接收機配置電路的程序設(shè)計研究
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[摘要]新時代的到來給人們的生活和工作帶來了巨大的改變，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)等多種先進技術(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，信號接收機成為了必不可少的電子設(shè)備，為了能夠更好地進行信號接收和處理，相關(guān)工作人員就必須根據(jù)實際需求做出合理的程序設(shè)計?；诮邮諜C配置電路的程序設(shè)計相關(guān)內(nèi)容進行簡要分析。
[關(guān)鍵詞]接收機；配置電路；程序設(shè)計
接收機在我國各個領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛，隨著科技的進步，接收機的電路設(shè)計也越來越復(fù)雜化、多樣化，相關(guān)設(shè)計人員需充分了解接收機的系統(tǒng)設(shè)計原理以及設(shè)計要素，才能做出更加準確的電路程序，從而保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。目前我國遙測調(diào)節(jié)系統(tǒng)中對于接收機的應(yīng)用頻率是比較高的，與常規(guī)的接收機相比，遙測系統(tǒng)所使用的接收機對于信號的實時接收要求更為嚴格，本文對該類型接收機配置電路的程序設(shè)計進行說明。
1接收機的概念
信號的定位測量是由GPS衛(wèi)星完成的，衛(wèi)星獲取信號后會實時向終端設(shè)備進行發(fā)送，實現(xiàn)海陸空等多空間用戶的信息共享，而這個功能的實現(xiàn)所依靠的就是GPS信號接收機。接收機是一個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，通過這些器件的綜合作用才能保證接收機信號接收的穩(wěn)定性和可靠性。它不僅具有信號接收功能，而且還具有信號追蹤和分析處理功能，可以對GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號進行定位測量，實時生成相對應(yīng)的數(shù)據(jù)反饋。根據(jù)接收機使用目的不同，其種類也是多樣化的，但工作原理基本上都是基于GPS信號來進行數(shù)字信息獲取和處理的一個過程。
2接收機電路原理分析
接收機的工作主要是對衛(wèi)星傳遞過來的射頻信號進行有選擇性地接收，并通過放大、轉(zhuǎn)換以及濾波處理后形成穩(wěn)定的無線通信信號，再將其分別傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備系統(tǒng)當中，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，供人們進行使用。其中射頻信號的選擇、接受以及放大是最為主要的，該過程需要信號接收機通過多次進行調(diào)頻處理來完成，比如第一中頻完成初步的射頻信號選擇和轉(zhuǎn)換等處理后還需要第二中頻對第一中頻處理完成的信號再次進行濾波或去加重等處理，這樣最終才能給用戶提供純凈、準確的信息數(shù)據(jù)。
3接收機系統(tǒng)設(shè)計說明
接收機的系統(tǒng)設(shè)計總體上要把握以下三個要素：
3.1選擇性的分配
接收機對信號的篩選能力是評價其抗干擾的能力的重要指標之一，因為在信息化時代，自由空間所存在的無線信號多而雜，接收機只有具備良好的信號區(qū)分能力，才能保證其正常的運行秩序，避免發(fā)生信號錯亂。接收機的選擇上主要體現(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，選擇性功能的實現(xiàn)則還需要濾波器來共同完成，但是也有少數(shù)特殊情況需要濾波器進行二次變頻處理，比如對講機設(shè)備的使用。在兩個中頻信道選擇方面均使用濾波器可以有效提高接收機的信道選擇準確度，但是濾波器的分配要緊密結(jié)合接收機系統(tǒng)屬性、相關(guān)器件的參數(shù)指標以及投入成本來綜合考量決定。比如某接收機鄰道選擇性指標如果要達到70dB，那么兩個中頻濾波器一共所能實現(xiàn)的帶外抑制就要超過這個指標才能得以實現(xiàn)，雖然兩個濾波器的單一指標并沒有嚴格限制，但是通常情況下第二中頻濾波器選擇性會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，兩個中頻濾波器一般會分別設(shè)置在放大器的信號輸入端和輸出端兩個端口，但是因為帶外抑制和帶內(nèi)插損這兩個指標是具有矛盾性的，而且放大器本身的前級濾波器插損也會對產(chǎn)生較大的噪聲系數(shù)，所以在射頻頻段進行選擇性分配時應(yīng)當著重注意利用放大器的輸出端濾波器優(yōu)勢，至于輸出端濾波器，一般保證其插損數(shù)值在2dB以內(nèi)即可。
3.2增益的分配
接收機射頻部位、中頻部位以及變頻部位的增益加起來可以構(gòu)成其高頻總增益，這個增益數(shù)值的大小主要是由鑒頻器的性能和整機設(shè)計指標決定的。對于低噪音放大器而言，其噪聲系數(shù)是與增益值成正比的，如果增益過高會使接收機的動態(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范圍，所以在選擇具有變頻增益功能的混頻器時，同時應(yīng)當在放大器的信號輸入級增加一定的電阻，以便對系統(tǒng)總增益進行適當調(diào)整。
3.3噪聲的分配
影響接收機的噪聲系數(shù)的因素主要有兩方面，一個是設(shè)備元器件的噪聲系數(shù)，另一個就是系統(tǒng)增益值。所以在對接收機系統(tǒng)進行噪聲分配時，首先應(yīng)當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)當在滿足其靈敏度的同時，盡可能降低其數(shù)值。
4基于接收機配置電路的程序方案設(shè)計
4.1硬件系統(tǒng)設(shè)計
接收機配置電路的作用一方面是為了實現(xiàn)與上位機的信號傳輸，另一方面是為了實現(xiàn)與前端接收機參數(shù)配置的共享。本文在進行配制電路程序設(shè)計時采用了STM32f103作為控制芯片，與上位機的通信是通過STM32自帶的USART1和MAX3232邏輯轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)的，與前端接收機的參數(shù)配制傳遞則是通過STM32自帶的兩個SPI實現(xiàn)的。PC6-PC9四個管腳和中頻濾波器的四個開關(guān)分別連接，實現(xiàn)了不同帶寬的中頻信號，然后通過STM自帶的ADC實現(xiàn)了輸入功率的采集。該種設(shè)計方法可以有效實現(xiàn)接收機第一級本振和第二級本振的頻點調(diào)節(jié)，從而更加準確地定位選擇后端中頻，然后功率信號經(jīng)由第一級解調(diào)器傳輸至ADC管腳，完成數(shù)據(jù)采集。在接收機實際運行過程中，只要改變其第一級本振的輸出頻點，其下變頻射頻信號就可以轉(zhuǎn)換成一中頻，然后通過第二本振混頻到對應(yīng)的中頻信道。
4.2控制電路程序設(shè)計
配置電路上電后，首先完成STM32的時鐘、串口、SPI、ADC等內(nèi)外設(shè)配置。然后，系統(tǒng)等待3秒檢測串口是否有輸入‘T’值，若有則進入IAP程序，該程序能夠通過串口實現(xiàn)電路內(nèi)部應(yīng)用程序更新或者上傳，不用再提供專門的硬件下載接口。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)鍵代碼接收機上電后，看是否有輸入T或t。若有進則入Main_Menu()函數(shù)，通過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。若沒有輸入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，進入命令參數(shù)解析函數(shù)Pll_ParaSet()，得到中頻帶寬或PLL1頻點參數(shù)，并設(shè)置。若未檢測到串口輸入，則信號功率函數(shù)Signal_Intensity()運行，向上位機返回實時功率值。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Ymodem協(xié)議發(fā)送，實現(xiàn)IAP升級，同時應(yīng)用程序與IAP程序的起始地址應(yīng)區(qū)分。
5結(jié)語
接收機的配置電路設(shè)計是一項較為復(fù)雜的工作，相關(guān)設(shè)計人員需要綜合考量多方面的因素，并充分結(jié)合實際的系統(tǒng)使用需求，才能明確設(shè)計思路，做出最為恰當?shù)某绦蛟O(shè)計方案。尤其是在當前信息化時代背景下，各類空間信號紛繁復(fù)雜，而且日益增加，如果不能準確選擇和區(qū)分信道以及頻段，很容易就會造成信息傳輸失敗或者混亂，影響人們對電子產(chǎn)品的使用體驗，所以設(shè)計人員應(yīng)當在實踐過程中不斷對設(shè)計程序進行優(yōu)化，這樣才能促進我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展。
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作者：李健麗 單位：哈爾濱文思教育咨詢有限公司