数据采集与传输系统

《数据采集与传输系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5节电子综合设计范例4----数据采集与传输系统一、设计任务与要求1、设计任务设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统。系统方框图参见下图。2、设计要求⑴基本要求①被测电压为8路0-5V分别可调的直流电压。系统具有在发送端设定8路顺序循环采集与指定某一路采集的功能。②采用8位A/D变换器。③采用3dB带宽为30～50kHz的带通滤波器(带外衰减优于35dB/十倍频程)作为模拟信道。④调制器输出的信号峰-峰值Vsp－p为0～1V可变，码元速率16kbps；制作一个时钟频率可变的测试码发生器(如0101…码等)，用于测试传输速率。⑤在接收端具有显示功能，要求显示被测路数和

2、被测电压值。⑵发挥部分①设计制作一个用伪随机码形成的噪声模拟发生器，伪随机码时钟频率为96kHz，周期为73127位码元，生成多项式采f(x)=x+x+1。其输出峰-峰值Vnp-p为0～lv连续可调。②设计一个加法电路，将调制器输出Vsp-p与噪声电压Vnp-p相加送入模拟信道。在解调器输入端测量信号与噪声峰-峰值之比(Vsp-p/Vnp-p)，当其比值分别为1、3、5时，进行误码测试。测试方法：在8路顺序循环采集模式下，监视某一路的显示，检查接收数据的误码情况，监视时间为lmin。③在(Vsp-p/Vnp-p)=3时，尽量提高传输速率，用上述第(2)项的测试方法，检查接收数

3、据的误码情况。④其他(如自制用来定量测量系统误码的简易误码率测试仪，其方框图见下图，等等)。二、方案设计与论证首先，分析一下信道与信噪比情况。本题中码元传输速率为16kbps，而信号被限定在30～50kHz的范围内，属于典型的窄带高速率数字通信。基带信号的带宽为Bm=16kHz，经调制后能量主要分布在2Bm=32kHz的频带内(功率谱密度的主瓣)，而噪声近似为0～43kHz×((1/Ts)×45％)的窄带白噪声，因此经过带宽仅为20kHz的信道后信号与噪声的能量损失比较大，而且两者大致相当。根据香农公式C＝Blog2(1+S/N)知，信号和噪声幅度比值为3:1时，信噪比约为9

4、，信道传输信息的极限能力约为66.5kbit/s；幅度比值为1:1时，传输极限能力约为40kbit/s。方案一：常用的数字调制系统有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有较强的抗干扰能力，但其要求的带宽最宽，频带利用率最低，所以首先排除。ASK理论上虽然可行，但在本题目中，由于一个码元内只包括约两个周期的载波，所以采用包络检波法难以解调，也不可行。PSK调制方式具有较强的抗干扰能力，同时其调制带宽相对也比较窄，但其调制及解调设备比较复杂，制作和调试都比较困难。特别是由于本题中载波的频率非常低，几乎可与基带信号相比拟，一个码元内只包括约两个周期的载波，载波的提取和跟踪非常困

5、难，因此解调设备的制作和调试也会比较困难，短时间内很难完成调试。方案二：根据题目的特点，由于信道的频带比较窄，我们考虑对基带信号进行适当的基带编码处理后使它的频率变换到信道频带内，从而可以直接传输。当要求的数据传输速率较低(≤24kbps)时，对原始数据模仿PSK处理(下面有具体分析)，方法如下：“1”用“1010”(0相位两个周期的方波)表示“0”用“0101”(π相位两个周期的方波)表示其中传输编码后数据的频率为96kHz，这样上述编码调制方法能传输的最大码元速率为24kbps。当要求的数据传输速率大于24kbps时，对原始数据处理的方法如下：“l”用“10”(0相位一个

6、周期的方波)表示“0”用“01”(π相位一个周期的方波)表示即进行Manchester编码。本设计采用方案二，系统的原理框图如图1所示。图1系统原理框图三、系统实现及理论分析1、带通滤波器模块四阶带通滤波器可由低通滤波器和高通滤波器级联而成，因此可以把一个截止频率为30kHz的高通滤波器和一个截止频率为50kHz的低通滤波器级联起来，采用切比雪夫型高低通滤波器级联，经计算中心频率约为40kHz。切比雪夫型低通滤波器其幅频公式如下：KH()jw=122()1+eCw/wnc将低通滤波器传递函数的s换为1/s即可得到高通滤波器的传递函数。最后设计出的带通滤波器通过EWB模拟得到的

7、频谱响应如图2所示。从图中所示的相频特性可以看出，滤波器在30～50kHz处的相移基本上为线性，因此具有良好的群时延特性，信号通过该信道后不会有过多的相位失真，这对本系统所采用方案中的正确解调是非常重要的。图2带通滤波器的频谱响应2、数据采集模块数据采集模块采用AD0809模数转换器和89C51控制数据采集。AD0809为8位8通道输入的A/D变换器，满足题目所提出的精度和速度要求。由单片机控制进行顺序循环采集或是指定通道采集。电路如图3所示。图3数据采集模块电路图4调制解调模块电路图5采集结果显示模块