Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin vô tuyến thì thiết bị vô tuyến điện đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải tin tức đi xa. Thiết bị thu phát được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thông tin như phát thanh truyền hình, thông tin di động, thông tin quân sự… Do chi phí thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và ổn định PLL đã trở thành một thiết bị phổ biến trong các hệ thống truyền thông hiện đại đặc biệt là trong truyền dẫn không dây. Để nghiên cứu kĩ hơn và thiết kế bộ tổng hợp tần số. Vì lí do này, em đã chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và thực hiện máy tổng hợp tần số dải tần FM”. Nội dung bài báo cáo gồm có 3 chương: • Chương I. Tổng Hợp Tần Số • Chương II. Tổng Hợp Tần số PLL • Chương III. Thiết Kế, Thực Hiện Và Đo Đạc Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy trong khoa Viễn Thông II đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập. Và đăc biệt, em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Tấn Nhân, người đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu, xây dựng và hoàn thành đồ án. Dù đã có nhiều cố gắng nhưng đề tài không thể tránh khỏi nhiều thiếu xót. Vì vậy, em mong nhận được sự phản hồi, đóng góp từ các Thầy. Em xin chân thành cảm ơn!
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THƠNG II ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHĨA: 2013-2018 Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MÁY TỔNG HỢP TẦN SỐ DẢI TẦN FM Mã Số Đề Tài: 17 – N13DCVT119 Lớp: D13CQVT02-N Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN TẤN NHÂN Tháng 12 Năm 2017 TP.HCM – 2017 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NIÊN KHĨA: 2013-2018 Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MÁY TỔNG HỢP TẦN SỐ DẢI TẦN FM Mã Số Đề Tài: 17 – N13DCVT119 NỘI DUNG: - CHƯƠNG I: Tổng Hợp Tần Số - CHƯƠNG II: Tổng Hợp Tần số PLL - CHƯƠNG III: Thiết Kế, Thực Hiện Và Đo Đạc Lớp: D13CQVT02-N Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN TẤN NHÂN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG HỢP TẦN SỐ 1.1 Phương pháp tổng hợp tần số 1.1.1 Tổng hợp tần số PLL 1.1.2 Tổng hợp tương tự trực tiếp 1.1.3 Tổng hợp số trực tiếp .3 1.2 Thông số tổng hợp tần số 1.3 Phân tích so sánh CHƯƠNG II TỔNG HỢP TẦN SỐ PLL .8 2.1 Vịng khóa pha 2.2 Ứng dụng vịng khóa pha 2.3 Tổng hợp tần số PLL .9 2.3.1 Bộ so pha nạp điện tích 10 2.3.2 Dao động thạch anh VCO 13 2.3.3 Lọc vòng .13 2.3.4 Bộ chia 14 2.4 Các thông số chủ yếu tổng hợp tần số PLL 14 2.5 Tổng hợp N nguyên .15 CHƯƠNG III THIẾT KẾ, THỰC HIỆN VÀ ĐO ĐẠC 20 3.1 Thiết kế 20 3.1.1 Khối tổng hợp tần số PLL 20 3.1.1.1 VCO 20 3.1.1.2 Lọc vòng .21 3.1.1.3 Thiết kế PCB cho PLL .23 3.1.2 Khối Điều Khiển MCU 24 3.1.3 PCB cho khối nguồn 12VDC 25 3.1.4 Thuật toán lập trình điều khiển PLL MC145170 26 3.1.5 Lập trình PIC 16F877A điều khiển MC145170 27 3.2 Lắp ráp hoàn thiện .36 3.3 Đo Đạc 37 KẾT LUẬN .40 iii PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TÀI LIỆU THAM KHẢO iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tổng hợp tần số PLL .2 Hình 2.1: vịng khóa pha Hình 2.2: vịng khóa pha có lọc vịng .8 Hình 2.3: Tổng hợp tần số PLL Hình 2.4: PFD dựa DFF (flip-flop) 11 Hình 2.5: Sơ đồ pha PFD 11 Hình 2.6: Dị pha EXOR .12 Hình 2.7: Dị pha JK flip-flop 12 Hình 2.8: Tổng hợp N nguyên đơn .15 Hình 2.9: PLL N nguyên với chia tham chiếu 16 Hình 2.10: PLL N nguyên với chia trước 16 Hình 2.11: PLL N nguyên với chia trước kép 17 Hình 2.12: PLL N nguyên với chia trước modulus .18 Hình 3.1: VCO colpitts 20 Hình 3.2: Tổng hợp tần số PLL MC145170 sử dụng lọc vòng opamp NE5532 21 Hình 3.3: PCB PLL 23 Hình 3.4: sơ đồ nguyên lý MCU 24 Hình 3.5: PCB khối điều khiển .25 Hình 3.6: PCB khối nguồn 12VDC .25 Hình 3.7: Thuật tốn lập trình điểu khiển MC145170 26 Hình 3.8: Bên Trong sản phẩm sau lắp ráp .36 Hình 3.9: Mặt trước sản phẩm 36 Hình 3.10: Máy đếm tần số U2000A 37 Hình 3.11: Máy phân tích phổ R4131D 37 Hình 3.12: Thực đo với máy đếm tần số .38 Hình 3.13: Phổ ngõ 88Mhz 38 Hình 3.14: Phổ ngõ 108Mhz 39 v LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ thông tin vô tuyến thiết bị vơ tuyến điện đóng vai trò quan trọng việc truyền tải tin tức xa Thiết bị thu phát sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thông tin phát truyền hình, thơng tin di động, thơng tin quân sự… Do chi phí thấp, tiêu thụ lượng thấp ổn định PLL trở thành thiết bị phổ biến hệ thống truyền thông đại đặc biệt truyền dẫn không dây Để nghiên cứu kĩ thiết kế tổng hợp tần số Vì lí này, em chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thực máy tổng hợp tần số dải tần FM” Nội dung báo cáo gồm có chương: • Chương I Tổng Hợp Tần Số • Chương II Tổng Hợp Tần số PLL • Chương III Thiết Kế, Thực Hiện Và Đo Đạc Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy khoa Viễn Thông II tạo điều kiện giúp đỡ em trình học tập Và đăc biệt, em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Tấn Nhân, người tận tình hướng dẫn em q trình nghiên cứu, xây dựng hồn thành đồ án Dù có nhiều cố gắng đề tài khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu xót Vì vậy, em mong nhận phản hồi, đóng góp từ Thầy Em xin chân thành cảm ơn! Ngày 09, tháng 12, năm 2017 Sinh Viên Thực Hiện LỚP: D13CQVT02-N TRANG CHƯƠNG I TỔNG HỢP TẦN SỐ CHƯƠNG I TỔNG HỢP TẦN SỐ Tổng hợp tần số kỹ thuật tạo nhiều tần số tín hiệu, tất bắt nguồn từ tín hiệu tham chiếu thời gian gốc Nói chung, sóng sin áp dụng cho tất ứng dụng vô tuyến, truyền thông, hình ảnh điện tử Có hai cách để tạo dạng sóng: kỹ thuật số tạo tất thông số pha, tần số biên độ (tổng hợp trực tiếp) sử dụng tín hiệu có để tổng hợp gián tiếp Tổng hợp tần số phương pháp phổ biến sử dụng để tạo dao động tần số cao thiết bị truyền thông đại Được thực thông qua việc sử dụng PLL bao gồm: • Dao động điều khiển điện áp (VCO) • Bộ so pha (PD) • Bộ chia • Lọc vịng (LF) Tín hiệu tham chiếu Bộ so pha (PD) Lọc vịng (LF) VCO Bộ chia Hình 1.1: Tổng hợp tần số PLL Tổng hợp tần số PLL kiễm soát Đầu đầu vào cách so sánh điều chỉnh có sai lệch pha tần số Điều cần thiết nhiều thiết bị liên lạc mà địi hỏi phải tạo tần số định Nếu tín hiệu đầu vào tham chiếu từ dao động thạch anh thạch anh, tín hiệu đầu ổn định dao động thạch anh ổn định tần số Tổng hợp tần số Lợi sản xuất số tần số ổn định, Sử dụng rộng rãi hầu hết thiết bị truyền thông đại, đặc biệt thiết bị không dây LỚP: D13CQVT02-N TRANG 1.1 Phương pháp tổng hợp tần số Ba phương pháp sử dụng cho tổng hợp tần số (FS) Đó là: Tổng hợp tần số PLL Tổng hợp tương tự trực tiếp (DA) Tổng hợp số trực tiếp (DDS) 1.1.1 Tổng hợp tần số PLL Tổng hợp tần số PLL phương pháp phổ biến Ứng dụng hệ thống radar tinh vi thiết bị đầu cuối truyền thông vệ tinh radio xe hệ thống âm stereo cho giải trí gia đình Về hệ thống thơng tin hồi tiếp khóa tần số đầu đến tần số tham chiếu Sự phổ biến đơn giản giá thành thấp 1.1.2 Tổng hợp tương tự trực tiếp Một nhóm tần số bắt nguồn từ tần số tần số trộn lẫn lọc, thêm vào, trừ đi, chia theo đầu u cầu Chúng ta khơng có chế hồi tiếp phương pháp Phương pháp có ưu điểm cung cấp độ tinh khiết quang phổ tuyệt vời, đặc biệt gần với tốc độ chuyển đổi tuyệt vời tham số quan trọng nhiều thiết kế xác định tốc độ tổng hợp nhảy từ tần số sang tần số khác Nhưng phương pháp DA phức tạp PLL đắt Nó có ứng dụng hình ảnh quang phổ y học, truyền thông phản quang nhanh mô radar, mô điện tử (EW), thiết bị kiểm tra tự động (ATE), đo RCS 1.1.3 Tổng hợp số trực tiếp Trong phương pháp mạch kỹ thuật số công nghệ sử dụng để tạo, thao tác điều chỉnh tín hiệu số cuối chuyển đổi tín hiệu số sang dạng tương tự cách sử dụng chuyển đổi tương tự số (digital analogue converter DAC) Mặc dù tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp phát minh gần 40 năm trước, bắt đầu thu hút ý 20 năm qua tiến triển to lớn công nghệ số bắt đầu Các kỹ thuật công cụ lĩnh vực phát triển, phát triển thành cơng cụ kinh tế, hiệu cao phương pháp tổng hợp tần số chủ yếu sử dụng hầu hết nhà thiết kế tổng hợp từ nhà sản xuất dụng cụ đến ứng dụng truyền thơng vệ tinh, radar, hình ảnh y tế điện thoại di động Và đài phát nghiệp dư Nó cung cấp tốc độ chuyển đổi nhanh, độ phân giải cao (bước nhảy tổng hợp), kích thước nhỏ điện thấp, kinh tế tốt, độ tin cậy producibilty thiết kế kỹ thuật số Cũng tín hiệu điều khiển phương pháp số, nên dễ dàng thao tác đạt tính khơng đạt kỹ thuật tương tự thường giao tiếp với máy tính để kiểm soát tổng hợp Một hạn chế lớn phương pháp khơng có khả mở rộng phạm vi tần số tổng hợp GHz; Hy vọng điều đạt tương lai Fractional-N PLL tương tự DDS hầu hết khía cạnh hoạt động 'DDS' bên kiến trúc PLL 1.2 Thông số tổng hợp tần số Giống sản phẩm kỹ thuật khác, tổng hợp tần số (FS) cần đáp ứng thông số định Tầm quan trọng thông số kỹ thuật phụ thuộc vào khu vực mà tổng hợp áp dụng Đối với đài phát phải xác vừa phải, đáng tin cậy, nhỏ không tốn kém, FS sử dụng chụp cộng hưởng từ (MRI) phải xác, phải có độ tinh khiết phổ cao, phải có khả nhảy tần số nhanh cần khả điều chế khác Cũng phải xem xét đến môi trường nơi sử dụng thiết bị Tất điều làm cho cần nhà thiết kế để so sánh chi tiết kỹ thuật với giải pháp kinh tế thực tiễn tốt Các đặc điểm chung bao gồm: Phạm vi tần số Nó định dải tần số đầu bao gồm tần số thấp cao thu từ FS Độ phân giải tần số Nó cịn gọi bước nhảy; Nó định tần số tối thiểu gia số tần số Nhiễu pha Mỗi tín hiệu tạo có nguồn gốc từ dao động mà thường khuếch đại hồi tiếp tích cực với mạch cộng hưởng đường dẫn hồi tiếp chúng Vì nhiễu ln tồn mạch, bật lên, nhiễu khuếch đại dải cộng hưởng đạt mức độ bão hịa Do đó, chất lượng tín hiệu thường xác định cộng hưởng Q Tham số xác định pha đầu so với đầu lý tưởng Nhiễu pha tham số biểu diễn nhiều cách khác nhau: đo nhiễu FM hertz, nhiễu trung bình gốc (RMS) nhiễu pha theo độ RMS, đo tạp nhiễu tích hợp băng thơng định xung quanh sóng mang không bao gồm ± Hz xung quanh Tốc độ chuyển đổi Định nghĩa tốc độ mà FS nhảy từ tần số sang tần số khác Chúng ta có nhiều định nghĩa khác cho tham số này, bao gồm thời gian cần thiết để giải tần số xác định (± x Hz) từ tần số mong muốn mới, thời gian cần pha pha đầu để giải thành 0.1 radian pha cuối Hài Tham số xác định mức độ hài tần số đầu phụ thuộc vào nhiều thành phần bên FS Nó biểu diễn dB tương đối so với công suất tần số đầu Tín hiệu giả Nó xác định mức độ phổ đầu rời rạc khơng liên quan đến sóng mang Hài hầu hết không xem giả mạo, phép nhân xem giả mạo Tham số biểu diễn decibel so với công suất đầu sóng mang Khơng giống nhiễu, tín hiệu giả mạo phân biệt phổ khơng liên quan đến sóng mang, có nghĩa chúng biểu tuần hoàn Điều khiển giao tiếp Phương pháp điều khiển giao tiếp với FS Việc điều khiển theo mã (BCD) nhị phân; Có thể truyền song song thông qua bus (thường 8-bit bus) nối tiếp ... NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MÁY TỔNG HỢP TẦN SỐ DẢI TẦN FM Mã Số Đề Tài: 17 – N13DCVT119 NỘI DUNG: - CHƯƠNG I: Tổng Hợp Tần Số - CHƯƠNG II: Tổng Hợp Tần số PLL - CHƯƠNG III: Thiết Kế, Thực Hiện Và. .. pháp tổng hợp tần số Ba phương pháp sử dụng cho tổng hợp tần số (FS) Đó là: Tổng hợp tần số PLL Tổng hợp tương tự trực tiếp (DA) Tổng hợp số trực tiếp (DDS) 1.1.1 Tổng hợp tần số PLL Tổng hợp tần. .. dây Để nghiên cứu kĩ thiết kế tổng hợp tần số Vì lí này, em chọn nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu thực máy tổng hợp tần số dải tần FM? ?? Nội dung báo cáo gồm có chương: • Chương I Tổng Hợp Tần Số •