"Thiết kế và sản xuất bộ thu phát không dây thực hiện truyền hỗn hợp các tín hiệu kỹ thuật số-tương tự trên cùng một kênh. Trong đó, tín hiệu kỹ thuật số bao gồm một bộ 4 số từ 0 đến 9; tín hiệu tương tự là tín hiệu thoại có dải tần từ 100 Hz đến 5 kHz. Sử dụng đường truyền không dây, dải tần của sóng mang là 20 ~ 30MHz, băng thông kênh không quá 25kHz và khoảng cách truyền ngắn nhất giữa các thiết bị thu phát không nhỏ hơn 100cm.
"
Cuộc thi điện tử sinh viên đại học năm nay đã kết thúc, sau đây là phân tích đề thi của E.
1. Nhiệm vụ
Thiết kế và sản xuất bộ thu phát không dây thực hiện truyền hỗn hợp các tín hiệu kỹ thuật số-tương tự trên cùng một kênh. Trong đó, tín hiệu kỹ thuật số bao gồm một bộ 4 số từ 0 đến 9; tín hiệu tương tự là tín hiệu thoại có dải tần từ 100 Hz đến 5 kHz. Sử dụng đường truyền không dây, dải tần của sóng mang là 20 ~ 30MHz, băng thông kênh không quá 25kHz và khoảng cách truyền ngắn nhất giữa các thiết bị thu phát không nhỏ hơn 100cm.
Đầu phát của bộ thu phát hoàn thành quá trình kết hợp của tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự, đồng thời điều chế và truyền trên cùng một kênh.
Đầu nhận của bộ thu phát hoàn thành việc nhận và giải điều chế, đồng thời tách tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự. Tín hiệu kỹ thuật số được hiển thị bằng ống kỹ thuật số, và tín hiệu tương tự được quan sát bằng máy hiện sóng.
2. Yêu cầu
1. Yêu cầu cơ bản
(1) Thực hiện truyền tín hiệu tương tự. Tín hiệu tương tự là tín hiệu thoại có tần số 100 Hz đến 5 kHz và dạng sóng tín hiệu tương tự đã được giải điều chế ở đầu nhận được yêu cầu không có biến dạng rõ ràng. Khi chỉ truyền tín hiệu tương tự, màn hình kỹ thuật số ở đầu nhận sẽ tắt.
(2) Thực hiện truyền tín hiệu kỹ thuật số. Đầu tiên nhập vào một nhóm 4 số từ 0 đến 9 và lưu trữ và trưng bày chúng ở đầu gửi, sau đó nhấn nút gửi để truyền tín hiệu kỹ thuật số liên tục và theo chu kỳ. Tín hiệu kỹ thuật số được giải điều chế ở đầu nhận và hiển thị qua 4 ống kỹ thuật số. Thời gian phản hồi cần thiết để bắt đầu gửi đến màn hình ống kỹ thuật số không quá 2 giây. Khi người gửi nhấn nút dừng, quá trình truyền tín hiệu kỹ thuật số kết thúc, đồng thời, hiển thị các số đã truyền sẽ bị xóa trên người gửi và các số mới được chờ nhập.
(3) Thực hiện việc truyền hỗn hợp các tín hiệu tương tự-kỹ thuật số. Nhập một nhóm số tùy ý, trộn và điều chế với tín hiệu tương tự để truyền. Đầu nhận được yêu cầu để có thể giải điều chế tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự một cách chính xác, màn hình hiển thị kỹ thuật số chính xác và dạng sóng tín hiệu tương tự không có biến dạng rõ ràng.
(4) Băng thông kênh của bộ thu phát không quá 25kHz và dải tần sóng mang là 20 ~ 30MHz. Yêu cầu rằng bộ thu phát có thể được chọn và đặt ở không ít hơn 3 tần số sóng mang, và tần số sóng mang cụ thể được xác định bởi chính nó.
2. Phần chơi
(1) Sau khi dừng truyền tín hiệu kỹ thuật số ở đầu truyền, màn hình kỹ thuật số ở đầu nhận sẽ tự động tắt sau 5 giây trễ.
(2) Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu cơ bản, tiêu thụ điện năng của bộ thu phát càng thấp càng tốt.
(3) Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu cơ bản, dải tần của tín hiệu tương tự do bộ thu phát truyền được mở rộng đến 50Hz ~ 10kHz.
(4) Những người khác.
Ba, mô tả
(1) Các tín hiệu số và tín hiệu tương tự phải được xử lý bằng cách kết hợp mạch đầu tiên, sau đó được điều chế và truyền trên cùng một kênh. Phương pháp điều chế và mức độ điều chế do chính chúng xác định. Cần có một cổng quan sát ở đầu ra của mạch kết hợp để máy hiện sóng quan sát sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu kết hợp.
(2) Không được có bất kỳ kết nối nào giữa bộ phát và bộ thu của bộ thu phát.
(3) Đầu phát của bộ thu phát và ăng ten được kết nối bằng phích cắm SMA, đầu phát là đầu F (cái) và đầu ăng ten là đầu M (đực). Chiều dài của ăng ten không vượt quá 1 mét.
(4) Cả đầu phát và đầu nhận của bộ thu phát đều được cấp nguồn bằng nguồn pin duy nhất và mạch cấp nguồn ở đầu phát phải có cổng thử nghiệm để cung cấp Vôn và hiện tại.
(5) Tần số sóng mang của bộ thu phát phải được chọn càng xa càng tốt để tránh nhiễu sóng vô tuyến môi trường.
(6) Băng thông kênh trong chủ đề này được đồng ý là băng thông -40dB của tín hiệu điều chế, được đo bằng máy phân tích phổ. Chi tiết được thể hiện trong hình bên dưới.
Phân tích chủ đề và thiết kế dự án
Đề tài này là một hệ thống thu phát sóng không dây tương đối hoàn chỉnh yêu cầu truyền đồng thời tín hiệu số và tín hiệu tương tự.
Theo mô tả về các yêu cầu truyền tín hiệu tương tự trong tiêu đề, tín hiệu tương tự sử dụng phương thức truyền tín hiệu tương tự. Dải tần của tín hiệu tương tự cần truyền đi là 50 Hz đến 10 kHz. Nếu sử dụng điều chế AM, băng thông kênh yêu cầu là 20 kHz.
Tín hiệu số cần truyền là số thập phân có 4 chữ số, cộng với các thông tin dự phòng như tiêu đề đồng bộ hóa và mã kiểm tra của khung dữ liệu, số bit cần truyền không quá 40. Tiêu đề cũng quy định. rằng thời gian từ khi bắt đầu truyền đến màn hình đầu cuối không được vượt quá 2 giây, do đó tốc độ bit truyền thực tế có thể thấp đến 20bps. Theo định lý Shannon, miễn là tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của kênh không quá tệ, băng thông kênh cần thiết để truyền dữ liệu là cực kỳ hẹp, gần như không đáng kể so với tín hiệu tương tự.
Băng thông kênh được chỉ định bởi tiêu đề là 25kHz, tín hiệu tương tự chiếm 20kHz ở giữa và băng thông 2.5kHz được để ở cả hai bên, và kênh kỹ thuật số nêu trên là quá đủ. Do đó, bạn có thể chọn tần số sóng mang phụ trong khoảng 10kHz ~ 12.5kHz (ví dụ: 11.2kHz, là mức trung bình hình học của 10kHz và 12.5kHz) và điều chế sóng mang phụ này bằng tín hiệu kỹ thuật số để thu được tín hiệu điều chế kỹ thuật số (cách điều chế đơn giản nhất phương pháp là điều chế OOK).
Cuối cùng, tín hiệu điều chế kỹ thuật số và tín hiệu tương tự được chồng lên, và tín hiệu hỗn hợp chồng được điều chế với điều chế AM trên sóng mang, được khuếch đại và sau đó được gửi đến ăng-ten để truyền. Cấu trúc phổ tổng thể như sau:
Cấu trúc mạch của sơ đồ này được hiển thị trong hình dưới đây.
Trong lược đồ này, bộ lọc phân biệt hai tín hiệu là chìa khóa.
Yêu cầu của bộ lọc thông thấp của tín hiệu tương tự là: có một lượng suy hao đủ lớn gần tần số sóng mang phụ của tín hiệu kỹ thuật số và suy hao ở 12.5kHz phải lớn hơn 40dB. Theo hai yêu cầu này, lựa chọn tốt hơn là sử dụng bộ lọc elip bậc cao và thiết kế tần số 7 đầu tiên của bộ lọc gần với tần số sóng mang con của tín hiệu số. Ví dụ: sử dụng bộ lọc thông thấp hình elip bậc 0.5 với dao động trong băng tần là 11.2dB, độ suy giảm ở 12.5kHz (tần số sóng mang con kỹ thuật số) và lớn hơn 45kHz có thể lớn hơn XNUMXdB.
Yêu cầu của bộ lọc thông dải của tín hiệu số là: phải có đủ suy hao ở 10kHz và 12.5kHz. Bởi vì băng thông của tín hiệu kỹ thuật số cực kỳ thấp, nên phương pháp đơn giản nhất là xếp tầng nhiều bộ lọc thông điểm. Ví dụ: nếu ba bộ lọc điểm qua có tần số trung tâm là 11.2kHz và giá trị Q là 25 được xếp tầng, thì tổng băng thông của chúng là khoảng 20Hz và độ suy giảm ở 10kHz và 12.5kHz là khoảng 45dB.
Phần thu là một cấu trúc máy thu superheterodyne điển hình, trong đó việc thu tín hiệu tương tự về cơ bản giống như của một máy thu AM thông thường.
Mạch khuếch đại trung gian nên có chức năng AGC để đảm bảo rằng biên độ của tín hiệu đầu ra không thay đổi nhiều khi điều kiện nhận thay đổi, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải điều chế tín hiệu số tiếp theo.
Cấu trúc bộ giải mã của phần nhận số thay đổi theo phương pháp điều chế. Nếu là điều chế OOK, biên độ tín hiệu sau bộ lọc băng thông là 1 và 0 của tín hiệu băng gốc và nó có thể được gửi đến bộ vi xử lý để giải mã miễn là nó được định hình lại bởi bộ so sánh. Nếu là phương pháp điều chế khác, có thể cần khôi phục sóng mang con dưới dạng tín hiệu đồng bộ hóa trước khi thực hiện giải mã đồng bộ hóa.
Rõ ràng, đối với tình hình băng thông của hai tín hiệu của chủ đề này rộng và tín hiệu kia hẹp, miễn là bố trí phổ hợp lý thì sơ đồ truyền dẫn lai nêu trên có hiệu quả và mạch tương đối đơn giản. Từ các tham số đã cho và các yêu cầu cơ bản 1, mô tả 1, và các điều kiện khác, có thể đoán rằng mệnh đề dường như dựa trên sơ đồ truyền hỗn hợp này.
Cuộc thi điện tử sinh viên đại học năm nay đã kết thúc, sau đây là phân tích đề thi của E.
1. Nhiệm vụ
Thiết kế và sản xuất bộ thu phát không dây thực hiện truyền hỗn hợp các tín hiệu kỹ thuật số-tương tự trên cùng một kênh. Trong đó, tín hiệu kỹ thuật số bao gồm một bộ 4 số từ 0 đến 9; tín hiệu tương tự là tín hiệu thoại có dải tần từ 100 Hz đến 5 kHz. Sử dụng đường truyền không dây, dải tần của sóng mang là 20 ~ 30MHz, băng thông kênh không quá 25kHz và khoảng cách truyền ngắn nhất giữa các thiết bị thu phát không nhỏ hơn 100cm.
Đầu phát của bộ thu phát hoàn thành quá trình kết hợp của tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự, đồng thời điều chế và truyền trên cùng một kênh.
Đầu nhận của bộ thu phát hoàn thành việc nhận và giải điều chế, đồng thời tách tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự. Tín hiệu kỹ thuật số được hiển thị bằng ống kỹ thuật số, và tín hiệu tương tự được quan sát bằng máy hiện sóng.
2. Yêu cầu
1. Yêu cầu cơ bản
(1) Thực hiện truyền tín hiệu tương tự. Tín hiệu tương tự là tín hiệu thoại có tần số 100 Hz đến 5 kHz và dạng sóng tín hiệu tương tự đã được giải điều chế ở đầu nhận được yêu cầu không có biến dạng rõ ràng. Khi chỉ truyền tín hiệu tương tự, màn hình kỹ thuật số ở đầu nhận sẽ tắt.
(2) Thực hiện truyền tín hiệu kỹ thuật số. Đầu tiên gõ vào một nhóm 4 số từ 0 đến 9 và lưu trữ và hiển thị chúng ở đầu gửi, sau đó nhấn nút gửi để truyền tín hiệu kỹ thuật số liên tục và theo chu kỳ. Tín hiệu kỹ thuật số được giải điều chế ở đầu nhận và hiển thị qua 4 ống kỹ thuật số. Thời gian phản hồi cần thiết để bắt đầu gửi đến màn hình ống kỹ thuật số không quá 2 giây. Khi người gửi nhấn nút dừng, quá trình truyền tín hiệu kỹ thuật số kết thúc, đồng thời, hiển thị các số đã truyền sẽ bị xóa trên người gửi và các số mới được chờ nhập.
(3) Thực hiện việc truyền hỗn hợp các tín hiệu tương tự-kỹ thuật số. Nhập một nhóm số tùy ý, trộn và điều chế với tín hiệu tương tự để truyền. Đầu nhận được yêu cầu để có thể giải điều chế tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự một cách chính xác, màn hình hiển thị kỹ thuật số chính xác và dạng sóng tín hiệu tương tự không có biến dạng rõ ràng.
(4) Băng thông kênh của bộ thu phát không quá 25kHz và dải tần sóng mang là 20 ~ 30MHz. Yêu cầu rằng bộ thu phát có thể được chọn và đặt ở không ít hơn 3 tần số sóng mang, và tần số sóng mang cụ thể được xác định bởi chính nó.
2. Phần chơi
(1) Sau khi dừng truyền tín hiệu kỹ thuật số ở đầu truyền, màn hình kỹ thuật số ở đầu nhận sẽ tự động tắt sau 5 giây trễ.
(2) Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu cơ bản, tiêu thụ điện năng của bộ thu phát càng thấp càng tốt.
(3) Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu cơ bản, dải tần của tín hiệu tương tự do bộ thu phát truyền được mở rộng đến 50Hz ~ 10kHz.
(4) Những người khác.
Ba, mô tả
(1) Tín hiệu số và tín hiệu tương tự phải được xử lý bởi mạch kết hợp trước, sau đó được điều chế và truyền trên cùng một kênh. Phương pháp điều chế và mức độ điều chế do chính chúng xác định. Cần có một cổng quan sát ở đầu ra của mạch kết hợp để máy hiện sóng quan sát sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu kết hợp.
(2) Không được có bất kỳ kết nối nào giữa bộ phát và bộ thu của bộ thu phát.
(3) Đầu phát của bộ thu phát và ăng ten được kết nối bằng phích cắm SMA, đầu phát là đầu F (cái) và đầu ăng ten là đầu M (đực). Chiều dài của ăng ten không vượt quá 1 mét.
(4) Cả đầu phát và đầu nhận của bộ thu phát đều được cấp nguồn bằng nguồn pin duy nhất và mạch cấp nguồn ở đầu phát phải có cổng thử nghiệm cho điện áp và dòng điện cung cấp.
(5) Tần số sóng mang của bộ thu phát phải được chọn càng xa càng tốt để tránh nhiễu sóng vô tuyến môi trường.
(6) Băng thông kênh trong chủ đề này được đồng ý là băng thông -40dB của tín hiệu điều chế, được đo bằng máy phân tích phổ. Chi tiết được thể hiện trong hình bên dưới.
Phân tích chủ đề và thiết kế dự án
Đề tài này là một hệ thống thu phát sóng không dây tương đối hoàn chỉnh yêu cầu truyền đồng thời tín hiệu số và tín hiệu tương tự.
Theo mô tả về các yêu cầu truyền tín hiệu tương tự trong tiêu đề, tín hiệu tương tự sử dụng phương thức truyền tín hiệu tương tự. Dải tần của tín hiệu tương tự cần truyền đi là 50 Hz đến 10 kHz. Nếu sử dụng điều chế AM, băng thông kênh yêu cầu là 20 kHz.
Tín hiệu số cần truyền là số thập phân có 4 chữ số, cộng với các thông tin dự phòng như tiêu đề đồng bộ hóa và mã kiểm tra của khung dữ liệu, số bit cần truyền không quá 40. Tiêu đề cũng quy định. rằng thời gian từ khi bắt đầu truyền đến màn hình đầu cuối không được vượt quá 2 giây, do đó tốc độ bit truyền thực tế có thể thấp đến 20bps. Theo định lý Shannon, miễn là tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của kênh không quá tệ, băng thông kênh cần thiết để truyền dữ liệu là cực kỳ hẹp, gần như không đáng kể so với tín hiệu tương tự.
Băng thông kênh được chỉ định bởi tiêu đề là 25kHz, tín hiệu tương tự chiếm 20kHz ở giữa và băng thông 2.5kHz được để ở cả hai bên, và kênh kỹ thuật số nêu trên là quá đủ. Do đó, bạn có thể chọn tần số sóng mang phụ trong khoảng 10kHz ~ 12.5kHz (ví dụ: 11.2kHz, là mức trung bình hình học của 10kHz và 12.5kHz) và điều chế sóng mang phụ này bằng tín hiệu kỹ thuật số để thu được tín hiệu điều chế kỹ thuật số (cách điều chế đơn giản nhất phương pháp là điều chế OOK).
Cuối cùng, tín hiệu điều chế kỹ thuật số và tín hiệu tương tự được chồng lên, và tín hiệu hỗn hợp chồng được điều chế với điều chế AM trên sóng mang, được khuếch đại và sau đó được gửi đến ăng-ten để truyền. Cấu trúc phổ tổng thể như sau:
Cấu trúc mạch của sơ đồ này được hiển thị trong hình dưới đây.
Trong lược đồ này, bộ lọc phân biệt hai tín hiệu là chìa khóa.
Yêu cầu của bộ lọc thông thấp của tín hiệu tương tự là: có một lượng suy hao đủ lớn gần tần số sóng mang phụ của tín hiệu kỹ thuật số và suy hao ở 12.5kHz phải lớn hơn 40dB. Theo hai yêu cầu này, lựa chọn tốt hơn là sử dụng bộ lọc elip bậc cao và thiết kế tần số 7 đầu tiên của bộ lọc gần với tần số sóng mang con của tín hiệu số. Ví dụ: sử dụng bộ lọc thông thấp hình elip bậc 0.5 với dao động trong băng tần là 11.2dB, độ suy giảm ở 12.5kHz (tần số sóng mang con kỹ thuật số) và lớn hơn 45kHz có thể lớn hơn XNUMXdB.
Yêu cầu của bộ lọc thông dải của tín hiệu số là: Cần có đủ suy hao ở tần số 10kHz và 12.5kHz. Bởi vì băng thông của tín hiệu kỹ thuật số cực kỳ thấp, nên phương pháp đơn giản nhất là xếp tầng nhiều bộ lọc thông điểm. Ví dụ: nếu ba bộ lọc điểm qua có tần số trung tâm là 11.2kHz và giá trị Q là 25 được xếp tầng, thì tổng băng thông của chúng là khoảng 20Hz và độ suy giảm ở 10kHz và 12.5kHz là khoảng 45dB.
Phần thu là một cấu trúc máy thu superheterodyne điển hình, trong đó việc thu tín hiệu tương tự về cơ bản giống như của một máy thu AM thông thường.
Mạch khuếch đại trung gian nên có chức năng AGC để đảm bảo rằng biên độ của tín hiệu đầu ra không thay đổi nhiều khi điều kiện nhận thay đổi, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải điều chế tín hiệu số tiếp theo.
Cấu trúc bộ giải mã của phần nhận số thay đổi theo phương pháp điều chế. Nếu là điều chế OOK, biên độ tín hiệu sau bộ lọc băng thông là 1 và 0 của tín hiệu băng gốc và nó có thể được gửi đến bộ vi xử lý để giải mã miễn là nó được định hình lại bởi bộ so sánh. Nếu là phương pháp điều chế khác, có thể cần khôi phục sóng mang con dưới dạng tín hiệu đồng bộ hóa trước khi thực hiện giải mã đồng bộ hóa.
Rõ ràng, đối với tình hình băng thông của hai tín hiệu của chủ đề này rộng và tín hiệu kia hẹp, miễn là bố trí phổ hợp lý thì sơ đồ truyền dẫn lai nêu trên có hiệu quả và mạch tương đối đơn giản. Từ các tham số đã cho và các yêu cầu cơ bản 1, mô tả 1, và các điều kiện khác, có thể đoán rằng mệnh đề dường như dựa trên sơ đồ truyền hỗn hợp này.
Các liên kết: SKIIP39GA12T4V1 CM600DU-5F