《通信原理课程设计-基于300MHz-450MHz的低功耗的ASK FSK的无线接收机设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理课程设计-基于300MHz-450MHz的低功耗的ASK FSK的无线接收机设计.doc（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、通信原理课程设计 基于300MHz-450MHz 的低功耗的ASK/FSK的无线接收机设计 课程设计 题 目 基于300MHz-450MHz 的低功耗 的ASK/FSK的无线接收机设计老 师 X X 老 师 学 院 电 气 工 程 学 院 班 级 电子信息工程0 81班 学 号 2008 姓 名 HYY 二0一一年六月 基于300MHz-450MHz 的低功耗+ 10dBm的 ASK/FSK的无线接收机设计摘要： MAX1479基于晶振的锁相环(PLL) VHF/UHF发送器设计用于在300MHz至450MHz频率范围内发送ASK、OOK和FSK数据。MAX1479在ASK模式下支持达100k
2、bps的数据速率，在FSK模式下为20kbps (两者都使用曼彻斯特编码)。该器件为50的负载提供大于+10dBm的可调节输出功率。MAX1479基于晶振的结构具有更大的调制深度、更快的频率稳定速度、更高的发送频率容限和对温度更小的依赖性，这些特点消除了基于SAW发送器的许多常见问题。当MAX1479与MAX1470、MAX1471、MAX1473或MAX7033这些超外差接收机一起使用时，上述的那些改进能够帮助实现更好的整体接收机性能。 MAX1479采用16引脚TQFN封装(3mm x 3mm)，工作在-40C至+125C的汽车 级温度范围内。关键词: FSK ASK PIC16F819
3、MAX1479 发射器 AbstractThe MAX1479 crystal-referenced phase-locked-loop (PLL) VHF/UHF transmitter is designed to transmit ASK, OOK, and FSK data in the 300MHz to 450MHz frequency range. The MAX1479 supports data rates up to 100kbpsin ASK mode and 20kbps in FSK mode (both Manchester coded). The device p
4、rovides an adjustable output power of more than +10dBm into a 50 load. The crystal-based architecture of the MAX1479 eliminates many of the common problems of SAW-based transmit- ters by providing greater modulation depth, faster fre- quency settling, higher tolerance of the transmit frequency, and
5、reduced temperature dependence. These improvements enable better overall receiver per- formance when using the MAX1479 together with a superheterodyne receiver such as the MAX1470, MAX1471, MAX1473, or MAX7033.The MAX1479 is available in a 16-pin thin QFN pack- age (3mm x 3mm) and is specified for t
6、he automotive temperature range from -40C to +125C. Keyword: FSK ASK PIC16F819 MAX1479 Transmitter目录：-一、设计目的二、设计任务三、设计要求四、设计步骤1 . MAX1479芯片简介 1.1 MAX1479芯片基本资料 1.2 MAX1479芯片内部框图2 . MAX1479的芯片封装与引脚功能 2.1 MAX1479芯片采用16脚TSSOP封装 2.2 MAX1479的芯片封装引脚形式 2.3 引脚功能描述 2.4 PIC16F819芯片主要引脚说明3 . 关于MAX1479芯片应用说明 3.
7、1关键特性 3.2 MAX1479芯片主要应用4 . 发射机系统电路及其工作原理 4 .1 系统原理及内部主电路结构图 4 .2 系统构成原理图五 . 关键词的解释六 . 系统工作原理说明七 . 设计心得与体会: 八 . 参考资料-一、设计目的（1）独立完成一个基于MAX1479接收机的设计；（2）复习已学习过的模数电、通信原理、高频电路等知识；（3）熟悉巩固用Protel 99SE软件画电路原理图和PCB图;（4）阅读相关英文集成电路芯片资料和相关文献，了解无线通讯电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电路设计和芯片使用方法.二、设计任务由于本次课程设计任务是利用MAX1479芯片完成一
8、个低功耗ASK/FSK的无线接收机设计。课程设计，要求参考中英文资料，理解资料内容，独立完成应用电路、PCB等设计，设计时注意收发频率、调制方式的匹配。三、设计要求综合运用已学习过通信原理、高频电路、模拟电路和数字电路等知识，阅读相关射频收、发集成电路芯片资料和相关文献，了解无线通讯电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电路设计和芯片使用方法，利用MAX1479芯片独立完成一个低功耗ASK/FSK的无线接收机设计的设计。四、设计步骤1. MAX1479芯片简介： 1.1 MAX1479芯片基本资料 MAX1479具有简单的数据接口和可编程分频比的时钟输出，从而省去了MCU谐振器。MAX14
9、79可直接采用1节锂电池供电，工作电压可低至2.1V，在待机状态下耗电仅0.2nA。MAX1479的输出功率可通过一个外部电阻调节，负载为50时，调节范围为-10dBm至+10dBm。当MAX1479输出功率为+10dBm时，如果采用占空比为50%编码方案，如曼彻斯特码，工作频率为315MHz，耗电仅6.7mA；当输出功率为0dBm时，耗电仅4.5mA。采用ASK方式时，传输速率可达100kbps，采用FSK方式时，传输速率可达20kbps (均采用曼彻斯特码)。 一旦激活MAX1479的使能引脚，PLL和晶振建立时间只需要200s，即可发送数据。由于这个器件是针对小型便携式设备设计的，可接受
10、9MHz至15MHz的晶振频率，采用廉价的表面贴封装。而且，Maxim公司已经和晶振供货商建立了良好的合作关系，可根据要求提供晶振样品。 由于MAX1479采用基于晶振的PLL，与基于LC或SAW的发射器有关的许多问题迎刃而解。晶振的固有精度很高，这样接收器的IF带宽就可以很窄，系统的灵敏度也因此得到改善。与Maxim公司的MAX1470、 MAX1471或MAX1473配合使用，MAX1479由于可把IF带宽从600kHz降到50kHz，系统总的灵敏度可提高9dB。灵敏度的提高就意味着发射距离更远，工作更可靠。1.2 MAX1479芯片内部框图： MAX1479芯片内部框图如下图1： 图1
11、： MAX1479芯片内部框图2. MAX1479的芯片封装与引脚功能2.1 MAX1479芯片采用16脚TSSOP封装 MAX1479芯片采用16脚TSSOP封装，如下表1所示 表1：MAX1479芯片的封装信息表芯片温度范围引脚封装MAX1479-40C to +125C16 Thin QFN-EP 2.2 MAX1479的芯片封装引脚形式 MAX1479的芯片封装引脚形式如下图2： 图2、MAX1479的芯片封装引脚形式 2.3 引脚功能描述 引脚功能描述如下表2所示 表2：MAX1479引脚更能描述如下表：2.4 PIC16F819芯片主要引脚说明 微控制器PIC16F819 通过PA
12、 口的8 个引脚控制MAX1479 的发射工作. MAX1479 的主要引脚功能如表3所列. 表3：MAX1479 的主要引脚功能 其中，Mode引脚用于选择发射芯片是FSK模式或ASK模式。Enable引脚为高电平，则MAXl179进入发射状态。DIN引脚输入串行数据。 Clk0和Clk1共同决定Clkout引脚的输出频率，该频率可以作为微控制器的时钟频率输入。Clk0和Clkl的状态组合如表4所列。 表4：Clk0和Clkl的状态组合 Dev0、Devl、Dev2共同决定FSK调制时的背离频率的大小，其组合状态表如表5所列。表5：PIC16F819芯片Dev0 ,Dev1 ,Dev2 引脚
13、合状态表 3 . 关于MAX1479芯片应用说明 3.1关键特性 （1）符合ETSI的EN300 220 （2）+2.1V至+3.6V单电源工作 （3）支持ASK、OOK和FSK调制 （4）可调节的FSK偏移 （5）给50负载提供+10dBm输出功率 （6）低电源电流(ASK模式下为6.7mA，FSK模式下为10.5mA) （7）使用小的低成本晶振 （8）小尺寸16引脚TQFN封装 （9）快速开启振荡器，200s启动时间 （10）可编程的时钟输出 3.2 MAX1479芯片主要应用 （1）车库开门器 （2）无线控制玩具 （3）远端无线钥匙门禁(RKE) （4）射频远端控制 （5）安全系统 （6
14、）胎压监视(TPM) （7）无线计算机外设 （8）无线游戏机控制台 （9）无线传感器4 . 发射机系统电路及其工作原理 4 .1 系统原理及内部主电路结构图 系统原理及内部主电路结构图如下图3所示 图3：系统原理及主电路内部结构4 .2 系统构成原理图 4.2.1 系统构成原理图 系统构成原理图如下图4所示 图4：系统构成原理图4.2.2 系统PCB图 系统PCB图如下图5所示： 图5： 系统PCB图4.2.3 PCB覆铜图 PCB覆铜图如下图6所示： 图6：PCB覆铜图4.2.4 功能描述 (1) 控制器的选择 在本系统设计中,需要涉及到以下几个方面:处理器性能,所支 持的开发工具,处理器的
15、成本和功耗.综合以上几个方面考虑,微控 制器选择Microchip 公司的一款高性价比的8 位微控制PIC16F819. PIC16F819采用20 脚贴片封装,在线方式进行程序调试和烧写; 可采 用内部晶振,工作频率可选31 kHz8 MHz ;工作电压从25. 5 V; 正常工作时使用2 V 电压供电,使用内部晶振频率为32 kHz,电流为 7 A ;睡眠状态时使用2 V 电压供电,电流为0. 7A. （2）系统硬件构成: 发射部分由微控制器PIC16F819 和射频发射芯片MAX1479 组成, 其系统构成原理图如图1 所示.微控制器PIC16F819 通过PA 口的8 个引脚控制MAX
16、1479 的发射工作. （3）微控制器PIC16F819 通过PA 口的8 个引脚控制MAX1479 的发射工作。其 中,Mode 引脚用于选择发射芯片是FSK 模式或ASK模式. Enable 引脚 为高电平,则MAX1479 进入发射状态.DIN 引脚输入串行数据. Clk0 和Clk1 共同决定Clkout 引脚的输出频率,该频率可以作 为微控制器的时钟频率输入.五 . 关键词的解释 （1） AsK: 幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying) ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度。 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在
17、数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的， 其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断， 此时又可称作开关键控法(OOK)。 多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。 （2）FSK：频移键控FSK（Frequency-shift
18、keying） FSK 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。FSK（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。 最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。 技术上的FSK有两个分类，非相干和相干的FSK 。 在非相干的FSK ，瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观命名为马克和空间频率，分别为。 在另一方面，在相干频移键控或二进制的FSK ，是没有间断期在输出信号。
19、 在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。六 . 系统工作原理说明 （1)发射的说明 发射的载波频率由MAX1479 所用的晶振决定,晶振同发射载波频率间 的关系是 f xtal = 32 晶振频率 如果选择的发射载波频率为300 MHz ,则所使用晶振为9.375 MHz ; 如发射载波频率为450 MHz ,则所使用晶振为14.062 MHz.MAX1479 使 用的
20、天线要符合50 阻抗匹配,天线可以采用1/ 4 波长的鞭状天线, 也可以使 PCB 布线作为天线. (2)系统软件设计 发射部分： 发射部分的编程主要是对PIC16F819 的操作.程序由PIC16F819 初始化, MAX1479 初始化和数据 发射三部分组成. 对PIC16F819 的初始化包 括设置内部晶振的工作频率和 PA 口的状态.对MAX1479 的初 始化包括设置工作模式, 晶振输 出频率选择和FSK 背离频率的 选择.数据发射部分包括:设置 数据帧格式,发送位0 或1 子程序, 发送一个字节数据子程 序和循环发送多个字节数据子 程序.程序流程图如图7所示. . 图7： 程序流程
21、图 接收部分 接收部分程序主要是微控制器通过SCLK、CS、DIO等引脚对MAX147l内部寄存器进行读写的过程。 对MAXl471内部寄存器进行写操作的时序图如图8所示。CS引脚为低，MAXl47l进入工作状态，SCLK引脚产生串行输入时钟，DIO向MAXl47l串行输出命令。命令的格式为；4位命令码、4位地址、8位数据。命令码共有3个：0x01代表写、0x02代表读、0x03代表复位。 图8：MAXl471内部寄存器写操作的时序图 对MAXl47l内部寄存器进行读操作的时序图如图9所示。CS引脚为低，MAX147l进入工作状态，SCLK引脚产生串行输出时钟，DI0从MAXl471串行输出数
22、据。当ADATA为高，输出ASK解调数据；当FDATA为高，输出FSK解调数据。输出数据遵循同样的数据格式。 图9：MAXl47l内部寄存器读操作的时序图 MAX147l内部常用寄存器和地址的对照表如表6所列。表 6： MAX147l内部常用寄存器和地址的对照表 以接收315MHz的FSK数据为例说明接收数据的编程步骤。 写0x3000对芯片进行复位。 写0x10f0使能所有的RF和基带部分。 写0x135f设置晶振寄存器，芯片工作于315 MHz频率。 写0x1120置配置寄存器的FSKCALLSB位，使能FSK校准。 写0x1121开始FSK校准。 读0x2900读状态寄存器位0和位1的状
23、态，以确定FSK校准已完成。 读FSK调试后的数据，由微控制器进行处理。 七 . 设计心得与体会: 通过这次通信原理课程设计我受益非浅，觉得自己对通信原理知识掌握的不够，在设计中出现很多的问题。以前对通信原理课程没什 么概念.总以为无非就是一些记的背的原理而已,通过两周的设计, 查阅资料,反复地看教材,才发现其实其中的大学问,更认识到了自 身的不足, 与其他人相比, 还有很多地方自己做得不好.而且以前学习的Protel 99 SE 软件知识好多的忘记了，所以现在用起来不是很顺手，不过通过复习书本基本能掌握了，在设计过程中我印象最深刻的是元件的封装问题。总之看起来画PCB板很容易，等到自己动起手
24、来就会出现很多这样那样的问题，所以要画好一张PCB板图是需要平时多练多画。提高自己的动手能力，还有就是在这次设计中，发现自己的专业英语知识还需进一步提高，特别是一些专业术语。总体来说通过这次实践，让我认识到了自身的不足,看到了自己在专业知识方面的欠缺.在今 后的学习中,我会努力弥补自身的不足,补足自身缺点.活学活用, 坚持学习.提高了自己的动手能力，虽然其中遇到了很多的问题，经过同学的指点和自己的修改，终于完成了这次设计，所以心里还是比较高兴的，毕竟是自己的劳动成果。虽然这是一次小小的设计，不过它激起了我对课程设计的兴趣，相信在以后的课程设计中我会做的更好。八 . 参考资料1. PROTEL99SE原理图与PCB设计教程 及力主编 电子工业出版社 20042. 单片无线数据通信IC原理应用 黄智伟主编 北京航空航天大学出版社2004.113. 通信原理 王慕坤主编 哈尔滨工业大学出版社 2007.14. 电子技术基础-模电部分康华光主编 高等教育出版社 20025. 高频电子线路 高吉祥主编 电子工业出版社2006 第 23 页 共 23 页