"Aynı kanalda dijital-analog sinyallerin karışık iletimini gerçekleştiren kablosuz bir alıcı-verici tasarlayın ve üretin. Bunların arasında dijital sinyal, 4'dan 0'a kadar 9 sayıdan oluşan bir diziden oluşur; analog sinyal, 100 Hz ila 5 kHz frekans aralığına sahip bir ses sinyalidir. Kablosuz iletim kullanıldığında, taşıyıcı frekans aralığı 20~30MHz'dir, kanal bant genişliği 25kHz'den fazla değildir ve alıcı-verici ekipmanı arasındaki en kısa iletim mesafesi 100 cm'den az değildir.
"
Bu yılki üniversite öğrencileri elektronik yarışması sona erdi, aşağıda E sorularının analizi bulunmaktadır.
1. Görev
Aynı kanalda dijital-analog sinyallerin karışık iletimini gerçekleştiren kablosuz bir alıcı-verici tasarlayın ve üretin. Bunların arasında dijital sinyal, 4'dan 0'a kadar 9 sayıdan oluşan bir diziden oluşur; analog sinyal, 100 Hz ila 5 kHz frekans aralığına sahip bir ses sinyalidir. Kablosuz iletim kullanıldığında, taşıyıcı frekans aralığı 20~30MHz'dir, kanal bant genişliği 25kHz'den fazla değildir ve alıcı-verici ekipmanı arasındaki en kısa iletim mesafesi 100 cm'den az değildir.
Alıcı-vericinin verici ucu, dijital sinyal ile analog sinyalin birleşik işlenmesini tamamlar ve aynı kanal üzerinde modüle eder ve iletir.
Alıcı-vericinin alıcı ucu, alma ve demodüle etmeyi tamamlar ve dijital sinyal ile analog sinyali ayırır. Dijital sinyal dijital bir tüple görüntülenir ve analog sinyal bir osiloskopla gözlemlenir.
2. Gereksinimler
1. Temel gereksinimler
(1) Analog sinyal iletimini gerçekleştirin. Analog sinyal, 100 Hz ila 5 kHz arasında bir ses sinyalidir ve alıcı uçtaki demodüle edilmiş analog sinyal dalga formunun belirgin bir bozulmaya sahip olmaması gerekir. Yalnızca analog sinyaller iletilirken, alıcı taraftaki dijital ekran kapalıdır.
(2) Dijital sinyal iletimini gerçekleştirin. Öncelikle 4'dan 0'a kadar 9 sayıdan oluşan bir grup yazın ve saklayın ve ekran gönderme ucuna yerleştirin ve ardından dijital sinyali sürekli ve döngüsel olarak iletmek için gönder düğmesine basın. Dijital sinyal alıcı tarafta demodüle edilir ve 4 dijital tüp aracılığıyla görüntülenir. Dijital tüp ekranına göndermeye başlamak için gereken yanıt süresi 2 saniyeden fazla değildir. Gönderici durdurma butonuna bastığında dijital sinyal iletimi sonlandırılır ve aynı zamanda iletilen numaraların gönderici üzerindeki ekranı silinir ve yeni numaraların girişi beklenir.
(3) Dijital-analog sinyallerin karışık iletimini gerçekleştirin. İsteğe göre bir grup sayı girin, iletim için analog sinyallerle karıştırın ve modüle edin. Alıcı ucun dijital sinyali ve analog sinyali doğru bir şekilde demodüle edebilmesi, dijital ekranın doğru olması ve analog sinyal dalga formunun belirgin bir distorsiyona sahip olmaması gerekir.
(4) Alıcı-vericinin kanal bant genişliği 25kHz'den fazla değildir ve taşıyıcı frekans aralığı 20~30MHz'dir. Alıcı-vericinin en az 3 taşıyıcı frekansta seçilip ayarlanabilmesi ve spesifik taşıyıcı frekansının kendisi tarafından belirlenmesi gerekmektedir.
2. Parçayı oynat
(1) Verici uçta dijital sinyal iletimi durdurulduktan sonra, alıcı uçtaki dijital ekran 5 saniyelik bir gecikmenin ardından otomatik olarak sönecektir.
(2) Temel gereksinimlerin karşılanması temelinde, alıcı-vericinin güç tüketimi ne kadar düşük olursa o kadar iyidir.
(3) Temel gereksinimlerin karşılanması amacıyla, alıcı-verici tarafından iletilen analog sinyalin frekans aralığı 50Hz~10kHz'e kadar genişletilir.
(4) Diğerleri.
Üç, açıklama
(1) Dijital ve analog sinyaller birleşik bir şekilde işlenmelidir. devre önce modüle edilir ve aynı kanal üzerinden iletilir. Modülasyon yöntemi ve modülasyon derecesi kendileri tarafından belirlenir. Osiloskopun, birleşik sinyalin dalga biçimi değişikliklerini gözlemleyebilmesi için, birleşik devrenin çıkış ucunda bir gözlem portu bulunmalıdır.
(2) Alıcı-vericinin vericisi ile alıcısı arasında herhangi bir bağlantı olmamalıdır.
(3) Alıcı-vericinin verici ucu ve anten SMA fişleriyle bağlanır, verici ucu F (dişi) kafadır ve anten ucu M (erkek) kafadır. Antenin uzunluğu 1 metreyi geçmez.
(4) Alıcı-vericinin hem verici ucu hem de alıcı ucu, tek bir pil güç kaynağı ile çalıştırılır ve verici uçtaki güç kaynağı devresi, besleme için bir test portuna sahip olmalıdır. Voltaj ve güncel.
(5) Alıcı-vericinin taşıyıcı frekansı, çevresel radyo dalgası girişimini önlemek için mümkün olduğunca seçilmelidir.
(6) Bu konudaki kanal bant genişliği, modüle edilmiş sinyalin spektrum analizörü tarafından ölçülen -40dB bant genişliği olarak kabul edilmiştir. Ayrıntılar aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Konu analizi ve proje tasarımı
Bu konu, analog ve dijital sinyallerin eşzamanlı iletimini gerektiren nispeten eksiksiz bir kablosuz alıcı-verici sistemidir.
Başlıktaki analog sinyal iletim gereksinimlerinin açıklamasına göre analog sinyal, analog iletim yöntemini benimser. İletilmesi gereken analog sinyalin frekans aralığı 50 Hz ila 10 kHz'dir. AM modülasyonu kullanılıyorsa gerekli kanal bant genişliği 20 kHz'dir.
İletilmesi gereken dijital sinyal, 4 basamaklı bir ondalık sayı artı senkronizasyon başlığı ve veri çerçevesinin kontrol kodu gibi yedek bilgilerden oluşur, iletilmesi gereken bit sayısı 40'ı geçmemelidir. Başlık ayrıca şunu da belirtir: İletimin başlangıcından terminal ekranına kadar geçen süre 2 saniyeyi geçmemelidir, böylece gerçek iletim bit hızı 20 bps kadar düşük olabilir. Shannon teoremine göre kanalın sinyal-gürültü oranı aşırı derecede kötü olmadığı sürece, veri iletimi için gereken kanal bant genişliği son derece dardır ve bu, analog sinyallerle karşılaştırıldığında neredeyse yok denecek kadar azdır.
Başlığın belirttiği kanal bant genişliği 25kHz olup, analog sinyal ortadaki 20kHz'i kaplar ve her iki tarafta da 2.5kHz'lik bant genişliği bırakılır ve yukarıda belirtilen dijital kanal fazlasıyla yeterlidir. Bu nedenle, 10kHz~12.5kHz arasında bir alt taşıyıcı frekansı seçebilir (örneğin, 11.2kHz ve 10kHz'in geometrik ortalaması olan 12.5kHz) ve dijital modüle edilmiş bir sinyal elde etmek için bu alt taşıyıcıyı dijital bir sinyalle modüle edebilirsiniz (en basit modülasyon). yöntem OOK modülasyonudur).
Son olarak, dijital modüle edilmiş sinyal ve analog sinyal üst üste bindirilir ve üst üste bindirilen karışık sinyal, taşıyıcı üzerinde AM modülasyonu ile modüle edilir, güçlendirilir ve daha sonra iletim için antene gönderilir. Genel spektrum yapısı aşağıdaki gibidir:
Bu şemanın devre yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Bu şemada iki sinyali birbirinden ayıran filtre anahtardır.
Analog sinyalin alçak geçiren filtresinin gereksinimi şudur: dijital sinyalin alt taşıyıcı frekansı yakınında yeterince büyük miktarda zayıflama vardır ve 12.5 kHz'deki zayıflama 40dB'den büyük olmalıdır. Bu iki gereksinime göre, yüksek dereceli bir eliptik filtre kullanmak ve filtrenin ilk sıfır frekansını, dijital sinyalin alt taşıyıcı frekansına yakın tasarlamak daha iyi bir seçimdir. Örneğin, bant içi dalgalanması 7dB olan 0.5. dereceden bir eliptik alçak geçiş filtresi kullanıldığında, 11.2kHz'deki (dijital alt taşıyıcı frekansı) ve 12.5kHz'den büyük zayıflama 45dB'den büyük olabilir.
Dijital sinyalin bant geçiren filtresinin gereksinimi şudur: 10kHz ve 12.5kHz'de yeterli zayıflama olmalıdır. Dijital sinyalin bant genişliği son derece düşük olduğundan, çoklu nokta geçişli filtrelerin basamaklandırılması en basit yöntemdir. Örneğin, merkez frekansı 11.2 kHz ve Q değeri 25 olan üç nokta geçişli filtre basamaklandırılırsa, bunların toplam bant genişliği yaklaşık 20 Hz olur ve 10 kHz ve 12.5 kHz'deki zayıflama yaklaşık 45 dB olur.
Alıcı kısım, analog sinyal alımının temel olarak sıradan bir AM alıcısınınkiyle aynı olduğu tipik bir süperheterodin alıcı yapısıdır.
Ara amplifikatör devresi, daha sonraki dijital sinyal demodülasyonunu kolaylaştırmak amacıyla, alım koşulları değiştiğinde çıkış sinyalinin genliğinin çok fazla değişmemesini sağlamak için bir AGC fonksiyonuna sahip olmalıdır.
Dijital alıcı parçanın kod çözücü yapısı modülasyon yöntemine göre değişir. OOK modülasyonu ise, bant geçiren filtreden sonraki sinyal genliği, temel bant sinyalinin 1 ve 0'ıdır ve karşılaştırıcı tarafından yeniden şekillendirildiği sürece kod çözme için mikroişlemciye gönderilebilir. Başka bir modülasyon yöntemi ise, senkronizasyon kod çözme işlemini gerçekleştirmeden önce alt taşıyıcıyı bir senkronizasyon sinyali olarak geri yüklemek gerekli olabilir.
Açıkçası, bu konudaki iki sinyalin bant genişliğinin geniş, diğerinin dar olduğu durum için, spektrum makul şekilde düzenlendiği sürece yukarıda bahsedilen hibrit iletim şeması etkilidir ve devre nispeten basittir. Verilen parametrelerden ve temel gereksinimler 1, açıklama 1 ve diğer koşullardan, önerinin bu karma iletim şemasına dayandığı tahmin edilebilir.
Bu yılki üniversite öğrencileri elektronik yarışması sona erdi, aşağıda E sorularının analizi bulunmaktadır.
1. Görev
Aynı kanalda dijital-analog sinyallerin karışık iletimini gerçekleştiren kablosuz bir alıcı-verici tasarlayın ve üretin. Bunların arasında dijital sinyal, 4'dan 0'a kadar 9 sayıdan oluşan bir diziden oluşur; analog sinyal, 100 Hz ila 5 kHz frekans aralığına sahip bir ses sinyalidir. Kablosuz iletim kullanıldığında, taşıyıcı frekans aralığı 20~30MHz'dir, kanal bant genişliği 25kHz'den fazla değildir ve alıcı-verici ekipmanı arasındaki en kısa iletim mesafesi 100 cm'den az değildir.
Alıcı-vericinin verici ucu, dijital sinyal ile analog sinyalin birleşik işlenmesini tamamlar ve aynı kanal üzerinde modüle eder ve iletir.
Alıcı-vericinin alıcı ucu, alma ve demodüle etmeyi tamamlar ve dijital sinyal ile analog sinyali ayırır. Dijital sinyal dijital bir tüple görüntülenir ve analog sinyal bir osiloskopla gözlemlenir.
2. Gereksinimler
1. Temel gereksinimler
(1) Analog sinyal iletimini gerçekleştirin. Analog sinyal, 100 Hz ila 5 kHz arasında bir ses sinyalidir ve alıcı uçtaki demodüle edilmiş analog sinyal dalga formunun belirgin bir bozulmaya sahip olmaması gerekir. Yalnızca analog sinyaller iletilirken, alıcı taraftaki dijital ekran kapalıdır.
(2) Dijital sinyal iletimini gerçekleştirin. Öncelikle 4'dan 0'a kadar 9 rakamdan oluşan bir grup yazın ve bunları gönderen tarafta saklayıp görüntüleyin ve ardından dijital sinyali sürekli ve döngüsel olarak iletmek için gönder düğmesine basın. Dijital sinyal alıcı tarafta demodüle edilir ve 4 dijital tüp aracılığıyla görüntülenir. Dijital tüp ekranına göndermeye başlamak için gereken yanıt süresi 2 saniyeden fazla değildir. Gönderici durdurma butonuna bastığında dijital sinyal iletimi sonlandırılır ve aynı zamanda iletilen numaraların gönderici üzerindeki ekranı silinir ve yeni numaraların girişi beklenir.
(3) Dijital-analog sinyallerin karışık iletimini gerçekleştirin. İsteğe göre bir grup sayı girin, iletim için analog sinyallerle karıştırın ve modüle edin. Alıcı ucun dijital sinyali ve analog sinyali doğru bir şekilde demodüle edebilmesi, dijital ekranın doğru olması ve analog sinyal dalga formunun belirgin bir distorsiyona sahip olmaması gerekir.
(4) Alıcı-vericinin kanal bant genişliği 25kHz'den fazla değildir ve taşıyıcı frekans aralığı 20~30MHz'dir. Alıcı-vericinin en az 3 taşıyıcı frekansta seçilip ayarlanabilmesi ve spesifik taşıyıcı frekansının kendisi tarafından belirlenmesi gerekmektedir.
2. Parçayı oynat
(1) Verici uçta dijital sinyal iletimi durdurulduktan sonra, alıcı uçtaki dijital ekran 5 saniyelik bir gecikmenin ardından otomatik olarak sönecektir.
(2) Temel gereksinimlerin karşılanması temelinde, alıcı-vericinin güç tüketimi ne kadar düşük olursa o kadar iyidir.
(3) Temel gereksinimlerin karşılanması amacıyla, alıcı-verici tarafından iletilen analog sinyalin frekans aralığı 50Hz~10kHz'e kadar genişletilir.
(4) Diğerleri.
Üç, açıklama
(1) Dijital ve analog sinyaller önce birleşik devre tarafından işlenmeli, daha sonra aynı kanal üzerinde modüle edilmeli ve iletilmelidir. Modülasyon yöntemi ve modülasyon derecesi kendileri tarafından belirlenir. Osiloskopun, birleşik sinyalin dalga biçimi değişikliklerini gözlemleyebilmesi için, birleşik devrenin çıkış ucunda bir gözlem portu bulunmalıdır.
(2) Alıcı-vericinin vericisi ile alıcısı arasında herhangi bir bağlantı olmamalıdır.
(3) Alıcı-vericinin verici ucu ve anten SMA fişleriyle bağlanır, verici ucu F (dişi) kafadır ve anten ucu M (erkek) kafadır. Antenin uzunluğu 1 metreyi geçmez.
(4) Alıcı-vericinin hem verici ucu hem de alıcı ucu, tek bir pil güç kaynağı ile çalıştırılır ve verici uçtaki güç kaynağı devresi, besleme voltajı ve akımı için bir test portuna sahip olmalıdır.
(5) Alıcı-vericinin taşıyıcı frekansı, çevresel radyo dalgası girişimini önlemek için mümkün olduğunca seçilmelidir.
(6) Bu konudaki kanal bant genişliği, modüle edilmiş sinyalin spektrum analizörü tarafından ölçülen -40dB bant genişliği olarak kabul edilmiştir. Ayrıntılar aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Konu analizi ve proje tasarımı
Bu konu, analog ve dijital sinyallerin eşzamanlı iletimini gerektiren nispeten eksiksiz bir kablosuz alıcı-verici sistemidir.
Başlıktaki analog sinyal iletim gereksinimlerinin açıklamasına göre analog sinyal, analog iletim yöntemini benimser. İletilmesi gereken analog sinyalin frekans aralığı 50 Hz ila 10 kHz'dir. AM modülasyonu kullanılıyorsa gerekli kanal bant genişliği 20 kHz'dir.
İletilmesi gereken dijital sinyal, 4 basamaklı bir ondalık sayı artı senkronizasyon başlığı ve veri çerçevesinin kontrol kodu gibi yedek bilgilerden oluşur, iletilmesi gereken bit sayısı 40'ı geçmemelidir. Başlık ayrıca şunu da belirtir: İletimin başlangıcından terminal ekranına kadar geçen süre 2 saniyeyi geçmemelidir, böylece gerçek iletim bit hızı 20 bps kadar düşük olabilir. Shannon teoremine göre kanalın sinyal-gürültü oranı aşırı derecede kötü olmadığı sürece, veri iletimi için gereken kanal bant genişliği son derece dardır ve bu, analog sinyallerle karşılaştırıldığında neredeyse yok denecek kadar azdır.
Başlığın belirttiği kanal bant genişliği 25kHz olup, analog sinyal ortadaki 20kHz'i kaplar ve her iki tarafta da 2.5kHz'lik bant genişliği bırakılır ve yukarıda belirtilen dijital kanal fazlasıyla yeterlidir. Bu nedenle, 10kHz~12.5kHz arasında bir alt taşıyıcı frekansı seçebilir (örneğin, 11.2kHz ve 10kHz'in geometrik ortalaması olan 12.5kHz) ve dijital modüle edilmiş bir sinyal elde etmek için bu alt taşıyıcıyı dijital bir sinyalle modüle edebilirsiniz (en basit modülasyon). yöntem OOK modülasyonudur).
Son olarak, dijital modüle edilmiş sinyal ve analog sinyal üst üste bindirilir ve üst üste bindirilen karışık sinyal, taşıyıcı üzerinde AM modülasyonu ile modüle edilir, güçlendirilir ve daha sonra iletim için antene gönderilir. Genel spektrum yapısı aşağıdaki gibidir:
Bu şemanın devre yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Bu şemada iki sinyali birbirinden ayıran filtre anahtardır.
Analog sinyalin alçak geçiren filtresinin gereksinimi şudur: dijital sinyalin alt taşıyıcı frekansı yakınında yeterince büyük miktarda zayıflama vardır ve 12.5 kHz'deki zayıflama 40dB'den büyük olmalıdır. Bu iki gereksinime göre, yüksek dereceli bir eliptik filtre kullanmak ve filtrenin ilk sıfır frekansını, dijital sinyalin alt taşıyıcı frekansına yakın tasarlamak daha iyi bir seçimdir. Örneğin, bant içi dalgalanması 7dB olan 0.5. dereceden bir eliptik alçak geçiş filtresi kullanıldığında, 11.2kHz'deki (dijital alt taşıyıcı frekansı) ve 12.5kHz'den büyük zayıflama 45dB'den büyük olabilir.
Dijital sinyalin bant geçiren filtresinin gereksinimi: 10kHz ve 12.5kHz'de yeterli zayıflama olmalıdır. Dijital sinyalin bant genişliği son derece düşük olduğundan, çoklu nokta geçişli filtrelerin basamaklandırılması en basit yöntemdir. Örneğin, merkez frekansı 11.2 kHz ve Q değeri 25 olan üç nokta geçişli filtre basamaklandırılırsa, bunların toplam bant genişliği yaklaşık 20 Hz olur ve 10 kHz ve 12.5 kHz'deki zayıflama yaklaşık 45 dB olur.
Alıcı kısım, analog sinyal alımının temel olarak sıradan bir AM alıcısınınkiyle aynı olduğu tipik bir süperheterodin alıcı yapısıdır.
Ara amplifikatör devresi, daha sonraki dijital sinyal demodülasyonunu kolaylaştırmak amacıyla, alım koşulları değiştiğinde çıkış sinyalinin genliğinin çok fazla değişmemesini sağlamak için bir AGC fonksiyonuna sahip olmalıdır.
Dijital alıcı parçanın kod çözücü yapısı modülasyon yöntemine göre değişir. OOK modülasyonu ise, bant geçiren filtreden sonraki sinyal genliği, temel bant sinyalinin 1 ve 0'ıdır ve karşılaştırıcı tarafından yeniden şekillendirildiği sürece kod çözme için mikroişlemciye gönderilebilir. Başka bir modülasyon yöntemi ise, senkronizasyon kod çözme işlemini gerçekleştirmeden önce alt taşıyıcıyı bir senkronizasyon sinyali olarak geri yüklemek gerekli olabilir.
Açıkçası, bu konudaki iki sinyalin bant genişliğinin geniş, diğerinin dar olduğu durum için, spektrum makul şekilde düzenlendiği sürece yukarıda bahsedilen hibrit iletim şeması etkilidir ve devre nispeten basittir. Verilen parametrelerden ve temel gereksinimler 1, açıklama 1 ve diğer koşullardan, önerinin bu karma iletim şemasına dayandığı tahmin edilebilir.
Bağlantılar: SKIIP39GA12T4V1 CM600DU-5F