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1、湖南文理学院芙蓉学院课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计 专业班级： 芙蓉通信工程0901班 学生姓名： 赵 妮 指导教师： 伍 宗 富 完成时间： 2011年6月25日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 教学工作部制题目二 数据采集与传输系统设计 一、任务 设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统。系统方框图参见图1。 二、要求 1基本要求 （1）被测电压为8路05V分别可调的直流电压。系统具有在发送端设定8路顺序循环采集与指定某一路采集的功能。 （2）采用8位A/D变换器。 （3）采用3dB带宽为30kHz50kHz的带通滤波器（带外衰减优于35dB/十倍频程）作为模拟信道
2、。 （4）调制器输出的信号峰-峰值vsp-p为01V可变，码元速率16k波特（码元/秒）；制作一个时钟频率可变的测试码发生器（如0101码等），用于测试传输速率。 （5）在接收端具有显示功能，要求显示被测路数和被测电压值。 2发挥部分 （1）设计制作一个用伪随机码形成的噪声模拟发生器，伪随机码时钟频率为96kHz，周期为127位码元，生成多项式采用 。其输出峰-峰值 为01V连续可调。 （2）设计一个加法电路，将调制器输出 与噪声电压 相加送入模拟信道。在解调器输入端测量信号与噪声峰-峰值之比（ ），当其比值分别为1、3、5时，进行误码测试。测试方法：在8路顺序循环采集模式下，监视某一路的显示
3、，检查接收数据的误码情况，监视时间为1分钟。 （3）在（ ）=3时，尽量提高传输速率，用上述第（2）项的测试方法，检查接收数据的误码情况。 （4）其它（如自制用来定量测量系统误码的简易误码率测试仪，其方框图见图2。 数据采集与传输系统设计 通信工程专业学生：赵妮 指导教师：伍宗富老师（湖南文理学院 电气与信息工程学院，湖南 常德 415000）摘 要：为实现8路数据的采集和单向传输，在发送端和接收端个用一片可以精确设定波特率的89C52单片机。控制数据采集、通信和结果显示；通信方式为FSK调制，锁相解调；为提高通信可靠新，采用二维奇偶校验码和连续发送/三中取二接收。此外，在软件中进行了功能扩展
4、，用户可以通过键盘操作实现数据通道的切换和精确的波特率分档，使整个系统控制更趋向于智能化。Abstract: In order to achieve the 8-channel data acquisition and one-way transmission, the transmitter and a receiver can be precisely set with a baud rate of the 89C52 microcontroller. Control data acquisition, communication, and results; means of commun
5、ication for the FSK modulation, phase-locked demodulation; to improve the communication reliability of new, two-dimensional parity code and continuous transmission / reception Third take the two. In addition, the software for the extensions, users can access data through the keyboard switching and p
6、recise baud rate tranches, so that the whole system control tend to be more intelligent.1 系统结构设计1.1：八路模拟信号的产生与A/D转换器。1.2：发送端得采集与通讯控制器。1.3：二进制数字调制器。1.4：解调器1.5：3dB带宽30-50HZ的带通滤波器作为模拟通道。1.6：时钟频率可变的测试码发生器。1.7：接收端采集结果显示电路。1.8用伪随机码形成的噪声模拟发生器。2.9加法电路。3.0通信编码与软件纠错。2 系统硬件设计2.1 八路模拟信号的产生与A/D转换 被测电压为05V通过电位器调节
7、的直流电压，A/D变换器采用专业芯片ADC0809，分辨率为8位，最大不可调误差小于11.SB。2.2发送端得采集与通讯控制器： 用单片机作为这一控制系统的核心，接受来自ADC0809的数据，并利用单片机内置的专用串行通信电路将数据进行并串转换后输出至调制器，单片机通过接口芯片与键盘相连，由键盘控制采集方式是循环采集或选择采集，同时也可以利用键盘进行其他扩展功能的切换，此外，为便于通道监视和误码率测试，在发送端扩展了采集数据的显示功能，在单片机的选择方面，考虑到题目基本要求码元速率为16K波特，发挥部分要求尽量提高传输速率，因此，单片机的串口应可以比较精确的设定波特率，且波特率可变，若采用89
8、C51单片机，由内部定时器作为波特率发生器，其变化受限，不够灵活，16K波特以上只有约30K波特一档，步进过大。而89C52单片机内置专门的波特率发生器，可以以较小的步进精确设定波特率，一方面满足了题目的要求，另一方面也便于在发挥部分进一步提高波特率。2.3 二进制数字调制器： 常用的二进制数字调制方法有，对截波振幅调制的振幅键控（ASK），对截波频率调制的移动键控（FSK）和对截波和位调制的相移键控（PSK），这几种调制方法比较：首先从频带利用率来说，ASK和PSK都是2B（B为被调制基带信号的带宽），FSK则相对大一些，要2B+|f1-f2|，其中，f1、f2为FSK的两个截波频率，从误比
9、特率来看，PSK的误比特率在相同噪比的情况下，要比FSK和ASK低3DB，这样看来，用PSK应该是最好的，能够达到最好的性能，但是PSK有相位模糊问题。这样一来在解调端还要进行差分码的译码，不仅电路上更加复杂，而且差分译码时会引起误码扩散，导致误码率上升，FSK有一种特殊情况，就是当（f1=f2）=n(1/2)比特率,能够产生一种恒定包络，连续相位的调制信号MSK，它的优点是能量主要集中在频率的较低处，综合考虑三种调制方式的特点，并结合电路的复杂度情况，最终选择用FSK调制方式，考虑到要尽量提升码元率，并且在16k比特时能满足MSK的条件，最终选择两个载波频率为32KHZ和48KHZ，并且用单
10、片函数发生芯片XR2206为核心构成FSK调制电路，它在进行FSK调制时相位是连续变化的。2.4 解调器：采用锁相环FSK解调方式，锁相环相当于一个中心频率能够跟踪输入信号频率变化的窄宽滤波器。利用锁相环的跟踪功能，使载波和相位同步提取不仅频率相同，而且相位差也很小，它的窄宽滤波特性，可以改善同步系统的噪声性能，做到低门限鉴频，他的记忆特性，可以使输入信号中断后，在一定时间内保持同步选用集成锁相环MN7411C4046组成FSK解调电路，其最高频率能达到12MHZ。完全能满足要求，但使用时应注意正确选择1.PF参数和VCO部分的外接电阻参数，以控制锁定频率范围。2.5 3dB带宽为30-50H
11、Z的带通滤波器： 方案一：有源运放滤波器方案，电路采用阻容元件，体积小，有大量现成的表格可以供设计时查阅，但其干扰较大，对元器件的数值误差敏感，某些情况下在负反馈回路中可能产生正反馈，设置引起自激，调试起来也比较麻烦。 方案二：开关电容滤波器方案，开关电容滤波器克服了方案一的缺点，使用时钟频率控制通阻带，通带波动小，过滤带窄，阻带衰减大，使用专用芯片如1.MF100，可以获得0.1HZ-100KHA的可调中心频率，以及带外 -60dB/十倍频程的衰减是实现题目要求的带通滤波的最佳方案。最后，选择的是有滤波器的方案，采用阻容元件均有高精度、低温裂特性并且经过严格筛选。2.6 时钟频率可变的测试码
12、发生器：由于该测试码主要用于测试传输速率，对于码型没有特别要求，可以采用频率可调的方波信号，用精确波形发生器/压控振荡器芯片ICL8038，以及简单的外围电路即可构成线性误差小于百分之零点一，输出频率范围0.。1HZ-300KHZ的V/F转换电路，较好的满足了生成测试码的要求，但此电路频率稳定度较差。2.7 接收端采集结果显示电路：使用一片89C52作为数据采集-显示系统的核心，利用89C52内部集成的专用串行通信电路实现数据采集和串/并转换，并可以通过波特率编辑响应发送端波特率的变化。2.8 通信编辑于软件纠错： 由于模拟信号的噪声比较严重，为正确通信，有必要使用一定的编码方式进行检查和纠错
13、，综合考虑CPU资源的占用情况，我们选择简单有效的二维奇偶校验码作为基本校验码，但而为奇偶校验码有明显的局限性：不能见出帧数据中构成矩形的4个错码元，为进一步提高通信可靠性，我们在发送多次同一帧数据。接收端还在连续收到的三帧数据中，如果发现有两帧完全相对则认为该数据发送正确，称为“三中数二”的方式，其效果相当于一个低通滤波器。用这种方法可以有效地提高通行的可靠性，但需要注意的是，如果接收端在某一帧的连续发透过程中始终没有接到其正确帧，则拒收本帧，也即这种纠错方式不能确保所有帧有效传递。综上所诉，我们在发送端和接收端采用双CPU方案，用两片可以确定波特率的89C52单片机分别控制数据采集，通信和
14、采集结果显示，发端和手端之间为单向数据传输系统，擦应FRK调制，锁相环解锁。为提高通信的可靠性，通信编码用二维奇偶校验码，并采用连续发送/三中取二接收的通信方式。用有源运放敏带滤波器件为模拟信道滤波器。用户ICL8038构成试码发生器。3 系统原理图图1：:4 单元电路分析与计算4.1 XR2206FSK调制电路 XR2206是单片函数发生器集成电路，可产生高质量、高稳定、高精度的正弦波、方波、三角波等波形，可使用外部电压获得调频或者调幅波形输出。工作频率可由外部选择，其范围为0.01HZ-1MHZ。4.2 M74DC4046 FSK 解调电路 MM74DC4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其内部主要由相位比较器P1、P2压控振荡器（VC0）、线性放大器、源极跟踪器、整形电路等构成，图5-1-2是制六构成的FSK解调电路，在确定外围元件参数时，必须根据器件有关的技术资料本系统FSK两个载波频率分别为fmin=32HZ/fmax=48KHZ，中心频率f0=40KHZ，由器件手册中的fmin-R2/C1曲线可以定出R2和C1的值。由曲线（fmin/fmin）-R2/R1可确定R2/R1的值，从而得出R1的值。4046前级比较器LM393用于
