无线射频基础创新实验中数传电路设计

摘要：无线射频基础实验系列致力于本科生创新意识和创新能力培养。此实验系列通过MODEM模块和数字接口可实现数字通信。若配合各种传感器和计算机控制，可构成多种无线监控系统。该系统具有稳定可靠、经济可行等特点。
关键词：创新实验；数字通信；MODEM；监控系统

0 引言
    2006年7月教育部高教司在太原主持召开的国家级实验教学示范中心工作会议强调，每个国家级实验教学中心应开发较高水平的创新性实验项目及在全国起到辐射、推广作用。我校电工电子教学示范中心积极响应，开发了一系列操作性强、易扩展、对本科实践教学起到良好推动作用的项目。无线射频基础实验系列就是其中之一。
    数传通信在水、电、气、油、灯等市政工程和工业领域的无线监控系统中得到广泛应用，其核心部分就是数传电台，是典型的射频通信电路，其性能的优劣直接影响到监控系统的通信质量。数传通信是典型的数字通信射频无线收发电路。比较常见的对讲机多了数字通信接口，内部电路极具代表性。数传通信其典型应用是物联网中最关键的RFID技术。

1 数传电路设计
1．1 设计思想
    模拟无线通信系统有发射和接收两部分。发射部分包括调制、压控振荡器、功率放大和锁相环路等射频基础常见电路，接收部分包括射频放大、混频及解调等射频基础电路。在无线通信系统创新实验的模拟通信电路基础上，增加数传模块(MODEM)和数字接口，扩展创新实验的功能，对培养学生的创新开发能力很有意义。设计框图如图1所示。

1．2 主要芯片
    设计采用日本OKI公司生产的调制解调芯片MSM7B，由单电源供电(3～5 V)，芯片通过频移键控方式(Frenquency Shift Keying，FSK)工作，通信速率为1．2 Kb／s，其FSK输出可直接驱动600 Ω通信电路，并在片内完成连续的异步通信所需的调制、解调和滤波。内部设计确保可与低速调制解调器和耦合器兼容，所有数据接口与TTL电平兼容。具有价格低廉、功耗低、性能良好等特点。
    MSM7512B芯片在数据传输中的应用框图如图2所示。

2 数传通信实验设计
2．1 手动MODEM发送、接收电路
    手动发送方式：MOD0，MOD1置低电平，发送识别置低电平，MODEM芯片MSM7512B工作于调制模式。手动发送电路设计如图3所示。

    若设置高／低电平(数据输入线)为低电平，则MSM7512B的17脚(XD)为低电平，用示波器则可观察到MSM7512B的5脚(A0)输出有2．1 kHz频率波形，调整RP1在N2A输出端可达到500 mVp-p；若设置高／低电平为高电平，则MSM7512B的17脚(XD)为高电平，用示波器则可观察到MSM75 12B的5脚(A0)输出有1．3 kHz频率波形，调整RP1在N2A输出端可达到500 mVp-p。
    手动接收方式：MOD0置高电平，MOD1置低电平，MODEM芯片MSM7512B工作于解调模式。此时若将上述的2．1 kHz或1．3 kHz的FSK信号(幅度约500 mVp-p)送入解调输入端A1，则解调输出RD分别对应低电平或高电平。同时可用来检测输入信号。
2．2 无线射频MODEM数据通信实验1设计
    将MODEM电路与无线射频基础系统相连接，如图4所示。A系统板作为发射，B系统板用于接收，二者设置相同的工作频率。数据输入端分别输入高、低电平，用示波器检测B板接收MODEM电路的解调输出，观察电平变化情况。

2．3 无线射频MODEM数据通信实验2设计
    如图5所示，A系统板：将计算机1串口的3脚(TXD)数据发送端连接到MODEM的数据输入端，计算机串口的5脚(GND)连接到MODEM的地，打开串口调试程序，设置波特率为1 200 b／s，数据位长度，奇偶校验位和停止位参数，输入一些字符，并打开数据循环发送功能。B系统板：将MODEM的数据输出连接到计算机2的串口的2脚(RXD)和5脚(GND)，将计算机2串口参数设置同计算机1，如果需要的话设置计算机2接收缓冲区，观看计算机2接收区显示内容与计算机1发送内容是否相同。因计算机接口用的是RS 232电平，通信时可通过MAX 232实现RS 232电平和TTL电平转换。

3 结语
    采用无线射频的方式来发送数据。由于无线射频通信方式一般不能直接处理数字信号，若采用MSM7512B把数字信号调制为模拟信号，就可实现数字通信。反之，接收方也用MSM7512B将接收的FM模拟信号解调为数字信号。
    无线射频基础实验系列经过几届学生的设计实践，日趋成熟。学生普遍感觉是毕业前一次比较全面的工程实践，收获颇丰，且系统和其他相关射频电路结合可进行扩展，如射频合成信号发生、射频矢量接收机、简易频谱分析仪及RFID等。