1、國家電工電子實驗教學中心電子系統課程設計設計報告國家電工電子實驗教學中心電子系統課程設計設 計 報 告設計題目： 摩斯電碼通信系統學 院：電子信息工程學院專 業： 通信工程學生姓名： 學 號： 任課教師： 張宇威 2015 年 4 月 26 日目 錄1 設計任務要求11.1 具體要求12 設計方案及論證22.1 任務分析22.2 方案比較32.3 系統結構設計52.4 具體電路設計83 制作及調試過程113.1 制作與調試流程113.2 遇到的問題與解決方法134 系統測試144.1 測試方法144.2 測試數據164.3 數據分析和結論185 系統使用說明195.1 系統外觀及接口說明195

2、.2 系統操作使用說明206 總結206.1 本人所做工作206.2 收獲與體會206.3 對本課程的意見與建議217 參考文獻21附錄一：發報機完整電路22附錄二：收報機完整電路231 設計任務要求本課題要求設計并制作一套如圖1所示的摩斯電碼通信系統。系統由發報機和收報機兩部分構成。發報機可以以人工或自動方式將數字報文轉換為摩斯電碼，并通過揚聲器以聲音信號的形式發送出去；收報機在接收到發報機發出的聲音電碼信號后，將其轉換為指示燈發光信號，并能自動翻譯為原始數字報文通過數碼管或液晶顯示器顯示。1.1 具體要求 1. 基本部分（1）發報機具有人工發報功能。但按下發報機上的“發報電鍵”時，發報機能

3、通過揚聲器發出特定的聲音信號，同時“發報指示燈”點亮；抬起“發報電鍵”后，揚聲器停止發聲，同時“發報指示燈”熄滅。發報機所發聲音信號為頻率為1kHz（偏差不超過±10Hz），且無明顯失真的單頻正弦波。（2）收報機在接收到發報機發出的1kHz聲音時，“收報指示燈”點亮，無1kHz聲音信號時，“收報指示燈”熄滅。收報機應僅對頻率為1kHz的聲音信號敏感，其他頻率的聲音信號無效，有效信號頻率范圍不超過1kHz±80Hz。（3）發報機與收報機之間的有效通信距離不小于30cm。（4） 發報機與收報機均采用直流+5V單電源供電，發報機與收報機不得共用同一電源。2. 提高部分（1）發報機

4、具有自動編碼功能。但按下發報機上的任意一個“數字發報鍵”時，發報機可自動發送一組該數字所對應的摩斯電碼。發報速度應在100300毫秒/時間單位范圍內。（2）收報機具有一位數字報文自動解碼顯示功能。當收報機接收到發報機以人工或自動方式發送的一位數字摩斯電碼后，可自動將其翻譯為原始數字報文，并在數碼管上顯示。（3）發報機具有ID一鍵發送功能。當按下發報機上的“ID發送鍵”后，發報機自動連續發送一組由8位數字構成的ID。（4）收報機具有連續數字報文自動解碼顯示功能。當收報機接收到發報機以人工或自動方式連續發送的一串摩斯電碼時，可顯示發送的數字報文內容。3. 擴展部分 在較好地完成基本部分和提高部分各

5、項要求的前提下，實現其他有意義的功能。如實現英文字符及符號通信功能、收報機發報速度自適應功能。2 設計方案及論證2.1 任務分析該設計任務主要分為兩部分：第一部分是具有人工和自動發報功能的發報機，第二部分為具有收報指示和解讀功能的收報機。下面具體分析以上兩部分的具體設計思路：1. 發報機設計要求分析根據發報機設計任務要求，發報機的組成及各部分功能如下：（1）發報鍵（手動、自動發報鍵及ID發送鍵）：發報鍵用于控制發報機聲音的發送；（2）發報指示燈：當發報機有聲音信號發送時，發報指示燈應點亮；（3）信號發生模塊：用于產生1kHz的正弦波；（4）聲音信號發送模塊：將正弦信號放大并通過揚聲器進行發送；

6、（5）編碼模塊：將自動發報鍵或ID發送鍵所對應的數字編碼為對應的摩斯電碼。通過以上分析可知，發報機的設計重點是1kHz正弦信號的生成和發送；以及自動發報的編碼功能。首先，對于1kHz正弦信號的產生，主要有以下幾種方法：第一，可以通過震蕩電路直接生成正弦波，如文氏電橋正弦波震蕩電路；第二，利用FPGA芯片及D/A轉換器，采用直接數字頻率合成技術，實現正弦信號的發生；第三，利用方波發生器和低通濾波器生成正弦信號，方波信號的傅里葉級數展開如式2-1： （式2-1）由此可見，方波信號的傅里葉級數展開只包含基波和奇次諧波分量。因此，可以利用低通或帶通濾波器濾除高頻的奇次諧波，得到基頻的正弦信號。對于正弦

7、聲音信號的發送，常用的方法是利用揚聲器發聲，而常見的小型揚聲器規格為8，0.5W。而上述幾種正弦波信號發生器的輸出功率遠不及此，因此，需要通過功率放大來實現音頻信號的輸出。對于發報機的自動編碼功能，則需要發報機能夠儲存預先編碼的摩斯電碼，并通過按鍵選擇相應的編碼進行發送。因此，自動編碼模塊需要具有儲存單元和地址選擇單元。如使用地址線與組合的數字邏輯電路，地址選擇單元將按鍵與儲存單元相連接，來實現數字發報鍵和預先存儲的摩斯電碼對應的功能；或者使用單片機，通過編程的方法實現以上功能。2. 收報機設計要求分析根據收報機設計任務要求，收報機的組成及各部分功能如下：（1）接收麥克風：用于接收由發報機發出

8、的1kHz聲音信號；（2）頻率選擇模塊：收報機僅對1kHz聲音信號敏感，而對其他頻率的信號不敏感；（3）收報指示燈：當收報機接收到1kHz聲音信號時，接收指示燈點亮；（4）報文自動解碼顯示模塊：當收報機接收到發報機以人工或自動方式連續發送的一串摩斯電碼時，可顯示發送的數字報文內容。 根據對收報機設計要求的分析，收報機設計的重點為頻率選擇模塊和報文自動解碼模塊。 首先，收報機要對接收到的聲音信號具有頻率選擇性，即僅對1kHz的聲音信號敏感。根據所給參考資料，該功能的實現需要借助由LM567為核心所構成的鎖相環音頻解調電路。通過查閱LM567技術文檔，當直流供電電源為+5V時，LM567的最小分辨

9、輸入電壓為20mVrms，而一般駐極體話筒的輸出電壓為10mV左右，不能達到LM567的最小分辨電壓，因此，駐極體話筒所采集到的音頻信號需要先經過前置放大，才能輸入鎖相環。 當輸入信號為1kHz時，LM567輸出為低電平，反之，為高電平。因此報文自動解碼顯示功能可以使用單片機和數碼管實現，LM567輸出連接單片機I/O引腳，通過單片機編程監測其輸入引腳電平變化，即可檢測到有報文輸入。然后，利用程序將受到的報文解碼翻譯，通過數碼管將解碼后的報文顯示出來。2.2 方案比較根據以上對任務要求的分析，已經明確了幾種發報機和收報機實現的方法，因此提出以下兩種發報機的設計方案和一種收報機的設計方案：1.

10、發報機設計方案 由于要實現發報機的自動編碼功能，因此，發報機需要使用到數字邏輯電路。考慮到數字電路中僅有高低電平兩種狀態，更容易產生方波；同時，利用震蕩電路直接生成正弦波有頻率穩定度低（10-210-3）的缺點，因此，以下兩種設計方案均采用通過方波濾波生成正弦信號的方法。方案一： 利用組合數字邏輯電路，控制方波發生器與低通濾波器的通斷，然后經功率放大后播放，實現手動或自動編碼的摩斯電碼輸出。方案原理圖如圖2-1。 首先，通過按鍵將對應的數字預置給計數器，計數器生成相應的地址選擇信號，傳送給，調取其中儲存的編碼信息，轉換為相應時長的高低電平后輸出，并通過與門控制1kHz方波的輸出；輸出的方波經過

11、低通濾波器轉換為正弦波，并通過功率放大電路后，有揚聲器發送。 該方案的優點是：方波信號獨立生成，頻率穩定性較高；缺點是：自動編碼模塊電路結構復雜，設計難度較大，且調試不方便。圖2-1 發報機方案一原理圖方案二： 利用單片機與按鍵外設，通過編程實現自動報文編碼和方波輸出，然后通過低通濾波器生成正弦波，經功率放大后由揚聲器播放聲音信號。方案原理圖如圖2-2。圖2-2 發報機方案二原理圖 該方案中，編碼信息的存儲和調用、1kHz方波信號的生成均由單片機及其內部程序完成。因此，該方案優點是：集成度較高，電路構成簡單，單片機部分僅需要最小系統與按鍵外設即可，系統調試靈活方便。缺點是：一，單片機負載能力較

12、差，與下級濾波電路連接時，需要考慮驅動問題；二，單片機輸出方波頻率受晶振頻率和軟件程序影響，頻率穩定性較差。2. 收報機設計方案 根據對設計任務的分析，收報機設計方案原理圖如圖2-3所示，圖2-3 收報機原理圖 該方案中，麥克風用于接收發報機發送的聲音信號，信號經過前置放大器放大后，傳送至鎖相環音頻解調電路，當收到的聲音信號且頻率為1kHz時，鎖相環電路輸出電平由高變為低，同時收報指示燈點亮，同時，該電平信號傳送給單片機I/O引腳，單片機利用定時器記錄每次到達的聲音信號的時長，并通過程序解碼翻譯出相對應的報文，然后通過數碼管進行收報顯示。2.3 系統結構設計1. 發報機結構設計 根據上一節中所

13、給出的兩種發報機設計方案，經過綜合考慮，方案二電路結構簡單，調試方便的特點使其更容易實現，因此，選定方案二為最終方案。 下面根據發報機設計方案的原理圖（圖2-2），具體介紹發報機的各個模塊：（1） 單片機自動編碼模塊 該模塊由單片機最小系統和按鍵外設構成，其中最重要的部分為自動編碼程序，程序設計流程圖如圖2-4所示：圖2-4 發報機自動編碼程序流程圖（2） 濾波電路設計 單片機可以通過程序控制，使其I/O引腳輸出1kHz方波信號，通過（式2-1）可知，方波信號的傅里葉級數展開只包含基波和奇次諧波分量。因此，要得到1kHz的正弦波信號，濾波器應能保留1kHz基頻分量，并將三倍頻及以上頻率的分量濾

14、除。所以，濾波器類型應為低通型濾波器，設計指標為：通帶截頻>1kHz，阻帶截頻<3kHz，通帶增益1dB，阻帶衰減40dB。 根據以上設計指標，利用FilterPro Desktop軟件，設計了如圖2-5的Sallen Key結構的四階切比雪夫型低通有源濾波器：圖2-5 低通濾波器原理圖 該濾波器理想頻率響應如圖2-6圖2-6 低通濾波器頻率響應 從頻率響應曲線可以看出，其1kHz增益為-0.421dB，-3dB截頻為1.35kHz，3kHz衰減為-38.5dB，指標符合設計要求。 其中值得注意的是，設計任務要求發報機為單電源供電，因此，選擇的運放應支持單電源供電，如LM324。（

15、3） 功率放大電路設計 經濾波器輸出的正弦信號功率較小，不足以推動規格為8，0.5W的揚聲器發出足夠大的聲音，因此需要進行功率放大。 功率放大電路常采用LM386芯片實現，其具有自身功耗低，增益可調，電源電壓范圍大，外界元件少很總諧波失真小等優點。 LM386實現功率放大的原理是通過其內部的差分放大電路和多級放大電路放大電流及電壓信號，其內部會有直流偏執來提供靜態工作點。因此，輸入LM386的信號中不應含有直流偏執，以免造成輸出信號的失真。2. 收報機結構設計 根據收報機設計方案的原理圖（圖2-3），具體介紹收報機的各個模塊：（1） 麥克風及前置放大電路 常用駐極體麥克風在+5V單電源供電的條

16、件下，輸出電壓幅度主要與幾點因素有關：一是聲音強度、二是麥克風與音源的距離，（以上兩點均在信噪比較大的情況下成立），其輸出電壓峰峰值大于在5mV30mV之間變化。LM567的最小分辨輸入電壓為20mVrms，因此前置放大電路電壓增益范圍應為100倍左右，效果較為理想。（2） 鎖相環音頻解調電路 鎖相環模塊最重要的組成部分是LM567，LM567為鎖相環音頻譯碼電路、即只有當輸入信號的頻率和電路自身的振蕩頻率相一致時，電路輸出低電平，否則輸出高電平LM567為鎖相環音頻譯碼電路。它在電路中的功用是作選頻用，即只有當輸入信號的頻率和電路自身的振蕩頻率相一致時，電路輸出低電平，否則輸出高電平。（3）

17、 收報解碼顯示模塊 該模塊功能主要利用單片機和數碼管實現。當音頻解調電路確認接收到的聲音信號為1kHz時，LM567輸出為高電平，利用單片機的I/O引腳讀取該電平變化的信息，通過其內部的計時器，即可計算出聲音信號的持續時間，從而實現解碼功能。 收報機解碼功能實現的程序框圖如圖2-7所示：圖2-7 解碼顯示功能程序框圖2.4 具體電路設計1. 發報機電路設計（1）單片機自動編碼模塊電路設計圖2-8 單片機自動編碼模塊電路 自動編碼模塊電路主要由單片機最小系統和按鍵外設構成，電路圖左側09十個按鍵為自動編碼按鍵，分別對應著數字09的電報編碼；右側LED1為“發報指示燈”，當有報文發送時，該指示燈亮

18、起，否則熄滅；另外三個按鍵分別對應著手動發報鍵，一鍵ID發送及數字/字幕切換按鍵。（2）低通濾波器電路設計圖2-9 低通濾波器電路 低通濾波器采用由LM324構成的有源低通濾波器，并采用Sallen Key結構，階數為4，并采用單電源供電，具體參數由FilterPro Desktop軟件設計生成。（3）功率放大電路設計 功率放大電路采用LM386典型功率放大電路，1、8管腳懸空，使其增益為20倍。其中電源與地之間接有100nF電容，7管腳與地之間連接有一47nF電容，以減輕電源波動對功放電路的影響。 發報機完整電路見附錄1。圖2-10 功率放大電路2. 收報機電路設計（1）話筒及前置放大電路設

19、計圖2-11 話筒及前置放大電路 前置放大電路采用三極管共射極放大電路，采用型號為S9013的NPN型三極管，其具體參數為：，。靜態工作點 （式2-2） 集電極電流 （式2-3） 電壓增益 （式2-4）其中 （式2-5）根據以上理論計算，輸出電壓符合下級輸入電壓要求。（2）鎖相環音頻解調電路設計圖2-12 鎖相環音頻解調電路 LM567的5、6腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f，即 （式2-6） 這里電阻的單位是k，電容的單位是uF，f的單位為kHz。根據式2-6，計算出在電容為0.1uF時5腳所需的電阻為9.09k左右。為避免由于元件誤差而帶來的鎖頻不準確的問題，我們選擇了使

20、用了10k的電位器。（3）自動解碼顯示電路設計圖2-13 自動解碼顯示電路 自動解碼顯示電路有單片機最小系統和數碼管外設構成，由LM567發送的電位信號傳送至單片機P10引腳，經單片機內部程序解碼后，有數碼管顯示報文信息。 收報機完整電路見附錄2。3 制作及調試過程3.1 制作與調試流程1. 發報機制作及調試流程 發報機制作及調制重點主要集中在硬件電路的制作和調試，而軟件部分相對簡單，因此，以下著重介紹硬件電路的制作和調試過程。 發報機的制作流程大致是：首先，各個模塊的按照電路圖進行獨立焊接，各模塊先進行獨立調試，符合功能要求后，再將各模塊相互連接，再進行整體調試。具體調試流程如下：（1）單片

21、機自動編碼模塊電路調試 單片機通過程序掃描按鍵輸入，并通過P10口輸出相應時長的1kHz方波，并通過示波器觀察波形是否符合要求。（2）濾波器電路調試 首先通過信號發生器模擬單片機產生的峰-峰值為5V，且具有2.5V直流偏執的方波信號，將其輸入濾波電路輸入端，通過示波器觀察輸出信號波形，發現輸出信號出現明顯的雙向截止失真。考慮到輸入信號幅度過大的可能，減小輸入信號峰-峰值，發現濾波器輸出信號逐漸恢復正常，為1kHz正弦波。（3）功率放大電路調試 通過信號發生器模擬經濾波電路產生的1kHz正弦波，幅度為濾波電路輸出信號幅度，將其輸入功率放大電路，并利用示波器觀察揚聲器兩端輸出電壓波形，不斷調節分壓

22、電位器，當輸入信號在200mV（峰-峰值）以內時，功率放大電路可輸出穩定且無失真的正弦波形，輸出電壓可在03V（峰-峰值）的范圍內變化，揚聲器發出的聲音清晰穩定。（4）濾波電路與功率放大電路級聯調試 由于濾波電路采用的是有源低通濾波器，因此不需要考慮阻抗匹配的問題，但其輸出的正弦信號中具有一定的直流分量，而功放電路中不允許輸入信號帶有直流分量，因此，濾波電路與功放電路之間應添加耦合電容，去除信號中的直流分量。 把耦合電容加到電路中之后，耦合電容與負債電阻構成的RC高通濾波器，其下限頻率不能高于信號輸入頻率，利用如下公式，即可計算出耦合電容的大小： （式3-1） 其中f為信號頻率，大小為1kHz

23、；R為負載電阻，即功放電路輸入電阻，約為20k；C即為所求耦合電容的大小。根據計算C的取值應大于8nF，本電路中取值為1uF。 添加耦合電容后的級聯電路，輸入（2）中符合要求的方波信號，通過示波器觀測揚聲器兩端輸出信號，輸出電壓可在03V（峰-峰值）的范圍內變化，揚聲器發出的聲音清晰穩定。（5）單片機自動編碼電路、濾波電路、功率放大電路級聯調試 在（2）調試過程中發現，輸入方波信號幅度不能過大，因此要在單片機輸出引腳和濾波器輸入端添加分壓電阻。同時，由于單片機最大負載能力較差，其輸出最大拉電流僅為1mA，為盡可能提高單片機的負載能力，應使其輸出電流盡可能大，根據歐姆定律，其分壓電阻阻值應為5k

24、。實際分壓電路如圖3-1所示。圖3-1 分壓電路電路圖 使用如圖分壓電路后，雖然單片機負載能力仍不足，但輸出信號的波形失真已明顯減小，濾波器及功放輸出波形也符合要求。 至此，發報機已基本制作調試完成，且功能基本符合設計要求。2. 收報機制作及調試流程 收報機硬件電路制作及調試過程與發報機基本一致，但其較發報機硬件電路稍簡單。但收報機軟件部分難度相對較大，以下分硬件及軟件兩部分介紹。首先介紹收報機硬件電路制作和調試過程。過程與發報機基本一致：首先，各個模塊的按照電路圖進行獨立焊接，各模塊先進行獨立調試，符合功能要求后，再將各模塊相互連接，再進行整體調試。具體調試流程如下：（1） 話筒及前置放大電

25、路調試 由于咪頭收到信號產生的電壓過于微小，只有幾十毫伏，所以需要進行放大處理。我們組使用的放大電路是基于三極管放大的原理。其中三極管S9013用來實現電流放大；集電極直流電源VCC用來確保三極管工作在放大狀態；集電極負載電阻RC將三極管集電極電流的變化轉變為電壓變化，以實現電壓放大。基極偏置電阻RB為放大電路提供靜態工作點。 耦合電容C1和C2用于隔直流通交流。調試過程中，我們使用示波器的CH1和CH2分別用來觀測話筒處及放大電路輸出的電壓，通過調節放大電路中的點位器對放大倍數進行調節，要滿足鎖相環輸入端可以檢測到信號輸入的電壓。具體放大倍數見表4-5。（2） 鎖相環音頻解調電路 通過2.4

26、節中的計算，將LM567中心內部壓控振蕩器中心頻率設置為1kHz時所需要的電容C=0.1uF，電阻R=9.09k。此處電阻使用10k電位器代替，并且我們在5V電源供電處與輸出端8腳之間加入了發光二級管，當8腳電壓由高跳變為低時，發光二極管點亮。之后用函數發生器產生1KHz的正弦波，加到鎖相環LM567的輸入端，再對音頻解調電路中的點位器進行調節，當調節到發光二級管點亮時，說明此時電阻調節合適。接著改變函數發生器產生信號的頻率，對電位器進行微調，使選頻頻率中心接近1kHz，即完成了鎖相環音頻解調電路的調試。（3） 前置放大電路與鎖相環音頻解調電路級聯調試 使用函數發生器產生1kHz的正弦波加到喇

27、叭上，使喇叭發出1kHz的聲波，此時對接收機進行供電，發現發光二級管點亮，說明前置放大電路與鎖相環解調電路功能同時實現，級聯測試成功。（4） 數碼管顯示電路調試 該調試過程是在沒有完成軟件前進行的，以便驗證硬件電路沒有問題：編寫程序，使數碼管從09依次顯示，如果沒有錯誤則說明硬件電路沒有問題。 對于軟件部分調試，直接下載程序到單片機進行驗證，往往不能發現程序具體錯誤出現在何處，因此，我們使用Keil的Debug功能，使用模擬I/O輸入，進行調試，效果較為理想。3.2 遇到的問題與解決方法在電路制作和調試過程中主要遇到了以下幾點問題：1. 單片機方波輸出引腳負載能力不足 這個問題在3.1節發報機

28、調試第（5）點中有所提及，由于單片機P1口內部為推挽式結構，輸出高電平時，最大輸出拉電流僅為1mA，而下一級有源低通濾波器輸入電阻為10 k，直接級聯則可能導致單片機輸出方波信號帶寬減小，波形出現失真，影響下一級電路的工作。 正確的解決方法應該是在單片機輸出端后加驅動電路，增強驅動能力。而由于電路設計問題，沒有使用此種方法，而是在輸出端接入分壓電阻（詳見3.1節），盡可能提高輸出電流，來增強負載能力。使用此種方法后，雖然單片機輸出方波仍存在一定的失真，但對下級影響較小，基本可以忽略。2. 濾波器與功放電路之間耦合的問題 由于濾波器采用單電源供電，其輸出信號具有一定的直流偏執，而功率放大電路中L

29、M386的輸入信號不允許有直流分量，因為其內部會給輸入信號添加直流偏執，因此，濾波器與功放電路之間需要添加耦合電容濾除直流分量（耦合電容參數的選擇詳見3.1節）。3. 收報機前置放大電路設計缺陷 收報機前置放大電路采用了一級共射極放大電路，之前在計算電路參數時電路為空載，沒有考慮LM567輸入阻抗對放大電路的影響。因此在實際電路中，由于級聯，前置放大電路的電壓增益會有所下降，但增益基本足夠，因此沒有進行更改。4. LM567輸出電位信號抖動 LM567輸出信號為高低電平，但由于接受信號混有噪聲等原因，可能會引起輸出電位變化時出現抖動，如圖3-2：圖3-2 LM567輸出電平抖動 這樣的抖動可能

30、會影響程序對電平的判別，從而出現解碼錯誤的情況。為了解決這個問題，我們從軟件入手，在程序中增加了消抖算法，一定程度上避免了由于信號抖動帶來的誤差。4 系統測試4.1 測試方法1. 發報機各項性能指標測試（1） 單片機輸出方波性能測試測試連接示意圖如圖4-1所示：圖4-1 單片機輸出方波性能測試連接示意圖方波輸出性能測試：將示波器CH1通道與單片機輸出引腳P10連接，觀察輸出信號的波形，并記錄波形的幅度、頻率等具體指標。詳細測試數據見4.2節。（2） 濾波器性能測試 測試連接示意圖如圖4-2所示：圖4-2 濾波器性能測試連接示意圖將示波器CH1通道與濾波器輸入端連接，示波器CH2通道與濾波器輸出

31、端連接，輸入信號為分壓后的單片機P10引腳輸出信號；觀察并記錄輸入、輸出信號的各項指標。詳細測試數據見4.2節。（3） 功率放大電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-3所示：圖4-3 功率放大電路性能測試連接示意圖 將示波器CH1通道與功放電路輸入端連接，示波器CH2通道與揚聲器兩端連接，輸入信號為分壓后濾波器輸出信號；觀察并記錄輸入、輸出信號的各項指標。詳細測試數據見4.2節。（4） 發報機自動編碼輸出性能測試 測試連接示意圖如圖4-4所示：圖4-4 發報機自動編碼輸出性能測試連接示意圖 將示波器CH1通道與揚聲器兩端相連，示波器掃描時間設置為200ms，依次按下09十個自動編碼發報鍵，觀察示

32、波器所顯示的五位電碼所持續的時間。詳細測試數據見4.2節。2. 收報機各項性能指標測試（1） 話筒及前置放大電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-5所示：圖4-5 話筒及前置放大電路性能測試連接示意圖將示波器CH1通道與前置放大電路輸出端相連，發報機與收報機之間最短距離為30cm，發報機持續發出1kHz正弦波音頻信號，觀察并記錄輸出信號的各項指標詳細測試數據見4.2節。（2） 鎖相環音頻解調電路性能測試 測試連接示意圖如圖4-6所示：圖4-6 鎖相環音頻解調電路性能測試連接示意圖 將信號發生器輸出接測試用揚聲器，調整信號發生器輸出正弦信號頻率，使揚聲器發出0.8kHz、0.9kHz、1.0kHz

33、、1.1kHz、1.2kHz五種頻率的聲音信號，觀察鎖相環音頻解調電路“收報指示燈”是否隨聲音信號的頻率變化。具體測試數據見4.2節。（3） 收報機一位解碼顯示功能測試 使用發報機自動編碼發送十個數字電碼，觀察收報機是否正確顯示相應數字。具體測試數據見4.2節。（4） 收報機連續解碼顯示功能測試 使用發報機ID一鍵發送方式連續發送8位數字電碼，觀察收報機是否正確顯示相應數字報文序列。具體測試數據見4.2節。4.2 測試數據1. 發報機各項性能指標測試數據（1） 單片機輸出方波性能測試數據表4-1單片機輸出方波性能測試數據序號輸出信號波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(V)1

34、方波無1.0075.032.522方波無1.0054.982.493方波無1.0025.012.53 （注：測試時P10口為空載。）（2） 濾波器性能測試數據表4-2 濾波器性能測試數據序號輸入波形輸出波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1方波正弦波輕微失真1.0061.182.732方波正弦波輕微失真0.9971.17-5.813方波正弦波輕微失真1.0021.17-5.31（注：濾波器具體失真情況與功方電路失真情況相同。）（3） 功率放大電路性能測試數據表4-3 功放電路性能測試數據序號輸入波形輸出波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)直流偏置(mV)1正

35、弦波正弦波輕微失真1.0052.95-5.72正弦波正弦波輕微失真0.9993.003.13正弦波正弦波輕微失真1.0002.973.1（注：功放電路具體失真情況見4.3節圖4-7。）（4） 發報機自動編碼輸出性能測試數據表4-4 發報機自動編碼輸出性能測試數據發報鍵第一位持續時長(ms)第二位持續時長(ms)第三位持續時長(ms)第四位持續時長(ms)第五位持續時長(ms)110030030030030021001003003003003100100100300300410010010010030051001001001001006300100100100100730030010010010

36、0830030030010010093003003003001000300300300300300（注：每位電碼之間間隔時間均為100ms。）2. 收報機各項性能指標測試數據（1） 話筒及前置放大電路性能測試數據表4-5 話筒及前置放大電路性能測試數據測試距離(cm)輸入信號峰峰值（mV）輸出信號波形是否有明顯失真頻率(kHz)峰-峰值(V)電壓增益1023正弦波底部截止失真0.9932.491082011.75正弦波輕微失真1.0201.61137309.5正弦波基本沒有1.0100.96101（注：測試時輸出端為空載，測試環境噪聲較小。）（2） 鎖相環音頻解調電路性能測試表4-6 鎖相環音

37、頻解調電路性能測試輸入信號頻率(kHz)0.80.91.01.11.2收報指示燈狀態不亮不亮亮不亮不亮（注：測試距離為30cm。）（3） 收報機一位解碼顯示功能測試表4-7 收報機一位解碼顯示功能測試發送數字1234567890接收數字1234567890（注：測試距離為20cm。）（4） 收報機連續解碼顯示功能測試表4-8 收報機連續解碼顯示功能測試序號發送序列接收序列112211160122111602122111891221118931229201812292018 （注：測試距離為20cm。）4.3 數據分析和結論根據測試數據，發報機在按下手動發報鍵后，揚聲器可輸出正弦波頻率為1kHz

38、±10Hz的正弦波，同時“發報指示燈”點亮；輸出波形有輕微失真（見圖4-7）；同時，收報機僅對1kHz聲音信號敏感，并且“收報指示燈”隨聲音信號亮滅，有效通信距離30cm；收、發報機均為+5V單電源供電。基本滿足設計任務基本部分的要求。其次，發報機具有自動編碼功能，能夠發送09十個數字所對應的摩斯電碼，發報速度為100ms/單位時間；收報機具有一位數字報文自動解碼功能，能夠將發報機所發送的數字摩斯電碼解碼顯示。同時，發報機具有ID一鍵發送功能，能夠發送一組8為數字構成的ID；收報機具有連續數字報文自動解碼顯示功能，能夠連續解碼顯示多位數字報文。滿足設計任務提高部分要求。在此基礎上，發

39、報機具有英文字母發送功能，收報機具有英文字母解碼顯示功能，并且收報機還具有數字報文發報速度自適應功能。滿足拓展部分的要求。對于以上提到的發報機輸出波形的輕微失真，具體的誤差分析如下：該波形失真情況比較類似交越失真，其出現在正弦信號過零點位置上下，其產生的原因我認為與單電源供電有關。當LM324使用單電源供電時，輸入信號需要添加直流偏執，該直流偏執應等于運放內部直流靜態工作點，即所謂的“虛地”，相當于將運放的直流供電電源變為±VCC。但在實際電路中，由于元件的誤差，輸入信號的直流偏執于運放內部靜態工作點不可能完全一致，導致運放靜態工作點失調，使波形出現失真。圖4-7 發報機揚聲器輸出波

40、形以上有關信號失真的分析是我經過查閱資料后分析總結出的。可能會有紕漏甚至錯誤，請諒解。5 系統使用說明5.1 系統外觀及接口說明1. 發報機外觀及接口說明 從發報機實物圖5-1中我們可以看出，所有的指令按鍵都是獨立焊在一塊電路板上的，這樣使整個操作頁面非常簡潔大方。最上面的三個較大的按鍵從左到右的功能分別為發報按鍵，一鍵ID發報以及數字英文轉換按鍵。下面的兩排按鍵在數字發報模式下代表09的摩斯碼發報。在英文字母模式下代表字母的摩斯碼發報。發報機的底層從左到右分別為單片機模塊，濾波模塊以及功率放大模塊。5V供電接左上方的紅色導線，地接黑色導線。左上角的電源開關控制整個發報機的供電，按下電源開關，

41、發報機就可以正常工作。圖5-1 發報機實物圖2. 收報機外觀及接口說明 接收機電路從左到右分別為放大器模塊，鎖相環模塊，單片機模塊以及數碼管模塊。5V供電接于最上方的排針，地接于最下方的排針，左上角的電源開關控制整個接收機的供電，按下電源開關，接收機就可以正常工作。圖5-2 收報機實物圖5.2 系統操作使用說明首先將兩個獨立的5V電源分別于發報機、收報機相連；調整發報機與接收機距離大于30cm；按下電源開關，此時收、發報機處于待機狀態。長按發報機手動發報鍵，可以聽到從發送端揚聲器發出的1KHz的聲波，并且“發報指示燈”亮起，同時收報機“收報指示燈”也會亮起。分別按下自動編碼09按鍵，可以觀察到收報機的“接收指示燈”隨聲波和“發報指示燈”有規律的閃動。發報結束后，數碼管會顯示發報機所按按鍵的相應數字。按下ID發送鍵，發報機