接收機(jī)配置電路的程序設(shè)計(jì)研究
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[摘要]新時(shí)代的到來(lái)給人們的生活和工作帶來(lái)了巨大的改變，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的涌入衍生出了許多電子產(chǎn)品，信息傳遞和使用方式逐漸向著數(shù)字化方向發(fā)展。在這種模式下，信號(hào)接收機(jī)成為了必不可少的電子設(shè)備，為了能夠更好地進(jìn)行信號(hào)接收和處理，相關(guān)工作人員就必須根據(jù)實(shí)際需求做出合理的程序設(shè)計(jì)?；诮邮諜C(jī)配置電路的程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
[關(guān)鍵詞]接收機(jī)；配置電路；程序設(shè)計(jì)
接收機(jī)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛，隨著科技的進(jìn)步，接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜化、多樣化，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需充分了解接收機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)要素，才能做出更加準(zhǔn)確的電路程序，從而保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前我國(guó)遙測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中對(duì)于接收機(jī)的應(yīng)用頻率是比較高的，與常規(guī)的接收機(jī)相比，遙測(cè)系統(tǒng)所使用的接收機(jī)對(duì)于信號(hào)的實(shí)時(shí)接收要求更為嚴(yán)格，本文對(duì)該類(lèi)型接收機(jī)配置電路的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。
1接收機(jī)的概念
信號(hào)的定位測(cè)量是由GPS衛(wèi)星完成的，衛(wèi)星獲取信號(hào)后會(huì)實(shí)時(shí)向終端設(shè)備進(jìn)行發(fā)送，實(shí)現(xiàn)海陸空等多空間用戶(hù)的信息共享，而這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)所依靠的就是GPS信號(hào)接收機(jī)。接收機(jī)是一個(gè)由多零件組成的電子化產(chǎn)品，主要有天線、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器以及濾波器等，通過(guò)這些器件的綜合作用才能保證接收機(jī)信號(hào)接收的穩(wěn)定性和可靠性。它不僅具有信號(hào)接收功能，而且還具有信號(hào)追蹤和分析處理功能，可以對(duì)GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行定位測(cè)量，實(shí)時(shí)生成相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)反饋。根據(jù)接收機(jī)使用目的不同，其種類(lèi)也是多樣化的，但工作原理基本上都是基于GPS信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)字信息獲取和處理的一個(gè)過(guò)程。
2接收機(jī)電路原理分析
接收機(jī)的工作主要是對(duì)衛(wèi)星傳遞過(guò)來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行有選擇性地接收，并通過(guò)放大、轉(zhuǎn)換以及濾波處理后形成穩(wěn)定的無(wú)線通信信號(hào)，再將其分別傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)中，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，供人們進(jìn)行使用。其中射頻信號(hào)的選擇、接受以及放大是最為主要的，該過(guò)程需要信號(hào)接收機(jī)通過(guò)多次進(jìn)行調(diào)頻處理來(lái)完成，比如第一中頻完成初步的射頻信號(hào)選擇和轉(zhuǎn)換等處理后還需要第二中頻對(duì)第一中頻處理完成的信號(hào)再次進(jìn)行濾波或去加重等處理，這樣最終才能給用戶(hù)提供純凈、準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。
3接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明
接收機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體上要把握以下三個(gè)要素：
3.1選擇性的分配
接收機(jī)對(duì)信號(hào)的篩選能力是評(píng)價(jià)其抗干擾的能力的重要指標(biāo)之一，因?yàn)樵谛畔⒒瘯r(shí)代，自由空間所存在的無(wú)線信號(hào)多而雜，接收機(jī)只有具備良好的信號(hào)區(qū)分能力，才能保證其正常的運(yùn)行秩序，避免發(fā)生信號(hào)錯(cuò)亂。接收機(jī)的選擇上主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是信道選擇，是在中頻部分完成的，另一方面是頻段選擇，是在射頻部分完成的。在頻分多址的情況下，選擇性功能的實(shí)現(xiàn)則還需要濾波器來(lái)共同完成，但是也有少數(shù)特殊情況需要濾波器進(jìn)行二次變頻處理，比如對(duì)講機(jī)設(shè)備的使用。在兩個(gè)中頻信道選擇方面均使用濾波器可以有效提高接收機(jī)的信道選擇準(zhǔn)確度，但是濾波器的分配要緊密結(jié)合接收機(jī)系統(tǒng)屬性、相關(guān)器件的參數(shù)指標(biāo)以及投入成本來(lái)綜合考量決定。比如某接收機(jī)鄰道選擇性指標(biāo)如果要達(dá)到70dB，那么兩個(gè)中頻濾波器一共所能實(shí)現(xiàn)的帶外抑制就要超過(guò)這個(gè)指標(biāo)才能得以實(shí)現(xiàn)，雖然兩個(gè)濾波器的單一指標(biāo)并沒(méi)有嚴(yán)格限制，但是通常情況下第二中頻濾波器選擇性會(huì)比第一中頻濾波器要好一些，二者的材質(zhì)、性能等都有所區(qū)別，第二中頻采用的一般是陶瓷材料，第一中頻采用的一般是晶體材料，陶瓷的選擇性要優(yōu)于晶體材料。另外，兩個(gè)中頻濾波器一般會(huì)分別設(shè)置在放大器的信號(hào)輸入端和輸出端兩個(gè)端口，但是因?yàn)閹庖种坪蛶?nèi)插損這兩個(gè)指標(biāo)是具有矛盾性的，而且放大器本身的前級(jí)濾波器插損也會(huì)對(duì)產(chǎn)生較大的噪聲系數(shù)，所以在射頻頻段進(jìn)行選擇性分配時(shí)應(yīng)當(dāng)著重注意利用放大器的輸出端濾波器優(yōu)勢(shì)，至于輸出端濾波器，一般保證其插損數(shù)值在2dB以?xún)?nèi)即可。
3.2增益的分配
接收機(jī)射頻部位、中頻部位以及變頻部位的增益加起來(lái)可以構(gòu)成其高頻總增益，這個(gè)增益數(shù)值的大小主要是由鑒頻器的性能和整機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)決定的。對(duì)于低噪音放大器而言，其噪聲系數(shù)是與增益值成正比的，如果增益過(guò)高會(huì)使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍變小，一般情況下將其控制在15dB到18dB之間是比較合理的。而射頻和中頻濾波器的插入損耗總和通常也在這個(gè)范圍，所以在選擇具有變頻增益功能的混頻器時(shí)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)在放大器的信號(hào)輸入級(jí)增加一定的電阻，以便對(duì)系統(tǒng)總增益進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
3.3噪聲的分配
影響接收機(jī)的噪聲系數(shù)的因素主要有兩方面，一個(gè)是設(shè)備元器件的噪聲系數(shù)，另一個(gè)就是系統(tǒng)增益值。所以在對(duì)接收機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行噪聲分配時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)選擇噪聲較低的放大器以及相匹配的放大器管子，其次就是在分配系統(tǒng)增益使，應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足其靈敏度的同時(shí)，盡可能降低其數(shù)值。
4基于接收機(jī)配置電路的程序方案設(shè)計(jì)
4.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
接收機(jī)配置電路的作用一方面是為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的信號(hào)傳輸，另一方面是為了實(shí)現(xiàn)與前端接收機(jī)參數(shù)配置的共享。本文在進(jìn)行配制電路程序設(shè)計(jì)時(shí)采用了STM32f103作為控制芯片，與上位機(jī)的通信是通過(guò)STM32自帶的USART1和MAX3232邏輯轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與前端接收機(jī)的參數(shù)配制傳遞則是通過(guò)STM32自帶的兩個(gè)SPI實(shí)現(xiàn)的。PC6-PC9四個(gè)管腳和中頻濾波器的四個(gè)開(kāi)關(guān)分別連接，實(shí)現(xiàn)了不同帶寬的中頻信號(hào)，然后通過(guò)STM自帶的ADC實(shí)現(xiàn)了輸入功率的采集。該種設(shè)計(jì)方法可以有效實(shí)現(xiàn)接收機(jī)第一級(jí)本振和第二級(jí)本振的頻點(diǎn)調(diào)節(jié)，從而更加準(zhǔn)確地定位選擇后端中頻，然后功率信號(hào)經(jīng)由第一級(jí)解調(diào)器傳輸至ADC管腳，完成數(shù)據(jù)采集。在接收機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，只要改變其第一級(jí)本振的輸出頻點(diǎn)，其下變頻射頻信號(hào)就可以轉(zhuǎn)換成一中頻，然后通過(guò)第二本振混頻到對(duì)應(yīng)的中頻信道。
4.2控制電路程序設(shè)計(jì)
配置電路上電后，首先完成STM32的時(shí)鐘、串口、SPI、ADC等內(nèi)外設(shè)配置。然后，系統(tǒng)等待3秒檢測(cè)串口是否有輸入‘T’值，若有則進(jìn)入IAP程序，該程序能夠通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)電路內(nèi)部應(yīng)用程序更新或者上傳，不用再提供專(zhuān)門(mén)的硬件下載接口。等待其完成更新或上傳，程序跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序處，完成操作。
4.2.1IAP程序部分關(guān)鍵代碼接收機(jī)上電后，看是否有輸入T或t。若有進(jìn)則入Main_Menu()函數(shù)，通過(guò)Ymodem協(xié)議更新應(yīng)用程序，或者將現(xiàn)有的應(yīng)用程序上傳至上位機(jī)。若沒(méi)有輸入T或者t，則程序直接跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序入口。
4.2.2應(yīng)用程序部代碼若串口接收非空，進(jìn)入命令參數(shù)解析函數(shù)Pll_ParaSet()，得到中頻帶寬或PLL1頻點(diǎn)參數(shù)，并設(shè)置。若未檢測(cè)到串口輸入，則信號(hào)功率函數(shù)Signal_Intensity()運(yùn)行，向上位機(jī)返回實(shí)時(shí)功率值。此處應(yīng)注意，應(yīng)用程序需要編譯為可執(zhí)行文件才可通過(guò)Ymodem協(xié)議發(fā)送，實(shí)現(xiàn)IAP升級(jí)，同時(shí)應(yīng)用程序與IAP程序的起始地址應(yīng)區(qū)分。
5結(jié)語(yǔ)
接收機(jī)的配置電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要綜合考量多方面的因素，并充分結(jié)合實(shí)際的系統(tǒng)使用需求，才能明確設(shè)計(jì)思路，做出最為恰當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)方案。尤其是在當(dāng)前信息化時(shí)代背景下，各類(lèi)空間信號(hào)紛繁復(fù)雜，而且日益增加，如果不能準(zhǔn)確選擇和區(qū)分信道以及頻段，很容易就會(huì)造成信息傳輸失敗或者混亂，影響人們對(duì)電子產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐過(guò)程中不斷對(duì)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能促進(jìn)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
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作者：李健麗 單位：哈爾濱文思教育咨詢(xún)有限公司