畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)字調(diào)頻發(fā)射與接收解調(diào)電路設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文） （ 2010 屆 ）題 目 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射與接收解調(diào)電 路設(shè)計學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院專 業(yè) 電子信息工程班 級 06電子信息工程（2）班學(xué) 號 0605220202學(xué)生姓名 *指導(dǎo)教師 完成日期 2010年4月數(shù)字調(diào)頻發(fā)射與接收解調(diào)電路設(shè)計 design of digital fm transmitter and receiver demodulation circuit 學(xué)生姓名：student: chen qiong指導(dǎo)教師：adviser: lecturer zhu tao 臺州學(xué)院物理與電子工程學(xué)院school of physics & electronic e

2、ngineeringtaizhou universitytaizhou, zhejiang, china2010年4月april 2010摘 要設(shè)計的硬件部分包括信號源發(fā)生電路、數(shù)字調(diào)頻發(fā)射電路、高頻信號接收處理電路、單片機測頻解碼電路、溫度檢測電路和數(shù)碼顯示電路。其中信號源產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號，其輸出的頻率能根據(jù)數(shù)字信號做出調(diào)整并能在一定頻帶范圍內(nèi)合理分布，從而實現(xiàn)了數(shù)字調(diào)頻的功能。調(diào)制信號的頻帶與發(fā)射電路的最佳工作頻率范圍吻合，進(jìn)而實現(xiàn)了調(diào)制信號的功率放大與高效率發(fā)射。接收電路實現(xiàn)了高頻信號的選頻放大，信號送至單片機測頻單元，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)字解碼，該方法不僅簡單易行，而且提高了數(shù)字通信的容錯能力

3、。設(shè)計的軟件部分包括ds18b20的配置、溫度數(shù)據(jù)提取與轉(zhuǎn)換、dds配置與數(shù)字信號調(diào)制、信號頻率測算與解碼和顯示控制。設(shè)計運用分立元件和可靠的單元電路結(jié)合控制程序?qū)崿F(xiàn)了短距離環(huán)境溫度的測量與顯示功能，并可運用于類似的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?。關(guān)鍵詞ds18b20；單片機；無線發(fā)射；接收解調(diào) abstractthe hardware part consists of signal source circuit, the digital fm transmitter, high-frequency signal reception processing circuit, microcontroller

4、decoding frequency measurement circuit, the temperature detection circuit and a digital display circuit. one signal source produces a stable frequency signal, the output frequency to make adjustments according to a digital signal, and a reasonable distribution of certain frequency bands to realize t

5、he function of digital fm modulation signal band and the transmitter operating frequency range of best fit, so as to realize the modulated signal power amplification and high efficiency emission. receiver circuit of the high-frequency signal is frequency-selective amplification, the signal sent to t

6、he microcontroller frequency measurement unit, and then digital decoding, the method is not only simple, but also increase the fault tolerance of digital communication. the software part consists of ds18b20 configuration, the temperature data extraction and conversion, dds configuration and digital

7、signal modulation, signal frequency measurement with the decoding and display control. it achieves the short-distance temperature measurement and display using discrete components and a reliable cell circuit with control procedures to capabilities, and can be applied to wireless data transmission.ke

8、y wordsds18b20; scm ;wireless transmitter;receiver demodulation目 錄1.引言12設(shè)計方案思路22.1 方案選擇22.2 硬件設(shè)計思路22.3 總體設(shè)計33硬件設(shè)計33.1 溫度采集電路33.2 dds頻率產(chǎn)生電路63.3 發(fā)射接收模塊電路113.3.1 發(fā)射接收模塊原理113.3.2 丙類諧振功率放大器123.3.3 高頻小信號放大器143.4 單片機控制模塊183.5 顯示電路204系統(tǒng)軟件設(shè)計214.1 系統(tǒng)主程序流程圖214.2 ds18b20測溫子程序設(shè)計224.3 無線通信程序設(shè)計254.4 顯示子程序設(shè)計265. 制作

9、與調(diào)試265.1 硬件電路的布線與焊接265.2 調(diào)試265.2.1 硬件調(diào)試265.2.2 軟件調(diào)試276. 結(jié)論28參考文獻(xiàn)30謝辭31附件321. 引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無線電技術(shù)越來越體現(xiàn)出其優(yōu)越性，主要是因為無線電技術(shù)給電子應(yīng)用系統(tǒng)帶來的方便性和技術(shù)性，特別是在近幾年，得到了非常迅速的發(fā)展。無線電技術(shù)歷史發(fā)展較早，在早期麥克斯韋論證交變電場和交變磁場可以相互轉(zhuǎn)化，隨后赫茲用實驗證實了電磁波地存在，從此人類便開始進(jìn)入無線電時代。數(shù)字調(diào)頻技術(shù)發(fā)展較早，其原理是實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量地承載轉(zhuǎn)換，通過模擬技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字量（比如0和1）的存儲和發(fā)送。隨著數(shù)字調(diào)頻技術(shù)1地出現(xiàn)，怎么樣快捷有效地實現(xiàn)

10、信息地發(fā)送和接收便成為電子技術(shù)要研究地課題。理論上講，只要將二進(jìn)制信息承載在電磁波上，就可以實現(xiàn)發(fā)送，并通過接收裝置接收信息。但是，因為現(xiàn)實空間存在著很多不確定的因素，比如空間電磁場不對稱地干擾，障礙物地遮擋等，將導(dǎo)致信息發(fā)送失敗或者發(fā)送出錯。經(jīng)過多年地發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)明很多方法確保此類問題很少發(fā)生，盡管并不十分可靠。這類方法包括使用糾錯機制，驗證機制等，無論利用哪種技術(shù)，無非就是保證信息能夠準(zhǔn)確可靠地發(fā)送出去。調(diào)制和解調(diào)是現(xiàn)代通信的重要手段。調(diào)制就是用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進(jìn)行控制，使這些參量隨基帶信號的變化而變化。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它是從已調(diào)制的信號中恢復(fù)出原來調(diào)制信號的過程。根據(jù)

11、被調(diào)制的是模擬還是數(shù)字信號，調(diào)制技術(shù)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類。模擬調(diào)制應(yīng)用比較早，也比較廣泛，主要應(yīng)用于廣播、電視和衛(wèi)星通信。而隨著數(shù)字通信和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制所占的比例越來越高，而且不斷有新的數(shù)字調(diào)制方式出現(xiàn)。本設(shè)計正是基于這樣的大背景，結(jié)合自己地知識基礎(chǔ)，目的在于研究無線發(fā)射和接收模塊的原理和應(yīng)用?；谶@樣的目的，本設(shè)計將用最基本的原理和最基本的元器件（三極管）搭建一個能夠發(fā)射和接收的系統(tǒng)，主要問題在于解決無線發(fā)射和接收模塊的設(shè)計。并把溫度采集功能加入到設(shè)計中，用設(shè)計好的發(fā)射和接收模塊實現(xiàn)溫度信息地?zé)o線發(fā)送和接收。該設(shè)計難度較高，要求有非常好的模擬電路基礎(chǔ)和無線電基礎(chǔ)，富于挑戰(zhàn)性。

12、2設(shè)計方案思路2.1 方案選擇 經(jīng)過課前研究，總結(jié)并歸納了以下三個方案；2.1.1方案一以c8051f020單片機為處理核心，cd4046作為信號產(chǎn)生單元 ，優(yōu)點是c8051f020數(shù)據(jù)處理功能比較強大，產(chǎn)生信號源穩(wěn)定，但本設(shè)計無需這么高的配置即可實現(xiàn)相同的功能，cd4046上限頻率做不高。2.1.2方案二直接用分立元件三極管構(gòu)成正弦振蕩，雖然實現(xiàn)簡單但波形單一，靈活性差，若改用可調(diào)電容是可以產(chǎn)生不同頻率但信號不穩(wěn)，難調(diào)。2.1.3 方案三以at89c512作為控制器，實現(xiàn)節(jié)點和監(jiān)測站的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和聯(lián)絡(luò)功能，信號發(fā)射接收模塊利用高頻放大諧振，提高信號的輸出，弱化硬件設(shè)計，優(yōu)化軟件算法，此方法實現(xiàn)

13、電路比較，通過優(yōu)化軟件設(shè)計，則可以擴(kuò)展節(jié)點數(shù)量。通過分析，并且結(jié)合自身的條件，我選擇方案三。該方案主要應(yīng)用于串行數(shù)據(jù)無線傳輸，頻率穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，而且精度比較高，完全能夠?qū)崿F(xiàn)本課題的要求。2.2 硬件設(shè)計思路該系統(tǒng)可完成短距離溫度的測量，并能將測量到的溫度以數(shù)值的方式在lcd1602上顯示出來。整個裝置可分為溫度采集電路、dds信號源、發(fā)射接收模塊、單片機控制電路、顯示電路5部分，每部分功能說明如下： 溫度采集電路：通過數(shù)字傳感器ds18b203,4將溫度信號轉(zhuǎn)化為隨溫度高低近似線性變化的數(shù)字信號。 dds信號源：由at98c51產(chǎn)生一個模擬正弦波，這個正弦波能夠直接作為基準(zhǔn)信號源或通

14、過其內(nèi)部高速比較器轉(zhuǎn)換成方波輸出。 發(fā)送接收模塊電路5：由天線、電容組成并聯(lián)諧振發(fā)射出去，經(jīng)天線接收由9018放大輸出。 單片機控制電路：模擬信號送入發(fā)射模塊發(fā)送出去、并由接收模塊接收，最后將得到的數(shù)字信號送到單片機進(jìn)行處理。 顯示電路：單片機將接收到的溫度信號處理后在lcd1602上準(zhǔn)確顯示出當(dāng)期的溫度值。2.3 總體設(shè)計研究設(shè)計的基本思路是：首先完成溫度采集模塊和dds模塊的制作，以及單片機主控模塊及溫度顯示電路，發(fā)射接收模塊和數(shù)碼管顯示模塊的制作。利用溫度傳感器ds18b20采集溫度信號，經(jīng)過at89c51單片機處理傳感器ds18b20采集到的數(shù)字信號。然后通過dds模塊產(chǎn)生頻率信號源經(jīng)

15、無線收發(fā)電路完成數(shù)據(jù)通信功能，最終在了、lcd1602上顯示出當(dāng)前的溫度，從而實現(xiàn)對溫度信號的短距離無線測量及顯示功能。測量框圖如圖3-1所示。lcd1602顯示預(yù)置at89c51dds信號源發(fā)送模塊接收模塊 圖3-1 短距離無線溫度測量框圖3硬件設(shè)計 硬件電路設(shè)計總原理圖見附錄一，設(shè)計上可分為五塊電路，分別是溫度采集電路、dds信號源、發(fā)射接收模塊電路、單片機控制和顯示電路。以下分別作一一介紹。3.1 溫度采集電路3.1.1 電路設(shè)計溫度采集電路中可以選擇使用多種溫度傳感器，比如熱電偶、熱敏電阻、ad590 和ds18b20等，本設(shè)計中采用的溫度傳感器感是數(shù)字傳感器ds18b20，下面將會對

16、該核心芯片作具體的介紹。如下圖所示電路中，數(shù)字傳感器ds18b20的數(shù)字信號輸出端data端就可以通過繼電器連接到單片機的p3.7引腳，并將數(shù)據(jù)信號傳送給at89c51單片機,這樣就可以將采集的溫度信息及時傳給單片機，由單片機進(jìn)行處理。 圖3-2 溫度采集電路3.1.2 ds18b20簡介美國dalias公司近年來推出了以ds18b20為代表的系列集成溫度傳感器。其器件的管芯內(nèi)集成了溫敏元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片、存儲器芯片和計算機接口芯片等多功能模塊，該器件可直接輸出二進(jìn)制溫敏信號，并通過串行輸出方式與單片機通信.用其組成的多點測溫系統(tǒng)6,9的穩(wěn)定性、可靠性、維護(hù)工作量和工程造價等一系列指標(biāo)均具有明

17、顯的優(yōu)勢。ds18b20的外部形狀與管腳圖,如下圖3-3所示:圖3-3 ds18b20的外部形狀與管腳圖dq為數(shù)字信號輸入/輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。本系統(tǒng)中ds18b20傳感器采用t0-92封裝形式，采用外部供電方式。由于本系統(tǒng)中的傳感器是置于空中工作，并且工作環(huán)境不是單一的，所以只需將傳感器分布開來焊在電路板的四個角。3.1.2.1 ds18b20的特性 單線接口，只需一根總線與cpu連接； 不需要外部元件.不需要備份電源，可用數(shù)據(jù)線供電； 支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以井聯(lián)在唯一的三線上； 溫度測量范圍從-50oc+125

18、oc； 通過編程可以實現(xiàn)1/21/16 oc的四級精度轉(zhuǎn)換； 在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量； 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值； 報警搜索命令可以識別哪片ds18b20溫度超限；芯片本身帶有命令集和存儲器。3.1.2.2 ds18b20 測溫原理7ds18b20傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器由9個字節(jié)組成。第一、二個字節(jié)是溫度數(shù)據(jù)字節(jié)(msb、lsb)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)(912 位)，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高，9位數(shù)據(jù)溫度分辨率為0.5 ,12 位數(shù)據(jù)溫度分辨率為0.0625，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號擴(kuò)展位，溫度數(shù)據(jù)格式如表1所列。第三、四字

19、節(jié)是溫度上下限報警值( th、tl)。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，ds18b20 在工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值, 其各位定義如表2所示。其中, tm: 測試模式標(biāo)志位, 出廠時被寫入0 , 不能改變； r0、r1 : 溫度計分辨率設(shè)置位, 其對應(yīng)四種分辨率如表3所列, 出廠時r0、r1 置為缺省值: r0 = 1 , r1 = 1 (即12 位分辨率) , 用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。表1 ds18b20 溫度數(shù)據(jù)格式溫度數(shù)字量輸出(2進(jìn)制)數(shù)字量輸出(16進(jìn)制)+1250000 0111 1101 000007d0h+25.06250000 000

20、1 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000a2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111ff6fh-1251111 1100 1001 0000fc90h 表2 ds18b20 配置寄存器結(jié)構(gòu)表3 配置寄存器與分辨率關(guān)系表r0r1溫度計分辨率/ bit最大轉(zhuǎn)換時間/ ms00993.750110187.510113

21、751112750ds18b20 的測溫原理如下圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加

22、器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。圖3-4 ds18b20測溫原理圖3.2 dds頻率產(chǎn)生電路3.2.1 電路設(shè)計 at98c51可以產(chǎn)生一個頻譜純凈、頻率和相位都可以編程控制所以靈活性大，而且穩(wěn)定性很好的模擬正弦波，這個正弦波能夠直接作為基準(zhǔn)信號源或通過其內(nèi)部高速比較器轉(zhuǎn)換成方波輸出，作為靈敏時鐘產(chǎn)生器。電路如圖3-5所示。圖3-5 dds頻率產(chǎn)生電路3.2.2 ad9851芯片簡介ad9851是一種高度集成的設(shè)備，采用先進(jìn)的dds技術(shù)，再加上內(nèi)部高速度、高性能d/a轉(zhuǎn)換器和比較器，使一個數(shù)字可編程頻率合成器和時鐘發(fā)生器功能化。當(dāng)參照準(zhǔn)確的時鐘源，ad9

23、851可以產(chǎn)生一個穩(wěn)定的頻率和相位且可數(shù)字化編程的模擬正弦波輸出。此正弦波可直接用作時鐘源，在其內(nèi)部轉(zhuǎn)化為方波成為靈活的時鐘發(fā)生器。ad9851采用的最新的高速dds內(nèi)核可接受32位的頻率控制字，180mhz系統(tǒng)時鐘，分辨率為0.04赫茲。ad9851提供了5位可編程相位調(diào)制，使移相輸出的增量為11.25。3.2.2.1 ad9851引腳圖如下圖3-6 ad9851引腳圖3.2.2.2 ad9851引腳功能名稱 管腳說 明 d0-d71-4、25-288位數(shù)據(jù)輸入. 數(shù)據(jù)端口，用于裝載32位的頻率控制字和8位相位控制字。 d7為最高位. d0=最低位 d7, 25引腳, 也作為40位控制字串行

24、輸入引腳pgnd56 refclk倍乘器接口pvcc66 refclk 倍乘器正向供電電壓引腳w-clk7數(shù)據(jù)加載時鐘. 上升沿加載并行或串行頻率/相位控制字異步輸入到40-bit 輸入寄存器fq-ud8頻率更新 上升沿異步加載40位數(shù)據(jù)到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器對dds核心起作用. fq_ud 作用當(dāng)輸入寄存器只能容納一位有效的數(shù)據(jù)。refclock9參考時鐘輸入. cmos/ttl-電平脈沖, 直接或通過 6 refclk倍乘器. 直接模式, 也是系統(tǒng)時鐘. 如果 6 refclk 倍乘器采用, 倍乘器輸出也是系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)時鐘上升沿開始工作。agnd10,19模擬地 (dac and compar

25、ator).avdd11,18模擬電路的正向供電電壓 (dac和比較器, pin 18) 和帶隙電壓參考pin 11.rset12dac外部復(fù)位連接3.92 k電阻接地10 ma 電流輸出. 這使得 dac 的 iout and ioutb滿量程輸出成為可能. rset = 39.93/ioutvoutn13內(nèi)部比較器負(fù)向輸出端voutp14內(nèi)部比較器正向輸出端vinn15內(nèi)部比較器的負(fù)向輸入端。vinp16內(nèi)部比較器的正向輸入端。dacbp17dac 旁路連接. 這是dac 旁路連接端 連接通常為 nc (無連接) 以便有很好的無雜散性能。ioutb20互補dac 輸出 具有和 iout 有

26、相同的參數(shù)，除去 ioutb = (滿量程輸出-iout). 輸出負(fù)載應(yīng)該等于 iout最好的 無雜散性能diout21dac輸出端轉(zhuǎn)換通常是一電阻或一變壓器接到地. iout = (滿量程輸出ioutb)3.2.2.3 ad9851的特性 180 mhz時鐘速率參考時鐘具有6倍倍乘器。芯片具有高性能10位dac和高速滯后比較器； 無雜散動態(tài)范圍sfdr為43分貝 70 mhz的模擬輸出； 32位頻率控制字； 簡化控制接口：并行或串行； 異步加載格式； 5位相位調(diào)制和補償能力； 比較器紋波抖動80 ps p-p 20 mhz； +2.7 v至+5.25 v單電源工作；低功耗： 555毫瓦 18

27、0兆赫；省電功能， 4毫瓦 2.7 v； 超小28引線ssop封裝； 頻帶寬 正常輸出工作頻率范圍為 072mh。3.2.2.4 功能方框圖圖3-7 ad9851功能框圖該ad9851包含一個內(nèi)部的高速比較器。可以輸出一個低抖動輸出脈沖?？蛇M(jìn)行頻率調(diào)整，控制能將相位調(diào)諧字異步加載到ad9851并通過并行或串行方式載入。并行負(fù)載格式由五個迭代的8位控制字（字節(jié)） 。第一個8位字節(jié)控制輸出相位， 6 refclk倍乘器，電源關(guān)閉啟用和裝載模式;其余字節(jié)組成32位頻率控制字。串行加載完成是通過一個40位串行數(shù)據(jù)流進(jìn)入通過其中一根并行輸入總線。該ad9851采用先進(jìn)的具有突破性功能的cmos技術(shù)。供電

28、電源僅555毫瓦功率耗散（ +5 v電源供電） ，最大時鐘速率為180兆赫。該ad9851封裝采用28引腳ssop ，主流ad9850 為125 mhz的頻率。ad9851系統(tǒng)時鐘和調(diào)諧字輸出頻率之間的關(guān)系表示：phase =十進(jìn)制值的32位頻率調(diào)諧字。系統(tǒng)時鐘=直接輸入?yún)⒖紩r鐘或6倍頻的輸入時鐘（如果6 refclk乘法器啟動）。fout = 輸出信號的頻率 in mhz.數(shù)字正弦波輸出的dds的核心驅(qū)動器為內(nèi)部高速10位d / a轉(zhuǎn)換器，輸出為正弦波模擬形式。這種dac優(yōu)化了動態(tài)性能，從而使ad9851具有低雜散和低抖動性能 。dac可以工作在任一單端，輸出不同的波形。 dac輸出電流和r

29、set值由下式?jīng)Q定：iout = 39.93/rsetrset = 39.93/iout由于ad9851產(chǎn)生的是一個取樣信號，其輸出頻譜遵循奈奎斯特采樣定理。具體來說，其輸出頻譜中包含的基本波和鋸齒信號（圖像）。3.3 發(fā)射接收模塊電路3.3.1 發(fā)射接收模塊原理8電路如圖3-8所示，發(fā)射接收共用一根天線并與電容c14構(gòu)成并聯(lián)諧振。發(fā)射端先用電容耦合再用9018構(gòu)成丙類放大，丙類放大管功耗很小可以把大部分功耗傳遞給rc選頻網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)c2耦合到天線，天線發(fā)送出去。接收端經(jīng)天線先濾波耦合再經(jīng)q2、q3放大選頻，因為所需電壓不夠大且信號干擾大，所以再用q4、q5進(jìn)行一次放大選頻，在j2輸出端信號穩(wěn)定

30、干擾小，電壓也達(dá)到要求。圖3-8 無線發(fā)射接收電路3.3.2 丙類諧振功率放大器3.3.2.1 丙類諧振功率放大器原理電路原理電路圖如3-9所示圖3-9 丙類諧振功率放大器lc諧振網(wǎng)絡(luò)為放大器的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為信號的中心頻率。作用：濾波、匹配。:基極直流電壓作用:保證三極管工作在丙類狀態(tài)。的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓，通常取。：集電極直流電壓作用：給放大管合理的靜態(tài)偏置，提供直流能量。3.3.2.2 丙類諧振功率放大器工作原理為余弦電壓， 可表示為則：根據(jù)三極管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流，為余弦脈沖波，如圖3-10所示： 圖3-10 波形根據(jù)傅立葉級數(shù)的理論，可分解為：式中：為

31、直流電流分量 為基波分量，為二次諧波分量，為n次諧波分量，其中，它們的大小分別為： 是波形的脈沖幅度，、和分別為直流分解系數(shù)、基波分量分解系數(shù)和n次諧波分量分解系數(shù)，的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。信號的導(dǎo)電角可以用下面的公式進(jìn)行計算當(dāng)信號通過諧振網(wǎng)絡(luò)時，由于諧振網(wǎng)絡(luò)的作用，可得其諧振網(wǎng)絡(luò)壓降為：各信號的波形如圖3-11所示：圖3-11 波形圖功率關(guān)系：直流功率：pv=vccico輸出功率：po= icm1ucm放大管功耗：pt=pv-po效率：= po/pv3.3.3 高頻小信號放大器3.3.3.1 小信號諧振放大器概念采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的放大器，選頻或濾波是其基本特點。選頻網(wǎng)絡(luò)在高頻電

32、子線路中得到廣泛應(yīng)用，它能選出我們需要的頻率分量，濾去不需要的頻率分量。諧振回路（由l、c組成）各種濾波器lc集中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器選頻網(wǎng)絡(luò)單振蕩回路耦合振蕩回路3.3.3.2 lc串聯(lián)諧振回路3.3.3.2.1 概述信號源與電容和電感串接，就構(gòu)成lc串聯(lián)諧振回路。串聯(lián)諧振回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個特定頻率的時候阻抗將迅速增大?；芈返倪@種特性稱為諧振特性，這個特定頻率就叫做諧振頻率。諧振回路具有選頻和濾波作用。3.3.3.2.2 諧振條件令 則達(dá)到最大值，回路發(fā)生諧振。串聯(lián)諧振角頻率和頻率分別為 3.3.3.2.3 諧振特性諧振時（），回路電抗x

33、為0，阻抗z=r為最小值，且為純電阻性； 時，回路呈感性； 時，回路呈容性。諧振時，電流達(dá)到最大且與電源同相。諧振時，電感及電容兩端電壓模值相等，且等于外加電壓的倍。 品質(zhì)因數(shù)： 諧振時回路感抗值（或容抗值）與回路電阻r的比值稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，以表示，它表示回路損耗的大小。 廣義失諧系數(shù)x，表示回路失諧大小的量，其定義為 3.3.3.2.4 諧振曲線和通頻帶諧振曲線 串聯(lián)諧振回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線?？捎胣(f)表示諧振曲線的函數(shù)。 由圖可見，回路的值越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性好。因此，回路值的大小可說明回路選擇性的好壞。通頻帶回路外加電壓的幅值不變，改

34、變頻率，回路電流下降到的時所對應(yīng)的頻率范圍稱為諧振回路的通頻帶，其絕對值（用或表示）為 或 由此可見，通頻帶與回路的品質(zhì)因數(shù)成反比， 越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好，但通頻帶越窄。3.3.3.3 lc并聯(lián)諧振回路3.3.3.3.1 概述對于信號源內(nèi)阻和負(fù)載比較大的情況，宜采用并聯(lián)諧振回路。電感線圈l、電容c、外加信號源相互并聯(lián)，就構(gòu)成lc并聯(lián)諧振回路。 lc并聯(lián)諧振回路 lc并聯(lián)諧振回路的等效電路3.3.3.3.2 諧振條件 一般回路的損耗很小，滿足 當(dāng)時，回路發(fā)生諧振。并聯(lián)諧振角頻率和頻率分別為 3.3.3.3.3 諧振特性諧振時（），回路電抗x為0，阻抗z為純電阻性，并達(dá)到最大值；

35、 時，回路呈容性； 時，回路呈感性。諧振時，電壓達(dá)到最大且與電源同相。諧振時，電感及電容中的電流幅值相等，且等于外加電流源的倍。 品質(zhì)因數(shù)： 廣義失諧系數(shù)x 3.3.3.3.4 諧振曲線和通頻帶諧振曲線 通頻帶 或 并聯(lián)諧振回路的通頻帶、選擇性與回路品質(zhì)因數(shù)與串聯(lián)諧振回路是一樣的。3.4 單片機控制模塊3.4.1 主控模塊電路主控模塊電路如下圖所示；單片機采用12m的晶振，ea引腳置高電平，復(fù)位電路中的開關(guān)采用按鈕控制。溫度采集電路10,11中的數(shù)據(jù)信號輸出端通過繼電器連接到單片機p3.7引腳，溫度信號經(jīng)單片機處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲并進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信12,14。 圖 3-12 主控單片機模塊

36、3.4.2 at89c51芯片簡介at89c5115是由美國atmel 公司生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機。其引腳圖如圖3-13所示：at89c51具有以下幾個特點：at89c51與mcs-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器；全靜態(tài)工作,工作范圍：0hz24mhz；三級程序存儲器加密；1288位內(nèi)部ram； 32位雙向輸入輸出線； 兩個十六位定時器/計數(shù)器； 五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級；一個全雙工的異步串行口； 間歇和掉電兩種工作方式。 圖3-13 at89c51的引腳圖3.4.2.1 at89c51的功能描述at89c51是

37、一種低損耗、高性能、cmos八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與mca-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替mcs-51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多mcs-51系列產(chǎn)品沒有的功能。at89c51可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于4k，四個i/o口全部提供給用戶?？捎?v電壓編程,而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87c51的擦除時間的百分之一,與8751/87c51的12v電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源

38、的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（2.7v6v），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0hz24mhz之間。p0口是三態(tài)雙向口,通稱數(shù)據(jù)總線口,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。 p0、p1、p2、p3共四個八位口：w p0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。p0口也用以輸出外部存儲器的低8位地圖1址。由于是分時輸出,故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號用ale。w p1口是專門供用戶使用的i/o口,是準(zhǔn)雙向口。w p2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲器時,p2口也可以作為用戶i/o口線使

39、用,p2口也是準(zhǔn)雙向口。w p3口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一i/o功能或第二i/o功能。作為第一功能使用時操作同p1口。 控制口線：psen(片外選取控制)、ale(地址鎖存控制)、ea(片外存儲器選擇)、reset(復(fù)位控制)；電源及時鐘：vcc、vss、xtal1、xtal2。 3.5 顯示電路3.5.1 液晶顯示電路 用lcd1602液晶顯示環(huán)境溫度，lcd1602專用液晶顯示控制芯片可由單片機直接無需其他芯片驅(qū)動。其電路圖如圖3-14所示。圖3-14 電路液晶顯示電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為主程序流程圖、ds18b20測溫子程序流程圖16、發(fā)射接收流程圖

40、、顯示子程序流程圖。單片機at89c51通過軟件編程17才能使系統(tǒng)真正的運行起來。下面對幾個部分作一一介紹。4.1 系統(tǒng)主程序流程圖如下圖4-1所示,這就是軟件系統(tǒng)設(shè)計時的主程序流程圖。 開始ds18b20初始化，發(fā)射初始化調(diào)用ds18b20測溫子程序延遲一段時間結(jié)束開始接收初始化，顯示初始化調(diào)用lcd1602顯示程序延遲一段時間結(jié)束判斷是否有數(shù)據(jù)發(fā)送判斷是否有有效數(shù)據(jù)接收否是是否發(fā)射流程圖 接收流程圖圖4-1 主程序流程圖4.2 ds18b20測溫子程序設(shè)計ds18b20的典型的總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：rom命令；第三步：操作功能命令。每次訪問ds18b20時，必須嚴(yán)格遵守

41、這個命令序列。如果出現(xiàn)序列混亂，則器件不會響應(yīng)單片機。4.2.1 初始化對 ds18b20 操作時，首先要將它復(fù)位。復(fù)位時， dq 線被拉為低電平，時間為 480960us；接著將數(shù)據(jù)線拉為高電平，時間為 1560us；最后ds18b20 發(fā)出 60240us 的低電平作為應(yīng)答信號，這時主機才能進(jìn)行其他操作。4.2.2 rom 操作命令主機收到 ds18b20 在線信號后，就可以發(fā)送四個 rom 操作命令中的一個，這些命令字均為 8 位的 16 進(jìn)制數(shù)(最低位在前)，現(xiàn)將這些命令說明如下。 讀命令(33h)通過該命令主機可以讀出 rom 中 8 位系列產(chǎn)品代碼、48 位產(chǎn)品序列號和 8 位 c

42、rc 碼。讀命令僅用在單個 ds18b20 在線情況，當(dāng)多于一個時由于ds18b20 為開漏輸出將產(chǎn)生線與，從而引起數(shù)據(jù)沖突。 選擇定位命令(55h)多片 ds18b20 在線時，主機發(fā)出該命令和一個64 位數(shù)列,ds18b20 內(nèi)部 rom 與主機數(shù)列一致者，才響應(yīng)主機發(fā)送的寄存器操作命令，其他 ds18b20等待復(fù)位。該命令也可以用在單片 ds18b20 情況。 跳過 rom序列號檢測命令(cch)對于單片 ds18b20 在線系統(tǒng)，該命令允許主機跳過 rom 序列號檢測而直接對寄存器操作，從而節(jié)省時間。對于多片 ds18b20 在線系統(tǒng)，該命令將引起數(shù)據(jù)沖突。 查詢命令(f0h)當(dāng)系統(tǒng)初

43、建時，主機可能不知道總線上有多少設(shè)備，以及他們各自的 64 位序列號，用該命令可以做到這點。 報警查詢命令(ech)該命令操作過程同 rom 查詢命令，但是，僅當(dāng)上次溫度測量值已置位報警標(biāo)志(由于高于 th或低于 tl 時)，ds18b20 才響應(yīng)該命令，如果ds18b20 處于上電狀態(tài)，該標(biāo)志將保持有效，直到遇到下列兩種情況：(1)本次測量溫度發(fā)生變化，測量值處于 th、tl 之間；(2)th、tl 改變，溫度值處于新的范圍之間。設(shè)置報警時要考慮到eerom 中的值。4.2.3 存儲器操作命令 寫入(4eh)用此命令把數(shù)據(jù)寫入寄存第 24 字節(jié)，從第2字節(jié)(th)開始。復(fù)位信號發(fā)出之前必須把

44、這三個字節(jié)寫完。 讀出(beh)用此命令讀出寄存器中的內(nèi)容，從第 1 字節(jié)開始，直到讀完第 9 字節(jié)，如果僅需要寄存器中部分內(nèi)容，主機可以在合適時刻發(fā)送復(fù)位命令結(jié)束該過程。 復(fù)制(48h)用該命令把暫存器第2 4字節(jié)轉(zhuǎn)存到ds18b20的eerom中，如果ds18b20是由信號線供電，主機發(fā)出此命令后，總線必須保證至少10ms 的上拉，當(dāng)發(fā)出命令后，主機發(fā)出讀時隙來讀總線，如果轉(zhuǎn)存正在進(jìn)行，讀結(jié)果為 0，轉(zhuǎn)存結(jié)束為 1。 開始轉(zhuǎn)換(44h)ds18b20 收到該命令后立刻開始溫度轉(zhuǎn)換，不需要其他數(shù)據(jù)。此時 ds18b20 處于空閑狀態(tài)，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時，主機讀總線將收到 0，轉(zhuǎn)換結(jié)束為 1

45、。如果ds18b20 是由信號線供電，主機發(fā)出此命令后主機必須立即提供至少相應(yīng)于分辨率的溫度轉(zhuǎn)換時間的上拉電平。 回調(diào)(b8h)執(zhí)行該命令把 eerom 中的內(nèi)容回調(diào)到寄存器th、tl 和設(shè)置寄存器單元中，ds18b20 上電時能自動回調(diào)，因此設(shè)備上電后 th、tl就存在有效數(shù)據(jù)。該命令發(fā)出后，如果主機跟著讀總線，讀到 0 意味著忙，1 為回調(diào)結(jié)束。 讀電源標(biāo)志(b4h)主機發(fā)出命令后讀總線，ds18b20 將發(fā)送電源標(biāo)志，0為信號線供電，1為外接電源。單片 ds18b20使用時，總線接 5k上拉電阻即可；如掛接多片ds18b20，應(yīng)適當(dāng)降低上拉電阻值，調(diào)試時，可把上拉電阻換作一個電位器，逐步

46、調(diào)節(jié)電位器直到獲得正確的溫度數(shù)據(jù)。讀寫 ds18b20時，應(yīng)嚴(yán)格按照既定的時序操作，否則，無效。4.2.4 ds18b20 的讀寫操作復(fù)位對 ds18b20 操作時，首先要將它復(fù)位。復(fù)位時， dq 線被拉為低電平，時間為 480960us；接著將數(shù)據(jù)線拉為高電平，時間為 1560us；最后ds18b20 發(fā)出 60240us的低電平作為應(yīng)答信號，這時主機才能進(jìn)行其他操作。寫操作將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。從 dq 線的下降沿起計時，在 15us 到 60us 這段時間內(nèi)對數(shù)據(jù)線進(jìn)行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫 1；若為低電平，則寫0，完成了一個寫周期。在開始另一個寫周期前，必須有

47、 1us 以上的高電平恢復(fù)期。每個寫周期必須要有 60us 以上的持續(xù)期。讀操作主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。從主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起 15us 至 60us，主機讀取數(shù)據(jù)。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us。周期之間必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。4.2.5 ds18b20 的測溫子程序流程圖ds18b20 的測溫子程序流程圖如下圖所示；測溫程序見附錄五：圖4-2 ds18b20 的測溫子程序流程圖4.3 無線通信通過數(shù)字傳感器ds18b20采集到的溫度數(shù)據(jù)位數(shù)是12 位，其中高4位是溫度數(shù)據(jù)的符號擴(kuò)展位，低4位是溫度小

48、數(shù)位，中間8位是溫度的整數(shù)位，本設(shè)計中是用51單片機控制lcd1602顯示，所以數(shù)字信號送入單片機處理后只需獲取中間8位整數(shù)位即可。4.4 顯示子程序設(shè)計4.4.1 液晶lcd1602顯示子程序設(shè)計 數(shù)字溫度傳感器ds18b20實際測量溫度的范圍是-55 +125 ，當(dāng)環(huán)境溫度為099 時就能正確顯示溫度數(shù)值，否則不能正確顯示，因此在程序設(shè)計上充分發(fā)揮了ds18b20的測量性能。 5. 制作與調(diào)試5.1 硬件電路的布線與焊接制成電路板的步驟:第一步：用protel軟件生成一些圖像文件，再利用網(wǎng)絡(luò)表生成相應(yīng)pcb圖,以備打印。第二步：將pcb圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上。第三步：將打印好pcb的轉(zhuǎn)印紙平鋪

49、在覆銅板上，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)印。 第四步：用熱轉(zhuǎn)印機（130度左右）將轉(zhuǎn)印紙上黑色塑料粉壓在覆銅板上形成高精度的抗腐層。 第五步：準(zhǔn)備好雙氧水和濃鹽酸溶液進(jìn)行腐蝕。 第六步：注意不要腐蝕過度，腐蝕結(jié)束，準(zhǔn)備焊接。 第七步：清理出焊盤部分，剩下的部分用于阻焊。 第八步：安裝所需預(yù)定原件并焊接好。5.2 調(diào)試5.2.1 硬件調(diào)試先把硬件按功能主要分成：溫度采集部分、dds頻率產(chǎn)生部分、無線發(fā)射和接收部分、顯示等幾部分。然后，進(jìn)行逐一調(diào)試。焊接電路板很重要，如果焊不好，很容易虛焊，這樣檢查電路會是一件非常頭疼的事情，而硬件檢查時，查出來的錯誤基本上都是這些錯誤，所以務(wù)必要有耐心，要仔細(xì)。在焊好電路板后要用萬用

50、表檢查相連管腳通還是不通，并檢查電源正負(fù)極是否可能短路。硬件調(diào)試時先插上芯片，插芯片時要當(dāng)心，不要太急以免折了管腳造成調(diào)試不順利，同樣得測試電源vcc與gnd是否短路，如果短路的話，說明線路被短接，要檢查出短接的地方否則通上電源很可能會使電源燒壞，絕緣皮軟化甚至芯片燒壞，這些情況都是應(yīng)該避免的。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)許多問題，比如正態(tài)下放大器不工作，沒有輸出理想的電壓值給實驗帶來了很大的不便。發(fā)射器當(dāng)發(fā)射模塊電路焊好，并通過硬件的檢驗時。對其進(jìn)行的調(diào)試主要是觀察天線有沒有有效信號發(fā)射出去，用示波器檢測。如能看到正弦波且其頻率在5m左右則說明發(fā)射模塊制作成功。示波器調(diào)試結(jié)果如下：xy 圖5-1發(fā)射信號

51、波形接收器正常情況下，當(dāng)無線數(shù)字編碼發(fā)射電路發(fā)射信號后，接收模塊通過天線接收有效信號，再經(jīng)逐級放大選頻輸出單片機能識別的正弦信號。用示波器測的輸出信號如圖6-2所示：xy圖5-2接收信號波形5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試是一項繁瑣的任務(wù)，特別是單片機程序，因為和硬件結(jié)合緊密，不僅要求程序正確無誤，而且要讓單片機能夠按照設(shè)計的要求正常穩(wěn)定的工作。單片機調(diào)試通常需要借助仿真器，這樣能夠直接看到硬件的運行情況，便于查出問題所在。硬件調(diào)試完成后，進(jìn)行軟件調(diào)試，用偉福仿真器就可進(jìn)行硬件仿真。針對圍部件的讀/寫功要測試的硬件使用單片機語言編寫一些小的讀寫程序段，輸入到仿真器中去，分別對每個外能進(jìn)行測試。在需

52、要示波器觀察測對象波形時，程序應(yīng)當(dāng)設(shè)計為循環(huán)的，使被觀察波形成為周期性的才便于觀察。所有的外圍部件均測試過后，下一步就是對軟件進(jìn)行測試了。假定主程序和子程序已經(jīng)編好了，軟件測試的主要工具仍然是仿真器。應(yīng)當(dāng)先測試子程序，后測試主程序。將要測試的子程序輸入到仿真器中，通過運行對它進(jìn)行測試。當(dāng)被測試的子程序需要其他程序提供數(shù)據(jù)時，先用人為提供的數(shù)據(jù)來替代。子程序測試通過后，就可測試主程序了。在測試中要靈活運用插入暫停、局部循環(huán)指令以及仿真器的單步調(diào)試功能，程序主要分為有兩部分來測試。第一部分是溫度采集程序的設(shè)計，這一部分不是很難，只要保證硬件電路設(shè)計無誤，軟件設(shè)計基本沒有什么問題。第二部分是無線通信

53、程序的設(shè)計，這里是軟件設(shè)計的重點，也是難點。由于電路最初設(shè)計時是將溫度的中間八位數(shù)據(jù)分兩次發(fā)送到p1口，但由于溫度信號是連續(xù)發(fā)送和接收的，時間間隔不能很好的控制，出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象，為解決這個問題，對電路進(jìn)行了修改，再進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計，最終達(dá)到了想要的效果。6. 結(jié)論 本文在介紹了溫度測量方法的基本知識之后，首先簡單介紹了系統(tǒng)的功能、特點以及其原理和流程圖，然后重點并全面的介紹了ds18b20數(shù)字溫度傳感器的常識，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、測溫原理、工作方式和使用注意事項和高頻放大的相關(guān)知識，隨后又詳細(xì)介紹了單片機at89c51的基本知識，再簡單介紹了lcd1602的基本知識，并給出了此次電路設(shè)計的硬件框圖和各部分電路的組成和實現(xiàn)，最后還說明系統(tǒng)的軟件各操作命令