无线对讲机设计（基带信号处理单元）[摘要]本文阐述无线对讲机基带信号处理单元的设计。
主要设计工作包括：发射端的麦克风语音信号放大电路，采样和量化，以及接收端的数字信号接收、数模转换、平滑滤波和功率放大，从而支持语音信号的基带传输。
电路设计中主要使用运算放大器和单片机，分别处理模拟信号和数字信号。
完成了硬件制作和软件编程。
测试结果表明，麦克风语音信号放大电路、采样量化、数字信号接收、数模转换、平滑滤波和语音功率放大均达到了预期指标。
[关键词]无线对讲机基带信号运算放大器单片机Design of the One Way Radio (Base Band Signal Process Unit )Abstract This paper mainly expounds the design method of the one way radio in base bandsignal unit. The main work can be divided into two parts:sending and receiving The former involves the amplification of the input voice siganl from the microphone, sampling, and quantization.After the arrival of the signal,the next procedures are as follows: the digital signal receiving,D/A conversion, smoothing filtering and power amplification.When the above steps are finished, the base band signal transmission are implemented,The main components used in the design of circuit are operational amplifiers and microcontrollers, respectively processing analogue and digital signal.Then I use the software for circuit simulation and debugging.Once the results reach the expected indicators,I put it into practice and make plates for the circuit. The final work is to test the plates and make adjustments so as to meet the requirements wanted.Key words One way radio Base band signal Operational amplifier Microcontroller目录引言 (1)第1章无线对讲机系统 (3)1.1 无线对讲机基带信号处理单元结构 (3)1.2 基带传输系统 (4)1.2.1 基带发送部分的构成 (4)1.2.2 基带接收部分的构成 (4)第2章基带传输系统设计方案 (5)2.1 基带发送部分的设计 (5)2.2.1 前置放大电路的设计 (5)2.1.2 抗混叠滤波器的设计 (11)2.1.3 A/D转换和基带串行发送的设计 (17)2.2 基带接收部分的设计 (19)2.2.1 基带串行接收的设计 (19)2.2.2 D/A转换电路和平滑滤波器的设计 (20)2.2.3 功率放大器的设计 (23)第3章软件仿真和调试 (28)3.1 基带发送部分的仿真和调试 (28)3.1.1 前置放大电路的仿真和调试 (28)3.1.2 抗混叠滤波器的仿真和调试 (30)3.1.3 A/D转换电路的仿真和调试 (31)3.1.4 基带串行发送设计的仿真和调试 (33)3.2 基带接收部分的仿真和调试 (36)3.2.1 基带串行接收的仿真和调试 (36)3.2.2 D/A转换电路的仿真和调试 (38)3.2.3 平滑滤波器的仿真和调试 (40)3.2.4 功率放大器的仿真和调试 (40)3.3 基带系统整体仿真和调试 (41)第4章实验测试和结果 (46)4.1 基带发送部分的测试和结果 (46)4.1.1 前置放大电路的测试和结果 (46)4.1.2 抗混叠滤波器的测试和结果 (50)4.1.3 A/D转换电路的测试和结果 (55)4.1.4基带串行发送的测试和结果 (61)4.2 基带接收部分的测试和结果 (64)4.2.1基带串行接收的测试和结果 (64)4.1.2 D/A转换电路的测试和结果 (70)4.1.3 平滑滤波器的测试和结果 (73)4.1.4 功率放大器的测试和结果 (73)结论 (75)参考文献 (77)附录 (78)引言对讲机与手机相比有许多独特的地方。
首先对讲机不受网络限制，在无线蜂窝网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者相互沟通。
其次是对讲机提供一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其在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。
第三是通话成本低，除了购机费用和电池耗电外，没有其他成本，相比而言，手机还有通话费，月租费等。
对讲机应用领域很广，主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。
随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。
从通信工作方式上，对讲机分为单工通信工作的单工机和双工通信工作的双工机。
本文主要容是设计单工机的基带信号处理单元。
主要设计工作包括：发射端的麦克风语音信号放大电路，采样和量化，以及接收端的数字信号接收、数模转换、平滑滤波和功率放大，从而支持语音信号的基带传输。
在设计中以英国Labcenter electronics 公司出版的EDA工具软件 PROTEUS和美国Microchip公司出版的单片机集成开发软件MPLAB 为设计平台，另外使用MATLAB软件作辅助理论分析，还使用PROTEL 99SE软件制作印刷电路板。
本文是这样安排的，第1章描述总体的基带传输系统架构，作为整个设计的提纲，第2章开始论证具体的实现方案，第3章对第2章提出的方案按模块一一用软件仿真，第4章是实际电路的制作和测试。
最后作一个总结，说明设计完成的情况。
本设计的技术指标包括：语音失真度小于5%,频带围 300hz～3400hz，麦克风电路灵敏度 <10mv，扬声器功放功率>0.5w。
在具体电路设计中主要使用运算放大器和单片机，分别处理模拟信号和数字信号。
第1章无线对讲机系统1.1 无线对讲机基带信号处理单元结构如图1-1所示为单工无线对讲机总体系统结构。
它包括基带信号处理单元和射频信号处理单元两部分。
射频部分可由专用芯片完成，本文只阐述基带信号的数字传输设计，包括为射频芯片发射部分提供语音数字输入，从射频芯片接收部分接收数字输出并还原出语音信号。
由于采用单工方式通信，在同一时刻只能单方向传送信息。
当A方按下发送按键时，发信机与天线相连接而处于发送状态，B方则应使天线与收信机相连接而处于接收状态，构成由A 到B的单向通信链路。
要使信息反向传送，则需要双方改变原来的收发状态。
考虑到A，B双方的收发机完全相同，而本文不涉及射频部分，为减少工作量，只设计一对收发机进行基带通信，简化后总体系统结构如图1-2所示。
图1-1 单工无线对讲机总体系统结构图1-2 单工无线对讲机基带传输系统结构1.2 基带传输系统1.2.1 基带发送部分的构成基带发送部分由语音前置放大、抗混叠滤波、A/D 转换和基带串行发送四部分组成。
如图1-3所示。
图1-3 基带发送部分的构成1.2.2 基带接收部分的构成基带接收部分由基带串行接收、D/A 转换、平滑滤波和功率放大四部分组成。
如图1-4所示。
图1-3 基带接收部分的构成第2章基带传输系统设计方案2.1 基带发送部分的设计基带发送部分的设计包括前置放大、抗混叠滤波、A/D转换和基带串行发送四部分的设计。
2.2.1 前置放大电路的设计（1）小信号放大器要求[1]前置放大电路属小信号放大，一般不考虑输出功率，只要求在小信号激励下a不失真地放大信号，b具有足够大的增益，c宽的通频带，d合适的输入、输出阻抗，e放大后的小信号电压足够被A/D转化，f当然还要有一定驱动能力。
（2）分析a话筒的输出信号一般只有5mV左右，输出阻抗可达到20 kΩ（亦有低愉出阻抗的话筒如20Ω，20O Ω等），最常用的驻极体话筒输出阻抗一般小于2KΩ，所以麦克风电路的作用是不失真地放大声音信号（最高频率达到10kH），其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。
b 根据任务书要求，麦克风电路灵敏度小于10mV，假设实际输入信号最小约为10mV,放大后最大设定为5V，则最大增益约为54dB。
c 语音信号的通频带为300-3400Hz。
（3）电路设计[2]为简化电路设计，采用集成运算放大器，这样只要设计必要的外围电路即可。
接下来的任务是综合上述几点，选用合适的集成运放芯片。
常用的有普通运放和高性能运放，比较典型的是UA741和NE5532，将它们的性能作一对比，如表2-1和表2-2所示。
表2-1 μA741的性能参数表2-2 NE5532的性能参数比较发现NE5532虽然功耗较大，但在转换速率和单位增益带宽增益上都优于μA741。
别外对二者的开环频率特性作一比较，如图2-1和图2-2所示。
图2-1 μA741差模输入开环增益频率特性图2-2 NE5532差模输入开环增益频率特性观察发现μA741开环时的通频带约为10Hz，而NE5532开环时的通频带约为1kHz，更适合语音频段300-3400Hz的放大。
（4）设计过程[3]结合上述分析决定使用NE5532作为前置放大电路的芯片，考虑到NE5532在闭环时增益可达到40dB（见图2-3），很接近设计要求的54dB，所以不采用级联放大。
另外希望对低于20Hz部分的信号有衰减作用，也就是设计成一个低频语音前置放大器。
如图2-4所示。
图2-3 NE5532差模输入闭环增益频率特性图2-4 用NE5532构建的低频语音前置放大器图2-4中，C1、C2用来隔直流。
其系统函数H （S ）=Uo/Ui=2112112112112()1f F f f s R C C R R sR C s R R C C sR C sR C +++++ （2-1）由于其幅频特性不好描述，常用软件进行刻画，考虑到该式中含有多个变量，需根据设计要求大致确定各变量的取值才能进行画出图形，以便评估。