国家电工电子实验教学中心
电子系统课程设计
设 计 报 告
设计题目： 摩斯电码通信系统
学 院： 电子信息工程学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号：
任课教师： 张宇威
2015 年 4 月 26 日
国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告
目 录
1 设计任务要求 ..................................................... 2
1.1 具体要求 ................................................... 2 2 设计方案及论证 ................................................... 3
2.1 任务分析 .................................................. 3 2.2 方案比较 ................................................... 4 2.3 系统结构设计 ............................................... 6 2.4 具体电路设计 ............................................... 9 3 制作及调试过程 .................................................. 12
3.1 制作与调试流程 ............................................ 12 3.2 遇到的问题与解决方法 ...................................... 14 4 系统测试 ........................................................ 15
4.1 测试方法 .................................................. 15 4.2 测试数据 .................................................. 17 4.3 数据分析和结论 ............................................ 19 5 系统使用说明 .................................................... 20
5.1 系统外观及接口说明 ........................................ 20 5.2 系统操作使用说明 .......................................... 21 6 总结 ............................................................ 21
6.1 本人所做工作 .............................................. 21 6.2 收获与体会 ................................................ 21 6.3 对本课程的意见与建议 ...................................... 22 7 参考文献 ........................................................ 22 附录一：发报机完整电路 ............................................. 23 附录二：收报机完整电路 ............................................. 24
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1 设计任务要求
本课题要求设计并制作一套如图1所示的摩斯电码通信系统。系统由发报机和收报机两部分构成。发报机可以以人工或自动方式将数字报文转换为摩斯电码，并通过扬声器以声音信号的形式发送出去；收报机在接收到发报机发出的声音电码信号后，将其转换为指示灯发光信号，并能自动翻译为原始数字报文通过数码管或液晶显示器显示。
1.1 具体要求
1. 基本部分
（1）发报机具有人工发报功能。但按下发报机上的“发报电键”时，发报机能通过扬声器发出特定的声音信号，同时“发报指示灯”点亮；抬起“发报电键”后，扬声器停止发声，同时“发报指示灯”熄灭。发报机所发声音信号为频率为1kHz（偏差不超过±10Hz），且无明显失真的单频正弦波。
（2）收报机在接收到发报机发出的1kHz声音时，“收报指示灯”点亮，无1kHz声音信号时，“收报指示灯”熄灭。收报机应仅对频率为1kHz的声音信号敏感，其他频率的声音信号无效，有效信号频率范围不超过1kHz±80Hz。 （3）发报机与收报机之间的有效通信距离不小于30cm。
（4） 发报机与收报机均采用直流+5V单电源供电，发报机与收报机不得共用同一电源。 2. 提高部分
（1）发报机具有自动编码功能。但按下发报机上的任意一个“数字发报键”时，发报机可自动发送一组该数字所对应的摩斯电码。发报速度应在100~300毫秒/时间单位范围内。
（2）收报机具有一位数字报文自动解码显示功能。当收报机接收到发报机以人工或自动方式发送的一位数字摩斯电码后，可自动将其翻译为原始数字报文，并在数码管上显示。
（3）发报机具有ID一键发送功能。当按下发报机上的“ID发送键”后，发报机自动连续发送一组由8位数字构成的ID。
（4）收报机具有连续数字报文自动解码显示功能。当收报机接收到发报机以人工或自动方式连续发送的一串摩斯电码时，可显示发送的数字报文内容。 3. 扩展部分
在较好地完成基本部分和提高部分各项要求的前提下，实现其他有意义的功能。如实现英文字符及符号通信功能、收报机发报速度自适应功能。
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2 设计方案及论证
2.1 任务分析
该设计任务主要分为两部分：第一部分是具有人工和自动发报功能的发报机，第二部分为具有收报指示和解读功能的收报机。下面具体分析以上两部分的具体设计思路：
1. 发报机设计要求分析
根据发报机设计任务要求，发报机的组成及各部分功能如下：
（1）发报键（手动、自动发报键及ID发送键）：发报键用于控制发报机声音的发送；
（2）发报指示灯：当发报机有声音信号发送时，发报指示灯应点亮； （3）信号发生模块：用于产生1kHz的正弦波；
（4）声音信号发送模块：将正弦信号放大并通过扬声器进行发送；
（5）编码模块：将自动发报键或ID发送键所对应的数字编码为对应的摩斯电码。 通过以上分析可知，发报机的设计重点是1kHz正弦信号的生成和发送；以及自动发报的编码功能。
首先，对于1kHz正弦信号的产生，主要有以下几种方法：第一，可以通过震荡电路直接生成正弦波，如文氏电桥正弦波震荡电路；第二，利用FPGA芯片及D/A转换器，采用直接数字频率合成技术，实现正弦信号的发生；第三，利用方波发生器和低通滤波器生成正弦信号，方波信号的傅里叶级数展开如式2-1：
f(t)?2E?111?sin?t?sin3?t?sin5?t?...?sinn?t? （式2-1） ??35n??由此可见，方波信号的傅里叶级数展开只包含基波和奇次谐波分量。因此，可以利用低通或带通滤波器滤除高频的奇次谐波，得到基频的正弦信号。
对于正弦声音信号的发送，常用的方法是利用扬声器发声，而常见的小型扬声器规格为8Ω，0.5W。而上述几种正弦波信号发生器的输出功率远不及此，因此，需要通过功率放大来实现音频信号的输出。
对于发报机的自动编码功能，则需要发报机能够储存预先编码的摩斯电码，并通过按键选择相应的编码进行发送。因此，自动编码模块需要具有储存单元和地址选择单元。如使用地址线与E2PROM组合的数字逻辑电路，地址选择单元将按键与储存单元相连接，来实现数字发报键和预先存储的摩斯电码对应的功能；或者使用单片机，通过编程的方法实现以上功能。 2. 收报机设计要求分析
根据收报机设计任务要求，收报机的组成及各部分功能如下： （1）接收麦克风：用于接收由发报机发出的1kHz声音信号；
（2）频率选择模块：收报机仅对1kHz声音信号敏感，而对其他频率的信号不敏
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（3）收报指示灯：当收报机接收到1kHz声音信号时，接收指示灯点亮； （4）报文自动解码显示模块：当收报机接收到发报机以人工或自动方式连续发送的一串摩斯电码时，可显示发送的数字报文内容。
根据对收报机设计要求的分析，收报机设计的重点为频率选择模块和报文自动解码模块。
首先，收报机要对接收到的声音信号具有频率选择性，即仅对1kHz的声音信号敏感。根据所给参考资料，该功能的实现需要借助由LM567为核心所构成的锁相环音频解调电路。通过查阅LM567技术文档，当直流供电电源为+5V时，LM567的最小分辨输入电压为20mVrms，而一般驻极体话筒的输出电压为10mV左右，不能达到LM567的最小分辨电压，因此，驻极体话筒所采集到的音频信号需要先经过前置放大，才能输入锁相环。
当输入信号为1kHz时，LM567输出为低电平，反之，为高电平。因此报文自动解码显示功能可以使用单片机和数码管实现，LM567输出连接单片机I/O引脚，通过单片机编程监测其输入引脚电平变化，即可检测到有报文输入。然后，利用程序将受到的报文解码翻译，通过数码管将解码后的报文显示出来。
2.2 方案比较
根据以上对任务要求的分析，已经明确了几种发报机和收报机实现的方法，因此提出以下两种发报机的设计方案和一种收报机的设计方案：
1. 发报机设计方案
由于要实现发报机的自动编码功能，因此，发报机需要使用到数字逻辑电路。考虑到数字电路中仅有高低电平两种状态，更容易产生方波；同时，利用震荡电路直接生成正弦波有频率稳定度低（10-2~10-3）的缺点，因此，以下两种设计方案均采用通过方波滤波生成正弦信号的方法。 方案一：
利用组合数字逻辑电路，控制方波发生器与低通滤波器的通断，然后经功率放大后播放，实现手动或自动编码的摩斯电码输出。方案原理图如图2-1。
首先，通过按键将对应的数字预置给计数器，计数器生成相应的地址选择信号，传送给E2PROM，调取其中储存的编码信息，转换为相应时长的高低电平后输出，并通过与门控制1kHz方波的输出；输出的方波经过低通滤波器转换为正弦波，并通过功率放大电路后，有扬声器发送。
该方案的优点是：方波信号独立生成，频率稳定性较高；缺点是：自动编码模块电路结构复杂，设计难度较大，且调试不方便。
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