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1、天津工程师范学院 2006 届毕业设计(论文)11 引言伴随着短距离、低功率无线数据传输技术的成熟，无线数据传输被越来越多地应用到新的领域。与有线通信方式相比，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等一系列优点，在现代通信领域占重要地位。但以往的无线产品存在范围和方向上的局限。例如，一些无线产品在使用时，无法将信息反馈给控制者；还有一些无线产品不能很好地显示参数或状态信息，如果能在系统中增加一块小型液晶显示电路，产品不仅能向用户显示其状态或状态的改变，而且可以大大降低成本。正如人们所发现的，只要建立双向无线通信会出现许多新应用。本次设计主要是利用无线收发电路，加上单片机控制与液晶显示制成一套完整的
2、数据收发系统。考虑到目前市场上的一些需求，设计的主要要求是方案成本低，体积小，低功耗，集成度高，尽量无需调外部元件，传输时间短，接口简单。国外最新推出的单片无线收发一体芯片，它在一个 20 脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、成、制、多频道切换等功能，并且外围元件少，便于设计生产，功耗极低，集成度高，是目前集成度较高的无线数传产品，它为低速率低成本的无线技术提出了解决方案。2 统组成无线数据传输系统有点对点，点对多点和多点对多点三种。本系统由于实际应用的需要，接收器和数据终端之间的数据传输通过 行，构成点对点无线数据传输系统。整个系统中，两数据终端之间的无线通信采用 433频段作为载波频率，收
3、发通过串口通信。 无线数据收发系统可以分为无线收发控制电路、单片机控制电路、显示电路和按键电路四部分组成，系统原理如图 2示：图 2线数据收发系统原理图无线收发器按键单片机系统无线收发器液晶显示屏单片机系统天津工程师范学院 2006 届毕业设计(论文)现过程当我们需要发送数据时，使用按键来输入所需发送的信息。按键与单片机 相接，单片机的 控制信息的发送与接收，并且 过 数据传入收发器，收发器接收到数据后，通过制，将信号发送出去；接收端的收发器通过解调，将载波信号转换为数字信号，完成信息传输过程；收发器的输出端通过 将数字信号输入到单片机；单片机将数据传送到显示器，这样就完成了一次数据发送与接收
4、并显示的过程。本系统采用的是半双工传送方式。 所谓半双工就是通信的双方均具有发送和接收信息的能力，信道也具有双向传输性能，但是，通信的任何一方都不能同时既发送信息又接收信息，即在指定的时刻，只能沿某一个方向传送信息。所以上述实现过程只介绍了由一方传送到另一方的过程，而相反方向与其原理相同。无线数据收发系统的电路图见附录 3。3 收发部分原理与设计一种基于短程无线通信技术的芯片。收发部分采用 片，其引脚 单片机的 连，需要发射的数字信号通过 入；引脚 单片机的 连，解调出来的信号经过 出进入单片机。线收发芯片 1要引脚功能1234567890图 3-1 脚图(1) 9 脚及 10 脚分别是 入数
5、字信号和 出数字信号均为标准的逻辑电平信号，需要发射的数字信号通过 入，解调出来的信号经过 出。(2) 12 脚为通道选择，“0”为通道#1（，“1”为通道#2（。(3) 18 脚为电源开关，“1”为工作模式，“0”为待机模式。(4) 19 脚 电平允许发送数据，低电平允许接收数据。(5) 线接入端。天津工程师范学院 2006 届毕业设计(论文)部结构与工作原理线收发芯片的结构框图如图 3示：芯片内包含有发射功率放大器（、低噪声接收放大器（，晶体振荡器（，锁相环（，压控振荡器（，混频器（电路 2。图 3部结构方框图在接收模式中，入信号被低噪声放大器（大，经由混频器（换，这个被变换的信号在送入解
6、调器（前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在 输出。在发射模式中，压控振荡器（输出信号是直接送入到功率放大器（，输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。由于采用了晶体振荡器和 成技术，频率稳定性极好。点一个单片 发芯片，工作频率为国际通用的数传频率 433有 制和解调能力，抗干扰能力强，特别适合工业控制应用；采用 率合成技术，频率稳定性好；最大发射功率达+10据速率可达 20kb/s；具有 2 个信号通道，适合需要多信道工作的特殊场合；工作电压在+35V 之间，最低工作电压为 还提供进一步降低电流消耗的待机模式，接收待机状态仅为 8A；仅需外接一个晶体和几个阻容、电感元件，即
7、可构成一个完整的射频收发器。制方式，改善了噪声环境下的系统性能。与幅移键控(式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合。3本系统中的 具备 制的无线收发芯片。所谓 制，就是频移键控，又称数字频率调制，是数字通信调制方式的一种，由于其方法简单、易于实现、抗噪声和抗衰落性能较强以及解调不须恢复本地载波等优点而在现代数字通信系统的低、中速数据传输中得到广泛得应用。生原理频率键控法就是利用矩形脉冲序列控制的开关电路，对于两个不同的独立频率源进行选通。它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号实现 制。图 3频率键控法原理框图。天津工程师范学院 2006
8、 届毕业设计(论文)4101信 号 器模 拟 )( 器）（二 进 信 息振 荡 器 门 相 加门2b)(a )(3 频率键控法原理框图以二进制数字频率调制为例，当数字信号为“1”时，正脉冲是控制门 1 接通，门 2 断开，输出频率 数字信号为“0”时，门 1 断开，门 2 接通，输出频率 如果产生 两个震荡器是互相独立的，则输出 2号的相位是不连续的。震荡器的频率 f1，以直接是所需的载频，也可以是低频范围通过混频、倍频方式搬移到载频范围。0 3序参数 3 种工作模式：接收模式（发射模式（等待模式（工作模式可由 2 个引脚设定，分别是 此通过单片机控制 工作模式，使其在接收、发射、等待任一种状
9、态之间转换。(1) X 之间的切换当从 X 模式时，数据输入脚（ 须保持为高至少 1能发送数据，时序如图 3-5（a） 。当从 X 模式时，数据输出脚（ 少 3后有数据输出，如图 3-5（b） 。（津工程师范学院 2006 届毕业设计(论文)5图 3X 与 换的时序图(2) X 、切换从待机模式到接收模式，当 入设成 1 时，经过 输出数据才有效。对 说，t 图（a） 。从待机模式到发射模式，所需稳定的最大时间是 （b） 。图 3X 、X 的时序图(3) pX 的切换从上电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中输入脚必须保持为低，以便于频率合成器进入稳定工作状态。当由上电
10、进入发射模式时，须保持 1后才可以往 送数据。从上电到接收模式过程中，芯片将不会接收数据，不会有数据输出，直到电压稳定达到 上，并且至少保持 5by by 20 420X4(a)ms(b)(a) (b)006 届毕业设计(论文)6图 3pp 路组成线收发芯片的应用电路 5，如图 3示：221245780 3-8 433用电路(1) 输入输出当 接收模式时， 脚端提供射频输入到低噪声放大器（；当 发射模式时，从功率放大器提供射频输出到天线。(2) 路滤波器路滤波器，是一个单端二阶滤波器，滤波器元件参数值：204=152=3) 感芯片的 路需要外接一个 感，这个电感是非常关键的，需要一个高质量的片式电感，Q 值大于 45，最大误差2%。 b)a)006 届毕业设计(论文)7(4) 晶振电路晶体振荡器需要外接晶振，晶振的特性要求是：并联谐振频率 f=4联等效电容 振等效串联电阻 50，全部负载电容，包括印制板电容4载电容 （ 式中 和 ， 和 是电路板的寄生电容。22 11 1) 出功率连接在 和 间的电阻 以设置输出功率，最大发射功率可以调整到+10 印刷电路板设计(1) 路的 设计过程 9利用 件设计制作 n
