原標(biāo)題：競賽題目分析：2021年E題《數(shù)字－模擬信號混合傳輸收發(fā)機(jī)》

一、題目概述

本題目要求設(shè)計(jì)并制作在同一信道進(jìn)行數(shù)字-模擬信號混合傳輸?shù)臒o線收發(fā)機(jī)。具體內(nèi)容包括：

• 數(shù)字信號：由4個(gè)0~9的數(shù)字構(gòu)成。

• 模擬信號：為語音信號，頻率范圍為100Hz~5kHz。

• 傳輸方式：采用無線傳輸，載波頻率范圍為20~30MHz，信道帶寬不大于25kHz，收發(fā)設(shè)備間最短的傳輸距離不小于100cm。

二、實(shí)現(xiàn)要求

1. 模擬信號傳輸

• 模擬信號為100Hz~5kHz的語音信號，要求接收端解調(diào)后的模擬信號波形無明顯失真。

• 在只有模擬信號傳輸時(shí)，接收端的數(shù)碼顯示應(yīng)處于熄滅狀態(tài)。

2. 數(shù)字信號傳輸

• 鍵入4個(gè)0~9的數(shù)字，在發(fā)送端進(jìn)行存儲并顯示，然后按下發(fā)送鍵對數(shù)字信號進(jìn)行連續(xù)循環(huán)傳輸。

• 接收端解調(diào)出數(shù)字信號，并通過4個(gè)數(shù)碼管顯示，要求從開始發(fā)送到數(shù)碼管顯示的響應(yīng)時(shí)間不大于2秒。

• 發(fā)送端按下停止鍵后，結(jié)束數(shù)字信號傳輸，并清除已傳數(shù)字的顯示，等待鍵入新的數(shù)字。

3. 數(shù)字-模擬信號混合傳輸

• 任意鍵入一組數(shù)字，與模擬信號混合調(diào)制后進(jìn)行傳輸。

• 接收端能正確解調(diào)數(shù)字信號和模擬信號，數(shù)字顯示正確，模擬信號波形無明顯失真。

1. 其他要求

• 收發(fā)機(jī)的信道帶寬不大于25kHz，載波頻率范圍在20~30MHz內(nèi)，且可在不少于3個(gè)載波頻率中選擇設(shè)置。

• 發(fā)送端停止數(shù)字信號傳輸后，接收端數(shù)碼顯示延遲5秒自動(dòng)熄滅。

• 在滿足基本要求的前提下，收發(fā)機(jī)發(fā)送端的功耗越低越好。

• 收發(fā)機(jī)所傳輸?shù)哪M信號頻率范圍可擴(kuò)展到50Hz~10kHz（可選）。

三、實(shí)現(xiàn)方案

1. 發(fā)送端

• 數(shù)字信號生成：使用單片機(jī)或FPGA生成數(shù)字信號，可以通過頻率組合或編碼方式表示每個(gè)數(shù)字。

• 模擬信號采集：通過麥克風(fēng)或音頻輸入接口采集語音信號。

• 合路處理：將數(shù)字信號和模擬信號通過合路電路（如加法器）合并。

• 調(diào)制發(fā)送：選擇合適的調(diào)制方式（如AM調(diào)制）對合并后的信號進(jìn)行調(diào)制，并通過天線發(fā)送。

2. 接收端

• 解調(diào)接收：通過天線接收信號，并使用相應(yīng)的解調(diào)方式（如包絡(luò)檢波）進(jìn)行解調(diào)。

• 信號分離：使用濾波器（如低通濾波器和帶通濾波器）分離出數(shù)字信號和模擬信號。

• 數(shù)字信號處理：對數(shù)字信號進(jìn)行解碼和顯示，可以使用FFT運(yùn)算等數(shù)字信號處理技術(shù)。

• 模擬信號處理：對模擬信號進(jìn)行放大和濾波，以還原原始語音信號，并通過示波器觀測。

四、關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)

1. 調(diào)制方式選擇：根據(jù)信號特性和傳輸要求選擇合適的調(diào)制方式，如AM調(diào)制、OOK調(diào)制等。

2. 濾波器設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合適的濾波器以分離數(shù)字信號和模擬信號，確保信號質(zhì)量。

3. 同步與定時(shí)：確保發(fā)送端和接收端的同步與定時(shí)，以避免信號失真或解碼錯(cuò)誤。

4. 功耗優(yōu)化：在滿足傳輸要求的前提下，盡量降低發(fā)送端的功耗。

五、總結(jié)

本題目是一個(gè)綜合性的電子競賽題目，要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能夠在同一信道進(jìn)行數(shù)字-模擬信號混合傳輸?shù)臒o線收發(fā)機(jī)。通過該題目的實(shí)現(xiàn)，可以鍛煉學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、信號處理能力和無線通信技術(shù)能力。在實(shí)現(xiàn)過程中，需要關(guān)注信號質(zhì)量、調(diào)制方式選擇、濾波器設(shè)計(jì)以及功耗優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)問題。