7258

Расчет цифрового радиоприёмника по исходным данным:

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

1. Задание. Произвести расчёт цифрового радиоприёмника по следующим исходным данным: Приёмник работает с ФМ сигналом на частоте F0=22 МГц. Необходимо обеспечить перестройку по 19 каналам. Скорость цифрового потока в последовательном коде V: 7000 бит...

Русский

2013-01-20

786 KB

32 чел.

1. Задание.

Произвести расчёт цифрового радиоприёмника по следующим исходным данным:

Приёмник работает с ФМ сигналом на частоте F0=22 МГц. Необходимо обеспечить перестройку по 19 каналам. Скорость цифрового потока в последовательном коде V: 7000 бит/сек. Адрес порта управления микропроцессорной системы: 60H

2.Введение.

Цифровой приёмник радиосигналов предназначен для приёма радиосигнала с последующей его обработкой, а именно: усилением, детектированием, выдачей принятой информации в цифровом виде, т.е. в виде логических нулей и единиц. Необходимо отметить, что использование цифровой формы представления информации позволяет повысить помехоустойчивость благодаря тому, что можно обойтись без точной фиксации текущего значения сигнала – достаточно определить, есть ли посылка в данный момент, или нет. Кроме того, появляется возможность введения избыточности в сигнал в целях реализации возможности восстановить исходный сигнал на стороне абонента. ЭВМ позволяют подключать такой приёмник через стандартные интерфейсы, как то: СОМ, LPT порты, шины ISA, EISA, PCI, что даёт высокую степень интеграции и широкие возможности применения. Так как проектируемый приемник является достаточно простым устройством, то для его реализации хватило бы возможностей шины ISA, но в виду её малого применения в новых платах используем шину PCI.

3.Анализ технического задания.

Рис. 1. Блок схема радиоприемника

Исходя из задания рассчитаем следующие цепи цифрового радиоприемника: 1. Компаратор (К); 2. входной порт (Вх порт); 3. выходной порт (Вых порт); 4. цифровой синтезатор частоты (ЦСЧ). Радиотракт и детектор работают с аналоговыми сигналами, поэтому их мы не рассчитываем.

4. Расчет полосы пропускания.

Для начала найдем частоту манипуляции по формуле:

 , где V – скорость передачи битовая.

Fм = 7000/2 = 3500 Гц

Найдем полосу пропускания радиотракта:

Добавочное расстояние между каналами возьмем 4 кГц, тогда минимальный шаг сетки частот будет 25 кГц.

При этом длительность манипулированных импульсов: 

 мкс

5. Фазовый детектор.

Детектор для ФМ сигналов можно построить по схеме, приведённой на рис. 1.

Рис.2. Блок схема детектора.

Для его работы необходимо опорное напряжение, которое получается из самого сигнала. Для этого используется генератор опорного напряжения (ГОН). Он состоит из удвоителя частоты, фильтра сигнала на удвоенной частоте и делителя частоты на два. На рис. 3 приведены диаграммы поясняющие принцип.

Рис. 3.Принцип работы ГОН

Работающий по такому принципу детектор можно реализовать используя логические элементы. Блок-схема приведена на рис. 4. На первый вход детектора подаётся подлежащее детектированию ФМ-колебание – Uвх. На второй – опорное напряжение (U0). В качестве УФ1 и УФ2 использованы гистерезисные компараторы. (DA1 и DA2). Напряжение U на выходе цепи И создается только при одновременном действии напряжений U1 и U2. ФНЧ выделяет постоянную составляющую напряжения, которая будет зависеть только от фазы сигнала. Характеристика детектирования приведена на рис. 5.

                          Рис. 4. Блок-схема фазового детектора.

                         

Рис. 5.Характеристика детектирования.

6. Компаратор.

Компаратор – устройство, осуществляющее сравнение двух аналоговых напряжений. Его применяют для формирования сигналов прямоугольной формы из различных видов непрерывных сигналов. В частности, при подаче на вход компаратора синусоидального напряжения, на его выходе формируется симметричное прямоугольное колебание – меандр.

Входное напряжение сравнивается с некоторым опорным, в качестве которого обычно используется часть выходного напряжения. На инвертирующий вход поступает входное напряжение, а на неинвертирующий - опорное напряжение. Таким образом ОУ охвачен положительной обратной связью по неинвертирующему входу, и выходное напряжение скачком изменяет свою полярность при сравнении входного и опорного напряжений. Компаратор переключается с 0 на 1 при достижении сигналом уровня опорного напряжения. Чтобы не было лишних переключений, компаратор берется гистерезисный. Схема включения компаратора показана на рис. 6.

Рис. 6. схема включения компаратора.

Данный компаратор реализован на микросхеме 521СА2 и является гистерезисным(рис.7).

Рис. 7. Гистерезис компаратора.

Обычно на выходе детектора амплитуда напряжения составляет десятые доли – единицы вольт. Примем амплитуду напряжения на выходе фазового детектора равной Uвых.д = 1В. Выходной ток микросхемы IВЫХ = 1 мА. Выходное напряжение 4В.

Выберем ширину петли гистерезиса, исходя из обеспечения необходимой помехоустойчивости и искажения длительности импульса, равной 30% от UвыхЧД:  Uг = 0,3 В.

Пусть амплитуда А1 частоты f1 равна 0.7В, амплитуда А2 частоты f0 = 0.4В. Их среднеарифметическое равно 0.55 В.  Пусть 0.55 В будет напряжение смещения петли.

Резистор R1 задает смещение петли, а резисторы R1, R2 создают петлю гистерезиса.

Определим номиналы сопротивлений:  Коэффициент передачи по цепи ОС:  

, тогда

  

7. Порты ввода-вывода.

Для дешифрации адреса в интерфейсе ISA используется 10 адресных сигналов (А9-А0). Кроме них еще используется сигнал AEN. Он используется для сопряжения с ПДП (прямой доступ к памяти). Когда идет сигнал ПДП AEN = 1.

Напишем адреса всех портов в двоичной системе.

Базовый адрес 60Н = 10110100  

А7

А6

А5

А4

А3

А2

А1

А0

0

1

1

0

0

0

0

0

 

Значит адреса портов будут иметь вид:

60Н

01100000 – порт А

61Н

01100001– порт В

62Н

01100010 – порт С

63H

01100011 – порт управления

     

          На дешифратор (микросхемы 3(3ИЛИ-НЕ) и элемент 3И-НЕ) приходят сигналы А2 – А9 и сигнал AEN именно они формируют сигнал CS.

Сигналы А0 и А1 микросхемы КР580ВВ55 должны иметь вид:

А1

А0

Выбираемый порт

0

0

Порт А

0

1

Порт В

1

0

Порт С

1

1

Порт управления

 

Те же значения имеют сигналы А1 и А0 шины адреса. Следовательно, их можно подавать напрямую на входы А1 и А0 микросхемы КР580ВВ55.

Таким образом, дешифратор имеет вид:

Рис. 8. Структурная схема дешифратора адреса.

8. Шинный формирователь.

Для организации ШД используется микросхема К555АП6. Микросхема обеспечивает двунаправленную передачу данных в зависимости от уровня сигнала на входе «ЕАВ». если ЕАВ=1, то данные передаются с порта А на порт В, если ЕАВ=0 – наоборот. На вход ЕО (Output Enable) подаётся сигнал с дешифратора адреса. При сигнале ОЕ=1 микросхема переходит в z-состояние, при ОЕ=0 происходит передача информации; направление передачи, как уже было отмечено выше, определяется сигналом «ЕАВ».

9. Адаптер.

Рис. 4. Схема программируемого адаптера PCI

К ISA через шинный формирователь подключается МС адаптера К580ВВ51(однокристальное устройство последовательного ввода-вывода данных), с помощью которой осуществляется обмен данными между микропроцессором и приёмником. Микросхема содержит 2 программно доступных порта.

Относительно базового их адреса располагаются следующим образом: порт данных имеет базовый адрес, служебный порт имеет адрес на единицу больше.

Сигнал  (control/data или управление/данные) указывает тип передаваемой информации. При  вводятся управляющие слова или выводится слово состояния ПП, а при  - происходит передача данных. Направление передачи данных задается сигналами на входах  и . Активизация микросхемы производится подачей сигнала низкого уровня на вход . Передача и прием могут вестись в двух режимах: асинхронном (старт-стопном) и синхронном. В данном случае используем асинхронный режим. В таблице приведены возможные комбинации управляющих сигналов.

Действие

0

0

0

1

Считывание символа из адаптера

0

1

0

1

Считывание слова состояния из адаптера

0

0

1

0

Запись символа в адаптер

0

1

1

0

Запись в адаптер управляющего слова

0

1

X

X

1

X

1

X

Адаптер отключен от шины данных (z-состояние)

Программирование адаптера

Программируемые параметры:

  1.  Длина символа  8 бит
  2.  Длина стоп-бита 1Т (период)

 

Программирование адаптера осуществляется загрузкой в адаптер последовательности управляющих слов:

  1.  Программируемый или аппаратный сброс (перевод адаптера в исходное состояние).
  2.  Инструкция режима – определяет основные параметры режима.
  3.  Инструкция управления – уточняет отдельные характеристики режима (их может быть сколько угодно).

10. Цифровой синтезатор частот.

Для реализации ЦСЧ воспользуемся микросхемой 1508ПЛ11А. Это быстродействующая микросхема с последовательным интерфейсом управления коэффициентами деления отличаются более широкими границами интервала коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты входного сигнала, наличием программируемого делителя образцовой частоты, полевого транзистора для активного ФНЧ и дополнительным дифференциальным выходом частотно-фазового детектора.

    Микросхемы изготавливают по технологии КМОП с поликремниевым затвором, поэтому для них характерна малая потребляемая мощность.

Рис.6. Структурная схема ЦСЧ.

Программирование коэффициентов деления тракта программируемого делителя частоты и делителя образцовой частоты выполняют с помощью управляющего слова, подаваемого на входы приемного и буферного регистра (выв. 7, 8, 10) в последовательном двоичном коде с генератора информационного слова - МПУ. Формат управляющего слова и осциллограммы управляющих сигналов представлены на конкретном примере рис. 7 и табл. 1.

Рис. 7. Осциллограммы управляющих сигналов.

    Первыми в приемный регистр вводят биты 1-3 слова, определяющие выбор коэффициента деления К1. Биты вводят последовательно, начиная с первого.

    

Биты 4-20 определяют в двоичном коде коэффициент деления К2 тракта программируемого делителя (4-й бит - старший). Логические уровни управляющих сигналов по выв. 7, 8, 10, 13: низкий - менее 0,3 Uпит, высокий - более 0,7 Uпит.

    Фиксация информации в каждом разряде приемного регистра происходит по минусовым перепадам тактовых импульсов.

    Выходные импульсы программируемого делителя частоты имеют низкий уровень, их длительность tпд = 32 ТВЧ, где ТВЧ - период ВЧ входного сигнала на входе усилителя-формирователя. Длительность выходных импульсов делителя образцовой частоты равна периоду входного сигнала образцового генератора, уровень - высокий.

При расчете радиотракта мы нашли, что  шаг сетки частот должен быть не меньше 25 кГц. Найдем шаг сетки частот для данной микросхемы. Пусть частота кварцевого генератора будет 10 МГц. Зададим коэффициент деления частоты опорного генератора К1 равным 200. Тогда шаг сетки частот будет равен . Определим частоты 19 каналов по формуле: .

Поскольку промежуточная частота у нас во всех случаях одна(fпч = 6.5 МГц), то частоты, которые вырабатывает синтезатор равны(fсчп): .

Найдем коэффициент деления делителя частоты обратной связи К1. Для  этого составим уравнение равновесного состояния:

                      

№ канала

fn, МГц

fсч,МГц

К2

1

22

28.5

570

2

22.05

28.55

571

3

22.1

28.6

572

4

22.15

28.65

573

5

22.2

28.7

574

6

22.25

28.75

575

7

22.3

28.8

576

8

22.35

28.85

577

9

22.4

28.9

578

10

22.45

28.95

579

11

22.5

29

580

12

22.55

29.05

581

13

22.6

29.1

582

14

22.65

29.15

583

15

22.7

29.2

584

16

22.75

29.25

585

17

22.8

29.30

586

18

22.85

29.35

587

19

22.9

29.4

588

11. Заключение.

В соответствии с заданием был рассчитан цифровой радиоприемник. Необходимая избирательность и полоса пропускания обеспечиваются РТ (РТ не рассчитывается). Управление осуществляется МПУ по шине ISA. Использование ЦСЧ в качестве гетеродина увеличило стабильность частоты до 10-8 - 10-9 Гц. Что позволяет улучшить качество приема и точность перестройки между каналами.

Для уменьшения массогабаритных параметров, упрощения схемы и повышения гибкости за счет возможности перепрограммирования для управления синтезатором и обработки принятого сигнала целесообразно применять микроконтроллеры.

В результате проделанной работы спроектирован цифровой приемник для работы с сигналами фазовой манипуляции. При проектировании были соблюдены частотные требования, обеспечено необходимое число каналов и скорость передачи информации. В итоге были выбраны необходимые для проектирования элементы и разработана принципиальная электрическая схема цифрового приемника.

Рис. 1. Сигналы на входе радиотракта.

Рис. 2. Характер переходных процессов.

Рис. 3. Сигнал на входе детектора

Рис. 4. Сигнал на выходе компаратора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1:

Дешифратор адреса:

Микросхема К155ЛН1:

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ. Корпус К155ЛН1 типа 201.14-1, масса не более 1 г и у КМ155ЛН1 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.

Условное графическое обозначение

1,3,5,9,11,13 - входы;

2,4,6,8,10,12 - выходы;

7 - общий;

14 - напряжение питания

Электрические параметры:

Микросхема К155ЛЕ4:

Микросхема представляет собой три логических элемента 3ИЛИ-НЕ. Корпус К155ЛЕ4 типа 201.14-1, масса не более 1 г.

Условное графическое обозначение:

1,2,13,3,4,5,9,10,11 - входы;

7 - общий;

12,6,8 - выходы;

14 - напряжение питания;

Электрические параметры:

Микросхема К555ЛИ4:

Микросхема представляет собой  логический элемент И-НЕ. Корпус массой не более 1 г.

Условное графическое обозначение:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83121. Путешествие с Планетой. Мой дом – моя Родина 549.5 KB
  Основные понятия и термины урока: Планета Земля вселенная планеты солнечной системы Родина страна столица мой город компас горизонт карта план местности экология экологические проблемы. Кто пришел к нам в гости Правильно к нам в гости пришла Планета Земля. Планета Земля подготовила для вас вопросы и задания.
83122. Різноманітність рослин у природі. В.О.Сухомлинський «Верба над ставком» 110 KB
  Формувати уявлення про різноманітність рослинного світу про водорості мохи хвощі папороті хвойні рослини квіткові рослини уміння розрізняти окремі рослини цих груп розуміти цінність їх у природі; виробляти уміння узагальнювати робити висновки оцінювати результати діяльності...
83123. Внеклассное чтение о дружбе, товариществе «Умею ли я дружить?» 72 KB
  Цели урока: развивать навыки чтения, связную речь, мышление, память, внимание и умение работать в быстром темпе, умение работать самостоятельно и формировать навыки контроля и самоконтроля; способствовать развитию у учащихся чувства гуманности, сопереживания, сплочению классного...
83124. Письмове віднімання чисел без переходу через десяток. Прості задачі на віднімання 224.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів із прийомами письмового віднімання трицифрових чисел без переходу через розряд; удосконалювати вміння учнів розв’язувати прості задачі на дію віднімання та задачі, що включають суми двох і трьох доданків; розвивати логічне мислення, математичне мовлення...
83125. Число і цифра 8. Написання цифри 8. Порівняння чисел в межах 8 87 KB
  Мета. Ознайомити учнів із числом 8, пояснити утворення числа 8 додаванням одиниці до попереднього числа; закріпити знання взаємозв’язку між частиною і цілим; вчити користуватися у мовленні числівниками; розвивати логічні мислення учнів, пам’ять, уважність, спостережливість...
83126. Текст. Типи текстів 1.3 MB
  Мета: закріпити вміння учнів визначати тип тексту складати тексти різних типів удосконалювати навички побудови зв’язного тексту стимулювати пізнавальну активність; розвивати усне й писемне мовлення; розвивати уяву пам’ять увагу; вміння самоаналізу результатів роботи...
83127. Я и Украина. Гражданское образование 210 KB
  Цель: формировать у детей представление о добре, доброте, о хороших, добрых поступках; расширять знания учащихся о роли доброты в жизни каждого человека. Задачи урока Раскрыть смысл понятия «доброта». Помочь детям задуматься о разных сторонах жизни и свойствах человеческого характера.
83128. Заходь у гості, щедра осінь 371.5 KB
  Мета. Формувати читацькі інтереси. Вчити дітей бачити красу рідного краю, вміти милуватися нею. Збагачувати словниковий запас, розвивати спостережливість, бажання пізнавати й передавати словами красу осені. Виховувати інтерес до книги, любов і бережне ставлення до природи.
83129. Сучасний урок на свіжому повітрі. Лісові голоси 2.73 MB
  Мета: Формувати уявлення про красу навколишнього світу, сповненого розмаїття звуків, кольорів. Ознайомити з основними елементами художньо-образної мови, музики, з можливостями різних видів мистецтва створювати виразні образи. Дати поняття про тривалість звука, висоту...