国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告
图2-10 功率放大电路
2. 收报机电路设计
（1）话筒及前置放大电路设计
图2-11 话筒及前置放大电路
前置放大电路采用三极管共射极放大电路，采用型号为S9013的NPN型三极管，其具体参数为：P=0.625W，Icmax?0.5A，??80。 耗散
静态工作点
VB? 集电极电流
R2VR1?R2CC?15?5?0.94mV （式2-2）
65?15IC?IB? 电压增益
VB?VBE?0.24mA?0.5A （式2-3） R4AU??
其中
?RL'hie??80?15??132 （式2-4）
9.07510
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hie?300?(1??)26mV?9075? （式2-5） IEQ根据以上理论计算，输出电压符合下级输入电压要求。
（2）锁相环音频解调电路设计
图2-12 锁相环音频解调电路
LM567的5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f，即
f?1 （式2-6）
1.1RC 这里电阻的单位是kΩ，电容的单位是uF，f的单位为kHz。根据式2-6，计算出在电容为0.1uF时5脚所需的电阻为9.09kΩ左右。为避免由于元件误差而带来的锁频不准确的问题，我们选择了使用了10kΩ的电位器。 （3）自动解码显示电路设计
图2-13 自动解码显示电路
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自动解码显示电路有单片机最小系统和数码管外设构成，由LM567发送的电位信号传送至单片机P10引脚，经单片机内部程序解码后，有数码管显示报文信息。 收报机完整电路见附录2。
3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程
1. 发报机制作及调试流程
发报机制作及调制重点主要集中在硬件电路的制作和调试，而软件部分相对简单，因此，以下着重介绍硬件电路的制作和调试过程。
发报机的制作流程大致是：首先，各个模块的按照电路图进行独立焊接，各模块先进行独立调试，符合功能要求后，再将各模块相互连接，再进行整体调试。具体调试流程如下：
（1）单片机自动编码模块电路调试
单片机通过程序扫描按键输入，并通过P10口输出相应时长的1kHz方波，并通过示波器观察波形是否符合要求。 （2）滤波器电路调试
首先通过信号发生器模拟单片机产生的峰-峰值为5V，且具有2.5V直流偏执的方波信号，将其输入滤波电路输入端，通过示波器观察输出信号波形，发现输出信号出现明显的双向截止失真。考虑到输入信号幅度过大的可能，减小输入信号峰-峰值，发现滤波器输出信号逐渐恢复正常，为1kHz正弦波。 （3）功率放大电路调试
通过信号发生器模拟经滤波电路产生的1kHz正弦波，幅度为滤波电路输出信号幅度，将其输入功率放大电路，并利用示波器观察扬声器两端输出电压波形，不断调节分压电位器，当输入信号在200mV（峰-峰值）以内时，功率放大电路可输出稳定且无失真的正弦波形，输出电压可在0~3V（峰-峰值）的范围内变化，扬声器发出的声音清晰稳定。
（4）滤波电路与功率放大电路级联调试
由于滤波电路采用的是有源低通滤波器，因此不需要考虑阻抗匹配的问题，但其输出的正弦信号中具有一定的直流分量，而功放电路中不允许输入信号带有直流分量，因此，滤波电路与功放电路之间应添加耦合电容，去除信号中的直流分量。
把耦合电容加到电路中之后，耦合电容与负债电阻构成的RC高通滤波器，其下限频率不能高于信号输入频率，利用如下公式，即可计算出耦合电容的大小：
f?1 （式3-1）
2?RC12
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其中f为信号频率，大小为1kHz；R为负载电阻，即功放电路输入电阻，约为20kΩ；C即为所求耦合电容的大小。根据计算C的取值应大于8nF，本电路中取值为1uF。 添加耦合电容后的级联电路，输入（2）中符合要求的方波信号，通过示波器观测扬声器两端输出信号，输出电压可在0~3V（峰-峰值）的范围内变化，扬声器发出的声音清晰稳定。
（5）单片机自动编码电路、滤波电路、功率放大电路级联调试
在（2）调试过程中发现，输入方波信号幅度不能过大，因此要在单片机输出引脚和滤波器输入端添加分压电阻。同时，由于单片机最大负载能力较差，其输出最大拉电流仅为1mA，为尽可能提高单片机的负载能力，应使其输出电流尽可能大，根据欧姆定律，其分压电阻阻值应为5kΩ。实际分压电路如图3-1所示。
5V2.7kΩ单片机输出滤波器输入1.5kΩ2.7kΩ
图3-1 分压电路电路图
使用如图分压电路后，虽然单片机负载能力仍不足，但输出信号的波形失真已明显减小，滤波器及功放输出波形也符合要求。
至此，发报机已基本制作调试完成，且功能基本符合设计要求。 2. 收报机制作及调试流程
收报机硬件电路制作及调试过程与发报机基本一致，但其较发报机硬件电路稍简单。但收报机软件部分难度相对较大，以下分硬件及软件两部分介绍。
首先介绍收报机硬件电路制作和调试过程。过程与发报机基本一致：首先，各个模
块的按照电路图进行独立焊接，各模块先进行独立调试，符合功能要求后，再将各模块相互连接，再进行整体调试。具体调试流程如下： （1） 话筒及前置放大电路调试
由于咪头收到信号产生的电压过于微小，只有几十毫伏，所以需要进行放大处理。我们组使用的放大电路是基于三极管放大的原理。其中三极管S9013用来实现电流放大；集电极直流电源VCC用来确保三极管工作在放大状态；集电极负载电阻RC将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。基极偏置电阻RB为放大电路提供静态工作点。 耦合电容C1和C2用于隔直流通交流。调试过程中，我们使用示波器的CH1和CH2分别用来观测话筒处及放大电路输出的电压，通过调节放大电路中的点位器对放大倍数进行调节，要满足锁相环输入端可以检测到信号输入的电压。具体放大倍数见表4-5。
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（2） 锁相环音频解调电路
通过2.4节中的计算，将LM567中心内部压控振荡器中心频率设置为1kHz时所需要的电容C=0.1uF，电阻R=9.09kΩ。此处电阻使用10kΩ电位器代替，并且我们在5V电源供电处与输出端8脚之间加入了发光二级管，当8脚电压由高跳变为低时，发光二极管点亮。之后用函数发生器产生1KHz的正弦波，加到锁相环LM567的输入端，再对音频解调电路中的点位器进行调节，当调节到发光二级管点亮时，说明此时电阻调节合适。接着改变函数发生器产生信号的频率，对电位器进行微调，使选频频率中心接近1kHz，即完成了锁相环音频解调电路的调试。 （3） 前置放大电路与锁相环音频解调电路级联调试
使用函数发生器产生1kHz的正弦波加到喇叭上，使喇叭发出1kHz的声波，此时对接收机进行供电，发现发光二级管点亮，说明前置放大电路与锁相环解调电路功能同时实现，级联测试成功。 （4） 数码管显示电路调试
该调试过程是在没有完成软件前进行的，以便验证硬件电路没有问题：编写程序，使数码管从0~9依次显示，如果没有错误则说明硬件电路没有问题。
对于软件部分调试，直接下载程序到单片机进行验证，往往不能发现程序具体错误出现在何处，因此，我们使用Keil的Debug功能，使用模拟I/O输入，进行调试，效果较为理想。
3.2 遇到的问题与解决方法
在电路制作和调试过程中主要遇到了以下几点问题： 1. 单片机方波输出引脚负载能力不足
这个问题在3.1节发报机调试第（5）点中有所提及，由于单片机P1口内部为推挽式结构，输出高电平时，最大输出拉电流仅为1mA，而下一级有源低通滤波器输入电阻为10 kΩ，直接级联则可能导致单片机输出方波信号带宽减小，波形出现失真，影响下一级电路的工作。
正确的解决方法应该是在单片机输出端后加驱动电路，增强驱动能力。而由于电路设计问题，没有使用此种方法，而是在输出端接入分压电阻（详见3.1节），尽可能提高输出电流，来增强负载能力。使用此种方法后，虽然单片机输出方波仍存在一定的失真，但对下级影响较小，基本可以忽略。 2. 滤波器与功放电路之间耦合的问题
由于滤波器采用单电源供电，其输出信号具有一定的直流偏执，而功率放大电路中LM386的输入信号不允许有直流分量，因为其内部会给输入信号添加直流偏执，因此，滤波器与功放电路之间需要添加耦合电容滤除直流分量（耦合电容参数的选择详见3.1节）。
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