Содержание1. Введение. Описание структурной схемы передатчика2. Аппаратные средства
3. Описание взаимодействия микроконтроллера и DDS4. Контроль за величиной КСВ5. Список используемых источников
радиопередатчиксигнал чм модулятор
1. Введение. Описание структурнойсхемы передатчика
В данной курсовой работедля синтеза радиовещательного ЧМ сигнала использован квадратурный КМОП DDS модулятор AD7008. Для управления работой DDS и взаимодействия с PC, а также для контроля за величиной КСВ использованмикроконтроллер AT90S2313-10 (fCLK до 10 МГЦ, RISC архитектура). Данные через COM порт PC(интерфейс RS-232C) загружаются в микроконтроллер (порт D pin PD0 (RxD)). Длясопряжения логических уровней контроллера и PC использована микросхема ADN202E.
Для тактированиямикроконтроллера использован внешний генератор Go1 гармонического напряжения с кварцевой стабилизацией счастотой 10 МГц. Через логический элемент (для получения прямоугольногонапряжения) напряжение тактовой частоты (fclkMC = 10 МГЦ) подается на входвнутреннего усилителя XTAL1(XTAL2 не задействован).
Напряжение с выхода Go1 через удвоитель частоты и буферныекаскады (БК1 и БК2) подается на тактовый вход DDS (от БК1: fclkDDS = 20МГц) и на первый смеситель в качестве напряжениягетеродина (от БК2: fгет1 = 20 МГЦ). Понятно, что напряжениена выходе умножителя должно иметь минимальный уровень высших и субгармоникчастоты 20 МГЦ.
Несущая частота на выходеDDS изменяется программным способом винтервале от 2 до 6 МГЦ с шагом 250 кГц (О выборе несущей и тактовой частот DDS будет упомянуто далее).Частотномодулированный сигнал (несущие частоты 2…6 МГЦ) с выхода DDS через преобразователь ток-напряжение(см. далее) подается на вход первого смесителя (СМ1), где происходит перенос вокрестность частот 22…26 МГц. Для подавления зеркального канала (14…18 МГЦ)использован ФВЧ с частотой среза fср = 21 МГЦ. Далее с помощью второгопереноса (СМ2: fгет2 = 47 МГЦ)спектр ЧМ сигнала переносится в окресность рабочей частоты (УКВ ЧМ диапазон69…73 МГЦ). Для фильтрации зеркальных каналов и высших гармоник применены ФВЧ2и ФНЧ1 с частотами среза 65 и 75 МГЦ соответственно. Применение фильтровуменьшает уровень внеполосного излучения.
Сигнал с выходавозбудителя, через предварительный усилитель (Pвых = 0.132 Вт) на вход мощной усилительной части передатчика(см. схема электрическая выходного усилителя РЧ).
В качестве активныхэлементов мощных каскадов взят транзистор 2Т951ВFт, МГц Ек, В Диапазон рабочих частот, МГц Кр Схема включения Режим работы 150…540 28 30…80 15…40 ОЭ Класс В
Так как выходная мощностьтранзистора не достаточна, то использовано суммирование мощности активныхэлементов.
Предоконечный каскадимеет регулируемый коэффициент усиления по мощности Kp = f(UЦАП), который изменяется в пределах от 0до 25, таким образом, максимальная мощность на выходе предоконечного каскададолжна быть не выше 3.3 Вт.
Регулировка производитсяизменением величины сопротивления в цепи обратной связи, данное сопротивлениеуправляется напряжением ЦАП, входящего в тракт контроля за КСВ (см. далее).
Выходные и передоконечныекаскады собраны по двухтактной схеме, с последующим суммированием мощности(суммирующее устройство на ТДЛ) значения мощностей (с учетом КПД согласующихцепей и цепей суммирования мощности) и коэффициентов усиления по мощностиуказаны на структурной схеме.
На выходе усилителя стоитцепь согласования (одновременно выполняет функцию полосового фильтра).
Согласование должно бытьво всем диапазоне рабочих частот (69..73 МГц)
/>
Схема электрическая выходногоусилителя РЧ
/>
2. Аппаратные средстваMicroController: микроконтроллер фирмы AtmelAT90S2313-10
1. AVR RISK архитектура
2. 32 8-ми разрядных регистра общегоназначения
3. Тактовая частота до 10 МГц
4. 2 Кбайта программной Flash-памяти
5. 128 байт ОЗУ.
6. Поддержка последовательныхинтерфейсов SPI и UART.
/>
Для сопряжения логическихуровней компьютера и микроконтроллера применена микросхема ADM202E
/>DDS:цифрововй синтезатор AD7008
1) 32 разрядный аккумулятор фазы
2) встроенная таблица отсчетов SIN и COS
3) встроенный 10 разрядный ЦАП
4) токовый выход
/>
ADC: аналогово-цифровой преобразователь AD9200
1. 10 разрядный КМОП АЦП
2. 20 MSPS
/>
DAC: цифро-аналоговый преобразователь AD8582
/>
3. Описание взаимодействиямикроконтроллера и DDS
Частотная модуляция в DDS осуществляется посредством сложениядвух квадратурных составляющих с соответствующими весовыми коэффициентами,задача контроллера получить от РС через последовательный порт (интерфейс RS-232C) байт информации (звуковые данные), рассчитать для негосоответствующие весовые коэффициенты квадратурных составляющих и отослать их в DDS.
Во время работы с DDS (PD5 = 0), биты (ЦАП: />,/>,/> = (not PD5) = 1) и (АЦП: /> = PD6 = 1), т.е. ЦАП и АЦП (Тракт контроля за КСВ) находятся втретьем состоянии и наоборот при работе с ЦАП и АЦП DDS в третьем состоянии.
Данные в DDS могут вводиться 8-ми и 16-ти-битными(8- и 16-bit DataBus) словами (MPU Interface D15…D0), после ввода записываются в 32-битный регистр (32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY).
При использованиимикроконтроллера AT90S23 информацию будем вводить побайтно(порт D контроллера – служебный, порт B — информационный).Таблица битов взаимодействияPD6
/> PD3…PD0 TC3…TC0 PD6
/> PB7…PB0 D7…D8 PD4 LOAD
Биты ТС3…ТС0 задаютнаправление записи (в какой из регистров будет записана информация из32-байтного регистра).
При инициализации DDS контроллер должен выполнитьследующее (PD5 = /> = 0):
1) На вход RESET высокий уровень, происходит обнуление всех регистров DDS (аппаратно).
2) настроить режим работы DDS, для этого в командный регистротсылаются байты:CR0 8-bit DataBus CR1 Normal Operation CR2 1 IQ регистры задействованы CR3 синхронизация включена
3) в регистр частоты FREQ0 REG отсылается 32-разрядное слово, которое является кодом несущейчастоты передатчика.
Для этого, в течениечетырех циклов записи во входной 32-разрядный регистр (32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY) побайтно (из порта B контроллера) записывается код. Послекаждого цикла записи />= 0.
/>
Далее через порт D контроллера выставляются битыТС3…ТС0 задающие направление перевода.
/>
Для регистра FREQ0 REG TC3 = 1; TC2, TC1, TC0 = 0. После этого на входе LOAD = PD4выставляется высокий уровень и происходит запись содержимого 32-BIT PARALLEL ASSEMBLY REGISTRY в FREQ0 REG.Запись в другие регистры производится аналогично.
На этом инициализациязакончена.
При ЧМ весовыекоэффициенты квадратурных составляющих должны быть отосланы в регистры IQmod[0,9], IQmod[10,19].
Ниже приведен форматслова отсылаемого в 32-BIT PARALLELASSEMBLY REGISTRY.D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D18 D19 D20 … D31 DB0 DB9 DB10 DB19 I Q X X X /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
О выборе несущейчастоты DDS.
Несущая частота выбираетсяиз двух соображений:
1) В схеме передатчика использованы двапреобразования частоты (вверх) (см. структурную схему), если выбрать несущуючастоту малой, то зеркальный канал будет находиться слишком близко и для егоподавления потребуется ФНЧ высокого порядка. Который к тому же значительноослабит выходной сигнал DDS.
2) С другой стороны если выбрать несущуюбольшой то уменьшится SFDR.
Исходя из этихсоображений, а также пользуясь типовой зависимостью SFDR(fCLK)
/>
Выберем значениеfOUTmax = 6MHz и fOUTmin= 2MHz при fCLK = 18 MHz.
Для определенногозначения несущей частоты DDSрассчитывается соответствующее 32-разрядное слово, которое является кодомчастоты для DDS и засылается в регистр FREQ0 REG.
/> /> - код частотыfCLK,MHz fOUT,MHz DPhase DPhaseHex 18. 0 2.0 0.477219e9 1C71C8B8 2.25 0.536871e9 20000058 2.5 0.596523e9 238E37F8 ,,, ,,, ,,, 6.0 1.431656e9 55555640
Преобразовательток-напряжение.
Так как DDS имеет токовый выход то необходимпреобразователь ток-напряжение. Для расчета преобразователя нужно знать токполной шкалы встроенного ЦАП IOUT. Еслииспользовать внутренний источник опорного напряжения (VREF = 1.27 V) и при типовом значении RSET = 390 Ом, амплитуда выходного тока IOUT = 20 мА.
/>
/> />/>
Ток на вход преобразователяподаем с инвертирующего выхода ЦАП />:
/>
/>
Зададимся значением напряжения на входе смесителя1:
/>
тогда номинал резистора вцепи ОС преобразователя:
/>4. Контроль за величиной КСВ
В передатчикепредусмотрен тракт контроля за величиной КСВ в фидерном тракте. В него входятдатчик КСВ, 10-битный АЦП (AD9200),микроконтроллер управления, 12-битный ЦАП(AD8582), напряжение на выходе ЦАП изменяет коэффициент усиленияпредоконечного каскада, при этом изменяется колебательная мощность на входеоконечного каскада, нагруженного на АФТ.
Считывание данных из АЦПпроизводится, после того как произведена обработка данных, поступивших из РС.Можно представить следующий алгоритм: назначается максимальное значение КСВmax (ему соответствует напряжение навыходе датчика КСВ Umax) икритическое значение КСВкр при котором транзисторы выходного каскадавыходят из строя, причем КСВmax
Взаимодействиемикроконтроллера и АЦП(AD9200)
Таблица битоввзаимодействия микроконтроллера и ЦАП.
/> PD5 DATA9…8 PD1…PD0 DATA7… DATA0 PB7… PB0
АЦП работает в режиме Top/Bottom (На вход MODE подается напряжение питания АЦП AVDD)
/>
Величина опорного напряжения VREF = 2 вольта (от внутреннего источника).
/>
+FS =VREF= U(КСВmax), — FS = 0
/>
Выходное напряжениедатчика КСВ Uреф подается на вход АЦП (AIN) через неинвертирующий усилитель скоэффициентом передачи:
/>
/>
При UAIN> VREF (Uреф>Umax) вырабатывается сигнал OTR (high)
Взаимодействиемикроконтроллера и ЦАП(AD8582)
Таблица битоввзаимодействия микроконтроллера и ЦАП.
/>,/>,/> PD6 (через инвертор) DATA11…8 PD3…PB0
/> PD4 DATA7…0 PB7…PB0
Перед началом работы,программа инициализации обнуляет регистры ЦАП (/> = 0, />= 0). 12-ти разрядное слово для ЦАП(AD8582) разделяется на две части ивыставляется на шине, посредством последовательного вывода из портов МС(сначала B — PB0(LSB)…PB7, затем порт D – PD0…PD3(MSB)), вместе с этим на входы/>, />,/> ЦАП подается низкий уровень (биты PD5 соответственно), т.е. выбираетсякристалл ЦАП и в регистр «А» ЦАП записываются биты выставленные на шине PB0(LSB)…PB7,PD0…PD3(MSB). Напряжение свыхода ЦАП подается на предоконечные каскады и уменьшает их коэффициент усиления.
/>
5. Список используемых источников
1. Проектирование радиопередатчиков: Учеб. пособие для вузов./ Под ред. В.В.Шахгильдяна. М: Радио и связь. 2000.
2. 8-bit AVR Microcontroller AT90S2313. AtmelCorporation 2000.
3. AD7008 CMOS DDS Modulator. Analog Devices. 1999.
4. AD9200 Complete 10-Bit, 20-MSPS, CMOS A/DConverter. Analog Devices. 1999.
5. +5 Volt, Parallel Input Complete Dual 12-Bit DAC.Analog Devices. 2000.