无线对讲和调频收音机的设计设计说明书Word文档格式.docx

1、高频信号AbstractThe main issue is to design and produce a wireless intercom and FM radio, the core chip designs use D1800, as a radio receiver application specific integrated circuit, power amplifier part of the selection D2822. Intercom launch part of the adoption of two amplifying circuit, the first s

2、tage of oscillation and amplification circuit, the second stage for the launch of parts, using a dedicated launch tube so that firing increased efficiency, with beautiful shape, small size and fewer external components, the sensitivity high, stable performance, low power consumption and high output

3、power and so on. The design of the circuit both to listen to radio broadcasts, but also with each other intercom. Radio FM band 88MHz-108MHz, operating supply voltage range of 2.5V-5V, quiescent current of 13.5mA, signal to noise ratio 80dB, harmonic distortion, 0.8%, the output power of 350mA. Tran

4、smitter operating current is about 18mA, intercom from 50-100 meters.Key words: wireless communications; FM radio; D1800; frequency; high-frequency signals1 引言1.1 课题背景无线电对讲机是最早被人类使用的无线移动通信设备，早在二十世纪三十年代就开始得到应用。1936年美国摩托罗拉公司研制出第一台移动无线电通信产品 “巡警牌”调幅车用无线电接收机，随后在1940年又为美国陆军通信兵研制出第一台重量为2.2公斤的手持式双向无线电调幅对讲机，

5、通信距离为1.6 公里。到了1962年，摩托罗拉公司又推出了第一台仅重33盎司的手持式无线对讲机HT200，其外形被称为“砖头”，大小和早期的大哥大手机差不多。经过近3/4世纪的发展对讲机的应用已十分普遍，已从专业化领域走向普通消费，从军用扩展到民用。它既是移动通信中的一种专业无线通信工具，又是一种能满足人们生活需要的具有消费类产品特点的消费工具。顾名思义移动通信就是通信一方和另一方在移动中实现通信。它包括移动用户对移动用户、移动用户对固定用户、当然又包括固定用户对固定用户之间进行通信联系，无线电对讲机就是移动通信中的一个重要分支。它是一种无线的可在移动中使用的一点对多点进行通信的终端设备，可

6、使许多人同时彼此交流，使许多人能同时听到同一个人说话，但是在同一时刻只能有一个人讲话。这种通信方式和其它通信方式有不同的特点：即时沟通、一呼百应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费用、节约使用方便，同时还具有组呼通播、系统呼叫、机密呼叫等功能。在处理紧急突发事件中，在进行调度指挥中其作用是其它通信工具所不能替代的。无线电对讲机和其它无线通信工具（如手机）其市场定位各不相同，难以互相取代。无线电对讲机决不是过时的产品。它还将长期使用下去。随着经济的发展，社会的进步，人们更关注自身的安全、工作效率和生活质量的提高，对无线电对讲机的需求也将日益增长。公众对讲机的大量使用，更促进了无线电对讲机和有线电

7、话机一样成为人们喜爱和依赖的通信工具。随着社会的发展，人们对通信的需求也日益迫切，对通信的要求也越来越高。理想的目标是能在任何时候、在任何地方、与任何人都能够及时沟通和联系、交流信息。显然，没有无线通信，这种愿望是无法实现的。而在手机非常普及的今天，对讲机没有被取代，是因为对讲机不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，无线收发机可以让使用者轻松沟通。无线收发机提供一对一，一对多的通话方式，也就说，操作简单，令沟通更自由，尤其是紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的，而且通话成本也低。所以无线电对讲机决不是过时的产品。1.2本课题的研究意义通信是人类社会生活的重要组成部分，很久以来，人

8、们曾寻求以各种方式来实现信号的传输。早在公元前七百余年，我们的祖先就以烽火台的烟火传递敌人入侵的警报，随后，人们又利用各种传送信息的方法，但距离、速度、可靠性方面仍然没有得到明显的改善。随着科学技术的发展，要求传达的信息内容相继复杂，信号的形式也不断增多。随着各类电子元器件的出现，出现了无线电广播、传真和电视。到20世纪30年代中期以前，无线电技术主要是在上述通讯方面发展，直到今天，无线电技术仍在不断提高和发展中。本课题设计的无线对讲与调频收音机具有功率小、耗电量小，节约成本。体积小，携带方便。使用方便，在没有网络信号的条件下仍能使用。无线对讲机应用广泛，它能使许多人同时听到同一个人说话即时沟

9、通、一呼百应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费用、节约使用方便等功能。2 系统设计2.1 总体设计方案对讲的发射部分采用两级放大电路。第一级为振荡兼放大电路；第二级为发射部分，采用专用的发射管使发射效率得到提高。它具有造型美观、体积小、外围元件少、灵敏度极高、性能稳定、耗电省、输出功率大等优点。本设计既能收听电台广播，又能实现相互对讲。收音机的参数：调频波段88MHz-108MHz；工作电源电压范围2.5V-5V；静态电流13.5mA；信噪比80dB；谐波失真0.8；输出功率350mA。发射机工作电流：约18mA，对讲距离50-100米。2.1.1设计思路本课题选用的核心芯片为D1800，它

10、作为收音接收专用集成电路，功放部分选用D2822，对讲发射部分采用两级放大电路。第二级为发射部分，采用专用的发射管使发射效率和对讲距离大大提高。只要按要求装配无误，装好后稍加调试即可收到电台，无需统调，是电子技术改进更新的理想电路。它既能收到电台又能相互对讲，本课题设计的电路克服了电路复杂、故障范围大、对讲距离近的矛盾。经过优化组合，在现有的传统电路基础上加以改进使其性能大大提高，从对讲20米迅速提高为50100米，由于电路简化，从而使制作更加容易。2.1.2方案论证与比较方案一：以LM389芯片为核心的对讲机电路，该芯片为美国NS公司生产的带晶体管阵列的功放电路，该芯片内含一个功能类似LM3

11、86的功放电路和3个独立的高频小功率管。当S2置于“1”端时，整机为接受状态。由BG1组成超再生检波电路，该极调谐在30MHz范围内，TX接受到对方发射的信号时，经检波后进入功放级进行放大。由于功放级增益较高，故无需加前置级仍可得到较大的输出功率。S2置“2”端时，整机为发射状态。MIC拾取的音频信号经过放大后对发射极进行调制，形成30MHz高频调频波，经加感线圈，由天线向外发射。由于该级采用晶体稳频，故整机频率稳定度较高。方案二：整机由调频发射电路、调频接收电路、音频功率放大器、功放电源开关电路及稳压电源五部分组成。其中的两块芯片都是荷兰飞利浦公司生产的双列单放式微型扁平封装集成电路。发射部

12、分以TDA7010芯片为主，由三极管、电感和阻容元件组成一个电容三点式振荡器，产生频率约为100MHz的高频载波信号。该信号的频率受到话筒送来的音频信号调制，调制后的射频信号从三极管的集电极输出，由天线向外界辐射。接收电路中，天线感应到的高频信号传入调频接收专用集成电路TDA7050芯片中，进行放大、选频、混频、鉴频，从（15）脚输出音频信号，再由一片立体声小功率放大集成电路接成BTL方式进行放大，输出功率约为80Mw,可直接驱动扬声器。设计原理如图21所示。图21 超外差收音机原理图方案三：选用核心芯片为D1800作为收音接收专用集成电路，功放部分选用D2822。发射部分由驻极话筒将声音信号

13、转换为变化着的电信号，经第一级振荡兼放大电路进行调制放大后通过第二级的发射部分向外发射调频信号。接收部分由天线接收调频信号，再经过混频电路、振荡电路、调谐回路和低通滤波器后得到10.7MHz的中频信号，通过功放电路后推动扬声器发出声音。它既能收听电台广播，又能实现相互对讲。综上所述，根据本设计任务的指标和性能要求，选择方案三，采用集成芯片D1800和D2822来设计电路。2.2系统组成本课题所设计的系统主要是由硬件部分组成的。经过方案的比较和论证，最终决定由D1800芯片以及外围电路组成的电路板和D2822芯片等共同完成无线对讲和调频收音机的研究与制作。硬件部分由电路板以及各电子元器件组成。电

14、路以D1800集成芯片为核心，由外围电路配合。由于电路中有振荡电路和调谐回路等各种外围辅助电路，为了避免它们的分布参数和相互间的电磁干扰，应可能缩短高频元器件之间的连线，用以减小交叉调制等干扰。系统总体设计原理框图如图22所示。图22 无线对讲和调频收音机系统框图3 单元硬件电路设计3.1 D1800接收电路主电路板设计D1800 为单片FM/AM收音机电路， FM部分包含混频，本振中放，鉴频，静噪，低通滤波器等；AM部分包括高放检波，此外还有音频驱动级和功放电路，用一块D1800 电路和少数外围元件，可制作完整的收音机。本课题只应用到FM部分，故对AM部分不做太多说明。该电路工作电源电压范围

15、为2.5V-5V，电路采用密间距的22脚双列直插封装。D1800的主电路板信号接收电路因为自身的功能强大，所以信号接收的外围电路相对比较简单，芯片的内部、外部、引出端和外接应用功能模块如图3-1、图3-2、图3-3所示。图3-1 D1800内部功能图图3-2 D1800外观引脚图3-3 D1800外接图D1800的各引脚功能如表3-1所示。表3-1 D1800各引脚功能调频信号由TX接收，经C9耦合到D1800芯片的19脚内的混频电路。芯片的第1脚为本振信号输入端，内部为本机振荡电路，L4、C、C10、C11等元件构成本振的调谐回路。在IC1内部混频后的信号经低通滤波器后得到10.7MHz的中

16、频信号,中频信号由芯片的7、8、9脚内电路进行中频放大、检波，7、8、9脚外接的电容为高频滤波电容，10脚外接电容为鉴频电路的滤波电容。此时，中频信号频率仍然是变化的，经过鉴频后变成变化的电压，这个变化的电压就是音频信号，经过静噪的音频信号从14脚输出耦合至12脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从11脚输出，经过R10、C25、RP。耦合至D2822进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音，接收电路如图3-4所示。接对讲、接收前置电路 接前置级 接地 图3-4 接收电路图3.2对讲发射电路电路中的驻极话筒将声音信号转换为变化着的电信号，经过R1，R2、C1阻抗均衡后，由变化着的声波被驻极

17、体转换为变化着的电信号，经过R1，R2、C1阻抗均衡后，由VT1进行调制放大。C2、C3、C4、C5、L1以及VT1集电极与发射极间的结电容Cce构成一个LC振荡电路，在调频电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。当电信号变化时，相应的Cce也会有变化，这样频率就会有变化，就达到了调频的目的。经过VT1调制放大的信号经C6耦合至发射管VT2通过TX、C7向外发射调频信号。VT1为9018是振荡放大三极管，VT2为D40是专用发射管，对讲发射电路如图3-5所示。接对讲、接收状态转换开关 接调频收音芯片D1800 图3-5 发射部分电路图4 制作与调试4.1 制作参考D1800芯片的管脚说明

18、以及注意事项，并且通过资料搜索确定其芯片外围电路中元器件的数值考量，确定其数值以及排布。由于D1800芯片的功能较大，能发出的波形比较稳定等特点，在焊制电路板时必须考虑芯片管脚分布以及导线的交叉问题，必要做到导线不相互有信号干扰，做好信号的抗干扰作用，在电路中产生的各种信号会产生电路内部干扰，使输出信号精确度下降。电源隔离：如共用一个直流稳压电源，必须采用电感和电容去耦合。地线隔离：地线一般要粗，甚至大面积接地，除了元器件引线、电源走线、信号线之外，其余部分均作为地线。凡是用电解电容作为耦合元件的地方，一定要并接一个容量较小的瓷片电容，并千万注意电解电容的极性不能反接，否则会产生很大的噪声干扰

19、。4.2 整机的安装4.2.1安装与焊接一般先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路，应按如下步骤进地焊接。（1）清查元器件的质量，并及时更换不合格元件；（2）确定元件的安装方法，由孔距决定，并对照电路图核对电路板；（3）将元器件弯曲成形，尽量将电阻置于易观察的位置，字符应从左到右、从上到下。以便于以后检查，将元件脚上锡，以便于焊接；（4）插装：对照电路板对号插装，有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等；（5）焊接：各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路，其中耳机插座、三极管等焊接时要快，以免烫坏；（6）焊后剪去多余引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。4

20、.2.2安装提示（1）发光二极管应焊在印制板反面，对比好高度和孔位再焊接；（2）由于本电路工作频率较高，安装时请尽量紧贴线路板，以免高频衰减而造成对讲距离缩短；（3）焊接前应先将双联用螺丝上好，并剪去双联拔盘圆周内多余高出的引脚再焊接；（4）J1可以用剪下的多余元件脚代替，TX的引线用粗软线连接；（5）为了防止集成电路被烫坏，电路中配备了集成电路插座，22脚插座由一个20脚插座和一个从8脚插座剪下来的其中一组所组成；（6）耳机插座上的脚要插好，否则后盖可能会盖不紧；（7）按钮开关K1外壳上端的脚要焊接起来，以保证VD的正极与地可靠的接触。4.3 整机电路调试在完成电路的排板、焊接、连线之后。先

21、用万用表认真检查电路是否会有短路、虚焊、接地线等问题，确定无误后方可开始调试（注意最好不要用充电电池）。4.3.1 主要测量仪器及测试（1）测量仪器BT- 3GII频率特性测试仪：HP54645D 100MHz Mixed Signal Oscilloscope,HP8648A 100KHz1GHz Signal Generator,示波器、DT9202A 数字万用表、8欧姆负载电阻等。D1800芯片调试如图4-1、图4-2所示。图4-1 DC测试图图4-2 AC测试图（2）测试方法和数据：由于88MHz108MHz是调频广播波段，试验不是在屏蔽室进行的，所以在测试中，收音机随时都有可能接收到

22、其中信号，只有选择当时频率较弱的信号的频率用信号源模拟输入进行测试，我们选择95MHz为测试点，试验现场空间中的95MHz的信号经过验证极其微弱，可以忽略。接收频率范围和接收正常FM信号测试：打开收音机，直接设定本地FM电台频率接收FM广播，能够正常接收。用HP6848A产生88MHz，95MHz，108MHz的FM信号，能够正常接收。1）最大不失真功率：在测试时，避免受外来信号的影响而产生误差。用信号源产生载波是95MHz，调制信号1KHz 最大频偏75KHz的FM信号送入收音机的接收端，用示波器观察音箱两端的输出波形，加大音量达到波形有失真时，由8欧姆负载计算功率。最大不失真功率为：P=2

23、13mW2）灵敏度：根据国家标准，测试灵敏度必须在无外界电磁场干扰的屏蔽室内进行，利用环形天线，通过仪器设备测量。由于条件所限，无法采用此方法。由此我们采用在要求的输出功率和输出信号不失真的条件下，测试最小的输入信号。我们用HP8648A作信号源，接至收音机的天线处，由大小逐渐减小输入调频波的幅度，直至接收机输出信号的明显失真。测得：95MHz时，灵敏度为 m = 500uV3）镜像抑制比：首先将PLL锁定在88MHz，108MHz和95MHz，进行输入回路这三个频点统调。再将收音机和信号源调到和灵敏度相同的情况，然后将镜像频率加入，调节信号源的输出，使收音机的输出功率和原输出功率相同。镜像抑

24、制比是两个信号源输出电压的比值，用dB表示。95MHz时，镜像抑制比:20dB。4.3.2 整机调试（1）收音（或接收）部分的调整：首先我先是用万用表200mA电流档的正负表笔分别跨接在地和K的GB之间，这时的读数大概是在1015mA左右，这时打开电源开关K，并将音量开至最大，再细调双联，这时照设计要求是应该收得到广播电台，若还收不到应检查有没有元件装错，印刷电路板有没有短距或开路，有没有焊接质量不高，而导致短路或开路等，还可以试换一下IC1（D1800）。在我刚开始进行收音部分的调试时，由于布线及元器件布局不好的缘故，导致接收信号受到人为因素的干扰较强，杂音很多，接收电台的频率不是很稳定。但

25、我通过调整电感线圈L4的松紧度以及可调电容C的调节后，把这一问题调试的较为可观。排除故障后找一台标准的调频收音机，分别在低端和高端收一个电台，并调整被调收音机L4的松紧度，使被调收音机能收到这两个电台，那么这台被调收音机的频率覆盖就调好了。如果在低端收不到这个电台，说明应减少L4的匝数，在高端收不到这个电台，说明应增加L4的匝数，直至这两个电台都能收到为止，调整时注意用无感起子或牙刷柄（处理后）拔动L4的松紧度。当L4拔松时，这时的频率就增高，反之则聊低，注意调整前请将频率指示牌贴好，使整个圆弧数值都能（旋转调台拔盘）。电台也由刚开始只能收到一个增加到5个之多，其中还有一个是自己学校的英语频道

26、。电台收音频率对照如表4-1所示。表4-1电台收音频率91.8 MHz93.0 MHz95.0 MHz99.6 MHz108.0 MHz杭州人民广播电台经济之声浙江人民广播电台交通之声浙江人民广播电台经济台浙江人民广播电台文艺台浙江人民广播电台健康之声（2）发射（或对讲）部分的调整：刚开始调试对讲部分的时候遇到的问题是很多的。第一个问题还是信号干扰大，杂音多的原因，这个问题在收音部分已经有所改善了。第二个问题就是发射功率不是很理想，导致作为接收的调频收音机只能接收到一点微弱的信号混杂在一大串的尖啸声中，虽然不是很理想，但是这个已经证明是成功的了。第三个问题就是刚开始时的对讲距离有限，达不到设计

27、要求。调试时首先将一台标准的调频收音机的频率指示调在100MHz左右，然后将被调的发射部分和开关K1按下，并调节L1的松紧度，使标准收音机有啸叫声。但是刚开始还是没有啸叫声，我是把距离拉开到0.20.5米左右，才有啸叫声，然后再拉开距离对着驻极体讲话，此时有失真出现，我通过调整标准收音机的调台旋钮，直到消除失真。同时我还调整L2和L3的松紧度，使距离拉得更开，信号更稳定。在实现对讲这部分时，我和32班做同一个毕业设计的同学相互配合，对讲频率则随自己设定了，如88MHz、98MHz、108MHz，只要处在同一频率上就能实现对讲了。4.4 注意事项（1）高速电路器件管脚间的引线弯折越少越好。高频电

28、路布线的引线最好采用全直线，需要转折可用45 度折线或圆弧转折。这种要求在低频电路中仅仅用于提高钢箔的固着强度，而在高频电路中满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。（2） 高频电路器件管脚间的引线越短越好，引线层间交替越少越好。（3） 高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的交叉干扰。若无法避免平行分布，可在平行信号线的反面布置大面积地来大幅度减少干扰，同一层内的平行走线几乎无法避免，但是在相邻的两个层走线的方向务必取为相互垂直。（4） 对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围的措施。（5） 各类信号走线不能形成环路地线也不能形成电流环路。（6） 每个集成电路块的附近应

29、设置一个高频退耦电容。（7） 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈藕合。（8） 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。5 总结在这次的毕业设计中，我们不是象每学期的课程设计那样，全班同学一个课题，而是每个班级的每个同学独立拥有一项课题，尽管可以和兄弟班级的另一个同学组成一队，可共同完成这样一项课题，但是每个同学的说明书不可相同，这就是在考验我们的三年学习成果，如何表达，如何发挥，如何把理论的东西变成实际的产品。在研究课题的可行性时，我们搭档之间谈论问题，翻查资料，其中有