全雙工無線數(shù)傳電臺設(shè)計方案

全雙工無線數(shù)傳電臺是一種重要的通信設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用和商用等領(lǐng)域。本文將詳細介紹一種全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計方案，包括其工作原理、主要組成部分、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用等。

一、工作原理

全雙工無線數(shù)傳電臺主要采用頻分雙工（FDD—Frequency Division Duplexing）工作方式。頻分雙工是一種在物理信道上分割上行和下行頻段的技術(shù)，使得上行和下行信號可以在同一時間內(nèi)通過不同的頻段進行傳輸，從而實現(xiàn)全雙工通信。

二、主要組成部分

全雙工無線數(shù)傳電臺主要由接收單元、激勵器單元、功放單元、控制單元、電源單元和基帶單元六部分組成。

1. 接收單元

接收單元負責(zé)完成射頻信號的解調(diào)和音頻信號的處理。它一般由濾波器、選擇回路、高放、雙平衡混頻器、一中放、二中放組成。

• 濾波器：用于濾除射頻信號中的雜波和干擾。

• 選擇回路：選擇特定的頻段進行信號接收。

• 高放：對射頻信號進行放大，以提高信號的強度。

• 雙平衡混頻器：將射頻信號與本地振蕩信號進行混頻，產(chǎn)生中頻信號。

• 一中放和二中放：對中頻信號進行進一步放大和濾波，以提高信號的信噪比。

2. 激勵器單元

激勵器單元完成射頻信號的調(diào)制和音頻信號的處理，即將要調(diào)制的話音、數(shù)據(jù)送到VCO調(diào)制并進行電壓放大。它由話放處理、數(shù)字鎖相環(huán)、壓控振蕩器（VCO）、電壓放大器、功率調(diào)整電路、電源電路組成。

• 話放處理：對麥克風(fēng)送來的微弱信號進行放大、濾波和預(yù)加重等處理。

• 數(shù)字鎖相環(huán)：用于產(chǎn)生穩(wěn)定的本地振蕩信號，確保信號的頻率穩(wěn)定。

• 壓控振蕩器（VCO）：根據(jù)輸入的控制電壓產(chǎn)生相應(yīng)的射頻信號。

• 電壓放大器：對VCO輸出的射頻信號進行放大，以驅(qū)動功放單元。

3. 功放單元

功放單元的主要任務(wù)是將激勵器送來的射頻信號放大到足夠的功率，然后經(jīng)過低通濾波器濾除高次諧波后送給雙工器，最后通過天線發(fā)射出去。

• 功放模塊：對射頻信號進行功率放大。

• 低通濾波器：濾除功放模塊產(chǎn)生的高次諧波。

• 雙工器：將發(fā)射和接收信號進行分離，確保信號的雙向傳輸。

4. 控制單元

控制單元以ATMEGA64為核心，完成本機工作狀態(tài)的控制，包括收發(fā)信機的頻合數(shù)據(jù)、面板顯示器、鍵盤的控制、工作頻段控制、數(shù)傳以及話音通信狀態(tài)的控制等。

• ATMEGA64：一款高性能的微控制器，具有豐富的外設(shè)接口和強大的處理能力。

• 面板顯示器和鍵盤：用于顯示設(shè)備的工作狀態(tài)和輸入控制指令。

5. 電源單元

電源單元負責(zé)為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源電壓，并進行必要的短路和過流保護。

• 直流電源：提供穩(wěn)定的直流電壓。

• 反極性保護電路：防止電源接反導(dǎo)致設(shè)備損壞。

• 多級LC濾波電路：濾除各種雜波和高低頻交流干擾。

6. 基帶單元

基帶單元負責(zé)處理本機和計算機終端的數(shù)據(jù)交換。它以DSP芯片ADSP-2185M為核心，并以單片機AT90S8515以及CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件來組成控制和接口電路。同時以數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，以及運算放大器等構(gòu)成信號與電臺的接口電路。

• ADSP-2185M：一款高性能的數(shù)字信號處理器，用于進行數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)。

• AT90S8515：一款單片機，用于控制和接口電路的設(shè)計。

• CPLD：復(fù)雜可編程邏輯器件，用于實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制功能。

三、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用

1. ATMEGA64

ATMEGA64是一款高性能的微控制器，具有豐富的外設(shè)接口和強大的處理能力。在全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計中，ATMEGA64作為控制單元的核心，負責(zé)完成本機工作狀態(tài)的控制。

• 外設(shè)接口：ATMEGA64具有多個串行通信接口（如USART、SPI、I2C等），可以方便地與其他模塊進行通信。

• 處理能力：ATMEGA64具有較高的處理速度和大容量的存儲器，可以快速地處理各種控制指令和數(shù)據(jù)。

• 低功耗：ATMEGA64具有低功耗特性，適合在電池供電的場合使用。

2. ADSP-2185M

ADSP-2185M是一款高性能的數(shù)字信號處理器，用于進行數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)。在全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計中，ADSP-2185M作為基帶單元的核心，負責(zé)處理本機和計算機終端的數(shù)據(jù)交換。

• 高速處理能力：ADSP-2185M具有較高的處理速度，可以快速地完成數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)。

• 豐富的外設(shè)接口：ADSP-2185M具有多個外設(shè)接口（如DMA、定時器、中斷等），可以方便地與其他模塊進行通信和數(shù)據(jù)交換。

• 低功耗：ADSP-2185M具有低功耗特性，適合在長時間運行的場合使用。

3. MBl504H

MBl504H是一款由日本富士通公司生產(chǎn)的數(shù)字鎖相環(huán)集成電路芯片。在全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計中，MBl504H被用于激勵器單元和接收單元的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計中。

• 高集成度：MBl504H具有較高的集成度，將數(shù)字鎖相環(huán)的各個部分集成在一個芯片上，簡化了電路設(shè)計。

• 小體積：MBl504H的體積較小，適合在小型化設(shè)備中使用。

• 高性能：MBl504H具有較高的鎖定速度和穩(wěn)定性，可以確保信號的頻率穩(wěn)定。

4. 7809三端穩(wěn)壓器

7809三端穩(wěn)壓器是一款常用的穩(wěn)壓器件，用于提供穩(wěn)定的電源電壓。在全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計中，7809三端穩(wěn)壓器被用于激勵器單元的電源電路中。

• 穩(wěn)壓性能：7809三端穩(wěn)壓器具有較好的穩(wěn)壓性能，可以提供穩(wěn)定的電源電壓。

• 寬電壓動態(tài)范圍：7809三端穩(wěn)壓器具有較寬的電壓動態(tài)范圍，可以適應(yīng)不同電壓輸入的場合。

• 低功耗：7809三端穩(wěn)壓器具有低功耗特性，適合在長時間運行的場合使用。

四、詳細設(shè)計步驟

1. 系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)全雙工無線數(shù)傳電臺的功能需求，確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理。設(shè)計接收單元、激勵器單元、功放單元、控制單元、電源單元和基帶單元的具體電路和功能。

2. 電路設(shè)計與仿真

使用電路設(shè)計軟件（如Altium Designer、Protel等）進行電路設(shè)計，包括各個模塊的電路圖和PCB布局圖。對設(shè)計好的電路進行仿真，驗證電路的正確性和性能。

3. 元器件選型與采購

根據(jù)電路設(shè)計和仿真結(jié)果，選擇適合的元器件進行采購。注意元器件的性能參數(shù)和封裝形式，確保元器件能夠滿足設(shè)計要求。

4. PCB制作與焊接

將設(shè)計好的PCB布局圖交給PCB制作廠家進行制作。制作完成后，進行元器件的焊接和組裝。注意焊接質(zhì)量和元器件的布局，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。

5. 系統(tǒng)調(diào)試與測試

對焊接好的電路進行調(diào)試和測試，包括各個模塊的功能測試和整機性能測試。測試時，可以使用串口調(diào)試助手等工具進行數(shù)據(jù)的收發(fā)和通信測試。

6. 系統(tǒng)優(yōu)化與改進

根據(jù)調(diào)試和測試結(jié)果，對系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進。包括優(yōu)化電路設(shè)計、改進元器件選型、提高系統(tǒng)性能等方面。

五、結(jié)論

本文提出了一種全雙工無線數(shù)傳電臺的設(shè)計方案，詳細介紹了系統(tǒng)的工作原理、主要組成部分、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用。通過該方案設(shè)計的全雙工無線數(shù)傳電臺具有穩(wěn)定性好、可靠性高、高低溫特性良好、故障率低等優(yōu)點。只要系統(tǒng)中的電子元器件選型正確，一般均可達到一定的穩(wěn)定性和可靠性。

在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對設(shè)計方案進行調(diào)整和優(yōu)化。例如，可以增加其他功能模塊（如GPS模塊、藍牙模塊等）以擴展設(shè)備的功能；可以優(yōu)化電路設(shè)計和元器件選型以提高系統(tǒng)的性能和降低成本等。

全雙工無線數(shù)傳電臺作為一種重要的通信設(shè)備，在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。通過不斷的研究和改進，可以進一步提高其性能和可靠性，滿足更多用戶的需求。