無線射頻基礎(chǔ)創(chuàng)新實驗中數(shù)傳電路設(shè)計

摘要：無線射頻基礎(chǔ)實驗系列致力于本科生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。此實驗系列通過MODEM模塊和數(shù)字接口可實現(xiàn)數(shù)字通信。若配合各種傳感器和計算機控制，可構(gòu)成多種無線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟可行等特點。
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實驗；數(shù)字通信；MODEM；監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言
    2006年7月教育部高教司在太原主持召開的國家級實驗教學(xué)示范中心工作會議強調(diào)，每個國家級實驗教學(xué)中心應(yīng)開發(fā)較高水平的創(chuàng)新性實驗項目及在全國起到輻射、推廣作用。我校電工電子教學(xué)示范中心積極響應(yīng)，開發(fā)了一系列操作性強、易擴展、對本科實踐教學(xué)起到良好推動作用的項目。無線射頻基礎(chǔ)實驗系列就是其中之一。
    數(shù)傳通信在水、電、氣、油、燈等市政工程和工業(yè)領(lǐng)域的無線監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其核心部分就是數(shù)傳電臺，是典型的射頻通信電路，其性能的優(yōu)劣直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的通信質(zhì)量。數(shù)傳通信是典型的數(shù)字通信射頻無線收發(fā)電路。比較常見的對講機多了數(shù)字通信接口，內(nèi)部電路極具代表性。數(shù)傳通信其典型應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)中最關(guān)鍵的RFID技術(shù)。

1 數(shù)傳電路設(shè)計
1．1 設(shè)計思想
    模擬無線通信系統(tǒng)有發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分包括調(diào)制、壓控振蕩器、功率放大和鎖相環(huán)路等射頻基礎(chǔ)常見電路，接收部分包括射頻放大、混頻及解調(diào)等射頻基礎(chǔ)電路。在無線通信系統(tǒng)創(chuàng)新實驗的模擬通信電路基礎(chǔ)上，增加數(shù)傳模塊(MODEM)和數(shù)字接口，擴展創(chuàng)新實驗的功能，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新開發(fā)能力很有意義。設(shè)計框圖如圖1所示。

1．2 主要芯片
    設(shè)計采用日本OKI公司生產(chǎn)的調(diào)制解調(diào)芯片MSM7B，由單電源供電(3～5 V)，芯片通過頻移鍵控方式(Frenquency Shift Keying，F(xiàn)SK)工作，通信速率為1．2 Kb／s，其FSK輸出可直接驅(qū)動600 Ω通信電路，并在片內(nèi)完成連續(xù)的異步通信所需的調(diào)制、解調(diào)和濾波。內(nèi)部設(shè)計確?？膳c低速調(diào)制解調(diào)器和耦合器兼容，所有數(shù)據(jù)接口與TTL電平兼容。具有價格低廉、功耗低、性能良好等特點。
    MSM7512B芯片在數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用框圖如圖2所示。

2 數(shù)傳通信實驗設(shè)計
2．1 手動MODEM發(fā)送、接收電路
    手動發(fā)送方式：MOD0，MOD1置低電平，發(fā)送識別置低電平，MODEM芯片MSM7512B工作于調(diào)制模式。手動發(fā)送電路設(shè)計如圖3所示。

    若設(shè)置高／低電平(數(shù)據(jù)輸入線)為低電平，則MSM7512B的17腳(XD)為低電平，用示波器則可觀察到MSM7512B的5腳(A0)輸出有2．1 kHz頻率波形，調(diào)整RP1在N2A輸出端可達到500 mVp-p；若設(shè)置高／低電平為高電平，則MSM7512B的17腳(XD)為高電平，用示波器則可觀察到MSM75 12B的5腳(A0)輸出有1．3 kHz頻率波形，調(diào)整RP1在N2A輸出端可達到500 mVp-p。
    手動接收方式：MOD0置高電平，MOD1置低電平，MODEM芯片MSM7512B工作于解調(diào)模式。此時若將上述的2．1 kHz或1．3 kHz的FSK信號(幅度約500 mVp-p)送入解調(diào)輸入端A1，則解調(diào)輸出RD分別對應(yīng)低電平或高電平。同時可用來檢測輸入信號。
2．2 無線射頻MODEM數(shù)據(jù)通信實驗1設(shè)計
    將MODEM電路與無線射頻基礎(chǔ)系統(tǒng)相連接，如圖4所示。A系統(tǒng)板作為發(fā)射，B系統(tǒng)板用于接收，二者設(shè)置相同的工作頻率。數(shù)據(jù)輸入端分別輸入高、低電平，用示波器檢測B板接收MODEM電路的解調(diào)輸出，觀察電平變化情況。

2．3 無線射頻MODEM數(shù)據(jù)通信實驗2設(shè)計
    如圖5所示，A系統(tǒng)板：將計算機1串口的3腳(TXD)數(shù)據(jù)發(fā)送端連接到MODEM的數(shù)據(jù)輸入端，計算機串口的5腳(GND)連接到MODEM的地，打開串口調(diào)試程序，設(shè)置波特率為1 200 b／s，數(shù)據(jù)位長度，奇偶校驗位和停止位參數(shù)，輸入一些字符，并打開數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送功能。B系統(tǒng)板：將MODEM的數(shù)據(jù)輸出連接到計算機2的串口的2腳(RXD)和5腳(GND)，將計算機2串口參數(shù)設(shè)置同計算機1，如果需要的話設(shè)置計算機2接收緩沖區(qū)，觀看計算機2接收區(qū)顯示內(nèi)容與計算機1發(fā)送內(nèi)容是否相同。因計算機接口用的是RS 232電平，通信時可通過MAX 232實現(xiàn)RS 232電平和TTL電平轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)語
    采用無線射頻的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)。由于無線射頻通信方式一般不能直接處理數(shù)字信號，若采用MSM7512B把數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號，就可實現(xiàn)數(shù)字通信。反之，接收方也用MSM7512B將接收的FM模擬信號解調(diào)為數(shù)字信號。
    無線射頻基礎(chǔ)實驗系列經(jīng)過幾屆學(xué)生的設(shè)計實踐，日趨成熟。學(xué)生普遍感覺是畢業(yè)前一次比較全面的工程實踐，收獲頗豐，且系統(tǒng)和其他相關(guān)射頻電路結(jié)合可進行擴展，如射頻合成信號發(fā)生、射頻矢量接收機、簡易頻譜分析儀及RFID等。