北交大电子系统课程设计报告（最终版） - 图文

国家电工电子实验教学中心

电子系统课程设计

设 计 报 告

设计题目： 模拟机车信号系统

学 院： 电子信息工程学院 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号：

任课教师： 王睿

2016 年 5 月 18 日

目录

1 设计任务要求 ..................................................... 3 2 设计方案及论证 ................................................... 3

2.1 任务分析（分模块方案分析） ................................. 3

2.1.1 信号发生 .............................................. 3 2.1.2 调制电路与解调电路 .................................... 4 2.1.3 功放电路 .............................................. 8 2.1.4 耦合通信 .............................................. 9 2.1.5 前置放大电路 .......................................... 9 2.1.6 正弦波转换电路 ....................................... 10 2.1.7 显示电路 ............................................. 11 2.2 方案比较 .................................................. 12

2.2.1 发射部分 ............................................. 12 2.2.2 接收部分 ............................................. 12 2.3 系统结构设计 .............................................. 14

2.3.1 发射部分 ............................................. 14 2.3.2 接收部分 ............................................. 14 2.4 具体电路设计 .............................................. 14

2.4.1 发射部分 ............................................. 14 2.4.2 接收部分 ............................................. 15 2.5 单片机软件算法流程 ........................................ 16

2.5.1 发射部分 ............................................. 16 2.5.2 接收部分 ............................................. 17

3 制作及调试过程 .................................................. 17

3.1 制作与调试流程 ............................................ 17

3.1.1 资料查阅 ............................................. 17 3.1.2 设计电路，确定方案 ................................... 17 3.1.3 电路焊接 ............................................. 18 3.1.4 分模块调试 ........................................... 18 3.1.5 各模块组合调试 ....................................... 18 3.2 遇到的问题与解决办法 ...................................... 19

3.2.1 方案确定问题 ......................................... 19 3.2.2 电路调试问题 ......................................... 20 3.2.3 其他问题 ............................................. 21

4 系统测试 ........................................................ 21

4.1 测试方法（含接线图） ...................................... 21 4.2 测试数据（表格） .......................................... 22 4.3 数据分析和结论 ............................................ 22 5 系统使用说明 .................................................... 22

5.1 系统外观及接口说明（含实物照片） .......................... 22 5.2 系统操作使用说明 .......................................... 23 6 总结 ............................................................ 23

6.1 本人所做工作 .............................................. 23

6.1.1 方案确定及电路设计 ................................... 23

1

6.1.2 电路焊接 ............................................. 23 6.1.3 系统调试 ............................................. 23 6.2 收获与体会 ................................................ 24

6.2.1 能力方面 ............................................. 24 6.2.2 思想方面 ............................................. 24 6.3 对本课程的建议 ............................................ 25 7 参考文献 ........................................................ 25

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1 设计任务要求

设计并制作一个如图所示的模拟机车信号系统，系统能够模拟车载接收设备（以下简称接收机）通过无线方式从轨道中提取地面信号发射机（以下简称发射机）注入到轨道中的信号并进行显示的功能。

10cm学号发送键电源指示灯电源DC电源DC信号指示模拟轨道电源指示灯数字发送键123传感器车载设备123（接收机）地面信号（发射机）

图1-1 模拟机车信号系统示意图

2 设计方案及论证

2.1 任务分析（分模块方案分析）

2.1.1 信号发生

a. 频率可调555方波发生器

由555定时器构成的多谐振荡器可以产生频率可调的方波，且由于其内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，利用555定时器产生的频率受电源电压和温度变化的影响很小。 振荡频率为：

电路输出波形占空比为：

电路图如下:

3

图 2-1 频率可调555方波发生电路

b.利用单片机实现

利用单片机可产生频率可调的方波。通过改变编程即可改变方波频率，且编程较为容易实现。

2.1.2 调制电路与解调电路

概念：调制就是用调制信号去控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。常见调制方法有调幅（AM）、调频(FM)、调相(PM)等。常见的调制电路有乘法器、开关电路调制、信号相加调制等。

原因：信号调制的原因主要有三方面。一是将基带信号的低通频谱搬移到较高的载波频率上，可以使发送信号的信号频谱符合传输信道的频谱特征。简单理解，就是信号调制以后可以传得更远，提高无线通信时的天线辐射效率；二是可以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信号的多路复用，提高信道利用率；三是可以扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰弱能力。本实验中使用调制电路，主要考虑到可以增加传输距离，增强抗干扰能力。

方式：调制的方式是由载波信号的可变参数决定的，以下是一个简单的载波信号：

这里的是载波信号的中心频率，是振幅，是相位。载波信号的可变参数只有振幅、频率和相位，所以调制方式也就有三种。

基本的数字调制解调有ASK、FSK、PSK三种。 a.ASK调制与解调 调制：

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。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载

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