一个参考频率相等的频率，并进行鉴相。为使分频系数连续可调，可编程分频电路采用的是吞咽脉冲计数法，它由 ECL（非饱和型逻辑电路）的高速分频器 MC12022及 MC145152 内部的A 减法计数器，N 减法计数器构成。如图 3.12 所示。图 3.12 吞咽脉冲计数器原理图MC12022 典型应用电路如图 3.13 所示。MC12022 有 64 和 65 两种分频系数。M为其控制端（从 MC145152 的 9 脚输出，输入 MC12022 的 6 脚） 。M 为高电平时，MC12022 以 P165 为分频系数，M 为低电平
41、时则以 P64 为分频系数。N 和A是可预置数的减法计数器，由并行输入口分别预置 6 位的 A 值和 10 位的 N 值。PD 为数字鉴相器。f o为压控振荡的输出频率（即发射频率） 。吞咽脉冲计数器开始计数时，M 的初值为 1，A 和N 两个闭，停止计数；而N 计数器中还有 NA 个数，它继续计（N A ）P 个输入脉冲后，输出一个计数器被置入预置数并同时计数，当计到A（P+1 ）个输入脉冲（f o）时， A 计数器计完 A 个预置数，M 变为 0；此时A 计数器被控制信号关脉冲到鉴相器 PD。此时一个工作周期结束， 和 N 值被重新写入两个减单片机单工无线呼叫系统设计19法计数器，M 又变
42、为 1，接着重复以上过程。整个过程中输入的脉冲数共有QA（ P1 ）+(N -A)P=PN+A，也就是说，该吞咽脉冲计数器的总分频系数为 PN+A。可见，采用吞咽脉冲计数方式，只要适当选取 N 值与 A 值，就能得到任意的分频比。为实现锁相，必须有 ，反过来，由于 ，改变 N 和 A0/()rff0()rfP的值，也能改变 ，这就是输出频率数字化控制的原理。A 计数器为 8 位，因此 A 值最大为 63，MC12022 的 P 值为 64。3参考分频比和可编程分频比计算本次设计中，设置参考频率 10kHz，则输出频率rf(3-11)0()(64)10fNAKHz要使发射频率为 35MHz，先令
43、 A0， 则(3-12)/()35/()54.69rfMz取 N 54110110B ，得A PN=(3510MHz/10KHz) 645444 101100B (3-13)0/rf由此可得，即给 MC145152 的 N9N 0 和 A5A 0 口预置相应的数值，这就实现了对发射频率的控制。（2）环路滤波器设计环路滤波器是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其它干扰成分，提高环路的稳定性。在设计中由运放芯片 MC33171 构成了有源比例积分滤波器。如图 3.13所示。图 3.13 有源滤波器首先选择合适的电容 C，然后，再根据已知参数计算 R1 和 R2 的值。(3-14)21vdnR
44、KNC(3-15)2/()在上式中， 为压控振荡器电调灵敏度， 为比相器灵敏度， ，vKd /()dKVD是运放的工作电压。 N 为总分频次数， 为锁相环路的阻尼系数， 的合适5VD 取值范围是在 0.51 之间，通常选择最佳起始点 0.707； 为环路自然谐振角频率，n单工无线呼叫系统设计20值的选择将直接影响环路滤波特性和捕捉时间，为了保证环路对噪声有较好的抑制，n应该远小于鉴相频率 ，通常可按式(3-16)选择。 d(3-16)/(301)nd:当噪声来源于参考频率和分频器时， 可以选择得小些；当噪声来源于压控振荡n器时， 可选择得大些。取 =1.57107rad/sV ，选择 C=47
45、00pF，计算如下：nvK3.3 PT2262 编码电路PT2262 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262 最多可有 12 位(A 0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供 531441 地址码。PT2262 最多可有 6 位(D 0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由地址码、数据码以及同步码组成一个完整的码字。PT2262 的电路原理图如图 3.14 所示。A01 A12A23 A34A45 A56D07 D18GND9 D2 10D311D4 1
46、2D5 13T114OSC2 15OSC1 16Dout17VCC 18PT22625VR1VCOP00P01P02P03P04P05P20P21 P22P23P24P25P27图 3.14 PT2262 编码电路本设计中共有26个英文字符和10个数字，加上呼叫、挂断、删除、业务类型选择键、从台地址选择键、4个导航键、*和#，共47个字符。可用6位二进制数表示，故取D0-D5(A6-A11)为并行数据输入端，由单片机 (P20-P25)预置，A 0-A5为地址码输入端，6个地址码也由单片机（P 00P 05）预置。系统只有 8各从站，A 3-A5也可接地。17脚输出的信号通过左声道加入至压控振
47、荡器(MC1648)进行调制发射出去。 引脚端功能表如表 3.2所示。731220.7961.50/(.147056)48K2/()nRC/2/56/ndrfrads()().9VDV1vnN12.2)0单工无线呼叫系统设计21表 3.2 PT2262 引脚端功能表引 脚 端 功 能Pin1-Pin6（A0-A5 ）地址输入端，可编成“1”、“0”和“开路”三种状态Pin7、 Pin8、pin10-Pin13（A6/D0-A11/D5）地址或数据输入端，地址输入时用 Pin1-Pin6，做数据输入时只可编成“1”、“0”两种状态Pin14（TE） 发射使能端，低电平有效Pin15、Pin16（
48、OSC1 、OSC2）外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率Pin17（Dout） 数据输出端，编码由此脚串行输出Pin9、Pin18（V DD，Vss）电源+、输入端PT2262的频率通常取为为f=l0kHz，由公式(3-17)得(3-17)2106()oscfKHzR计算可得，外接振荡电阻 的阻值为3.3 。M3.4 音频放大电路由于语音信号的峰峰值大约为 5mV，而需要放大到 1V 以上才能送入调制器调制，所以在送入调制器调制之前须将信号放大 200 倍，采用两级共发电极放大器，一级用10 倍放大，另一级采用 20 倍放大。为了使电路简单采用的 LM324 作为低频放大电路的放大管。单工无线呼
49、叫系统设计22图 3.15 低频电压放大电路其参数计算如下，如图 3.15 所示，取 ， 取经验值 ，则KRf2021,CF101AfVRVf 2031，则20AKRVf 10321，K033.5 调频电路 VCO3.5.1 VCO 的分类与应用振 荡 器 分 为 普 通 压 控 振 荡 器 (VCO)、 晶 体 压 控 振 荡 器 (VCXO)和 温 补 振 荡 器(TCXO)。 广 泛 用 于 各 种 通 信 设 备 、 电 视 机 、 微 处 理 机 、 电 话 机 、 移 动 通 讯 手 持 机和 电 子 玩 具 等 方 面 。（ 1） 温 补 振 荡 器 （ TCXO） 是 一 种 在 一 定 温 度 范 围 内 具 有 很 好 稳 定 度 和 老 化度 的 振 荡 器 ， 手 机 中 振 荡 电 路 设 计 中 首 先 确 定 的 是 手 机 的 参 考 振 荡 器 频 率 源 。 典型 的 应 用 首 先 是 13MHz 或 26MHz 温 补 压 控 晶 体 控 振 器 ， 图 3.16 是 典 型
