简易无线通信系统
摘要：简易无线通信系统由正弦波信号源部分、发射部分和接收部分组成。

信
号源部分采用DDS波形发生技术，由单片机STC89C52和DDS芯片AD9851相结合，实现峰峰值1V ，频率100～1000Hz可调功能。

发射部分由TX5芯片和滤波放大电路完成，实现发射频率在1~40MHz间。

接收部分由超再生接收器、单片机和液晶构成，实现无线接收，接收距离不小于3米，并显示接收输出信号的频率。

关键词：无线通信、AD9851、STC89C52
一、方案论证与比较
1.正弦波信号源
方案一：采用555集成芯片函数发生器，555可以产生可变的正弦波、方波和三角波和实现频率控制，但产生的频率较低，不能很好的满足要求。

方案二：采用单片压控函数发生器ICL8038，产生频率(0.001~300KHz)可变的正弦波、三角波、方波及数控频率调整。

但是，由于ICL8038自身的限制，输出频率稳定度只有10-3。

而且，由于压控的非线性，频率步进的步长控制比较困难。

方案三：采用DDS波形发生技术，采用AD9851和单片机相结合的方式实现对频率的控制，AD9851内部的控制字寄存器首先寄存来自外部的频率，相位控制子，相位累加器接收来自控制字寄存器的数据后，决定最终输出信号频率和相位的范围及精度，然后再经过内部D/A转换器，得到最终的数字合成信号。

AT9851时钟频率可达180M，输出频率可达70MHz，分辨率为0.04Hz。

综合考虑输出频率的可调性的方便性，精度及性价比等方面问题，选择方案三。

2.发射电路
方案一：采用变容二极管和晶体管构成的石英晶体振荡器，使其振荡频率在30MHz-40MHz之间，调频后进行发射
方案二：采用专用调频发射芯片TX5，借助于外围的LC振荡回路来改变载波频率，从而实现调频，再进行发射。

本系统若采取专用芯片，可方便实现频率调制。

综合考虑，本系统采用方案二。

3.接收电路
方案一：采用Motorola公司推出的单片集成芯片MC3363作为接收机电路的核心IC。

MC3363是低功耗窄带双变频超外差式调频接收机集成电路，它它片内包含两个本振、两个混频器、两个中放和正交鉴频器等功能电路。

因此，它是一个除高频放大以外，从第一混频到音频前置放大器输出的双变频超外差式的集成接收机电路。

原理图见图1。

方案二：通过超再生接收器，接收发出的信号，然后通过信号的放大整形，输送到单片机中，最后通过液晶显示出所接收到的频率。

原理图见图2。

综合考虑，方案二实现功能更为简单，其性价比也高，故选择方案二。

二、 系统电路设计与理论分析 1. 正弦波信号源
信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

函数信号发生器的实现方法通常是采用分立元件或单片专用集成芯片，但其频率不高，稳定性较差，且不易调试，开发和使用上都受到较大限制。

随着可编程逻辑器件(FPGA)的不断发展，直接频率合成(DDS)
技术应用的愈加成熟，利用DDS 原理在FP-GA 平台上开发高性能的多种波形信号发生器与基于DDS 芯片的信号发生器相比，成本更低，操作更加灵活，而且还能根据要求在线更新配置，系统开发趋于软件化、自定义化。

本文研究了基于FPGA 的DDS 信号发生器设计，实现了满足预定指标的多波形输出。

（1） DDS 基本原理
DDS 建立在采样定理基础上，首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数
字化后存入存储器作为查找表，然后通过查表读取数据，再经D ／A 转换器转换为模拟量，将保存的波形重新合成出来。

DDS 基本原理框图如图3所示。

图2 接收电路方案二原理图 图1 接收电路方案一原理图
图3：DDS基本原理框图
除了滤波器(LPF)之外，DDS系统都是通过数字集成电路实现的，易于集成和小型化。

系统的参考时钟源通常是一个具有高稳定性的晶体振荡器，为各组成部分提供同步时钟。

频率控制字(FSW)实际上是相位增量值(二进制编码)作为相位累加器的累加值。

相位累加器在每一个参考时钟脉冲输入时，累加一次频率字，其输出相应增加一个步长的相位增量。

由于相位累加器的输出连接在波形存储器(ROM)的地址线上，因此其输出的改变就相当于查表。

这样就可以通过查表把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)查找出来。

ROM的输出送到D／A
转换器，经D／A转换器转换成模拟量输出。

(2) 采用 DDS 的AD9851
此部分采用了美国模拟器件公司采用先进DDS 直接数字频率合成技术生产
的高集成度产品AD9851 芯片。

在该系统中应用电路如图4。

AD9851 是在AD9850 的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS 芯片。

AD9851 相对于AD9850 的内部结构，只是多了一个6 倍参考时钟倍乘器，当系统时钟为180MHz 时，在参考时钟输入端，只需输入30MHz 的参考时钟即可。

AD9851 是由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有6 倍参考时钟倍乘器的DDS 芯片、10位的模/数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。

其中具有6 倍参考时钟倍乘器的DDS 芯片是由32 位相位累加器、正弦函数功能查找表、D/A 变换器以及低通滤波器集成到一起。

这个高速DDS 芯片时钟频率可达180MHz，输出频率可达70 MHz，分辨率为0.04Hz。

图4：AD9851 在本系统的应用电路图
2.发射电路
图5：发射电路部分原理图
3.接收电路
该电路以超再生检波电路为核心，加入了共基共射放大电路、低频放大电路、音频和功率放大电路、直流稳压电路以及天线。

为了调试方便节省材料全部电路包括天线在内都做在了一张pcb板上，器件布局较为紧凑，采用排针作为输入输
出插口方便调试，调试阶段可用函数信号发生器加载到天线电路和每一级电路中分别测试，电路板可采用直流稳压源供电。

该电路板布线时以信号线为优先考虑，高频信号流通的距离尽可能的短，以防止信号的串扰以及相干电容，同时对电路板外围进行了铺地，促进了信号的有效流通，大大的提高了电路板的可靠性和稳定性。

此部分采用的是如图6的电路图
图6：超再生接收电路图
原理图主要分为六个部分：天线匹配电路、共基共射电路、超再生检波电路、低频放大电路、整形与功率放大电路、电源稳压电路。

天线电路用来选屏，决定带宽，用于接收26MHz的高频信号；共基共射电路是为了放大高频小信号，与后面的检波电路直接耦合；超再生检波电路是一种不稳定的振荡，它想办法使振荡电路工作在刚刚起振的状态，这个状态下对外来的信号极为敏感，一点小小的变化都会影响振荡生成的速度。

当有外来信号的时候，随着外来信号的强弱，电路起振的速度会相应的发生变化，从而表现出来电路电流的变化，这个电流的变化就反映了外来信号的大小，也就解调出来调幅的信号了。

对于调频，相当于斜率鉴频的方式。

C_VAR1和L5决定了振荡的频率，C6影响波形的形状，R11决定增益；低频放大电路用于放大低频信号，同时也起到部分滤波的作用，需要注意的是低频放大时在采用单电源供电的同时，另外采用了5v电压来提高电位，以放大低频信号；整形与功率放大电路可将将正弦波整形为方波，利于应用到数字电路中，后面可接单片机等，同时可以将信号功率放大，外接扬声器，输出声音信号；稳压电路是为了给电路中的器件提供合适的电压。

三、程序设计
1.程序模块
图7：程序模块图2.程序流程图
四、测试方案与测试结果
1.调试方法仪器
表1：测试使用仪器
（1）信号发生模块测试
（2）发射部分测试
（3）接收模块测试
3.其他项目测试
4.发挥部分测试
五、结果分析。