超声波语音通信的调制器设计

论文摘要

在现代信息战中,随着电子对抗技术和装备的不断发展,战场的电磁环境更加恶劣,通信的电子战日益激烈。这就限制了无线电通信在某些特殊的战术背景下的应用。为了保证通信链路的安全顺畅,研究各种适用于军事通信的抗干扰、抗侦收、抗测向技术和寻求适应于这些特定的环境下新的通信方式就显得十分必要。超声波语音通信就是在这样的背景下提出来的。本文首先概略的介绍了AM调制、采样定理、直接数字频率合成等相关的基础理论;接着结合课题的具体要求,提出了基于DDS的基本原理,依托FPGA与单片机相结合的硬件平台来实现AM数字调幅的方案。设计中将软件无线电的思想渗透其中,将原来运用模拟器件构建的电路都通过软件编程的方法来实现,增加了系统的灵活性。其次,对整个系统的硬、软件设计进行了详细的叙述;系统的硬件电路由AM调制电路和功放电路组成,其中,AM调制电路包括模拟部分、数字部分、电源部分,它主要完成语音信号与载波信号的数字调幅功能;功放电路是单独的一块电路板,它主要对调幅信号进行功率放大以驱动换能器,从而以超声波的形式将信息发出。而且,还详细分析了各部分硬件电路的设计和工作过程,并给出了相应的电路图。系统的软件设计包括有两个方面内容,一方面是单片机的软件设计,它主要利用IAREmbeded Workbench开发环境,完成系统的界面显示及各种调幅参数的设置;另一方面是FPGA软件的设计,它主要利用QuartusⅡ开发软件,采用VHDL和QuartusⅡ内嵌的图表编辑器的原理图式图形输入法混合编程的方式,编写了各模块单元,在FPGA内部实现了调幅功能。最后,对调制系统进行测试,测试结果表明系统工作性能稳定,基本上达到了预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 军事无线电通信的背景
• 1.2 软件无线电原理及特点
• 1.3 超声波原理和特性
• 1.4 超声语音通信提出的背景及系统构成
• 1.4.1 超声语音通信提出的背景
• 1.4.2 超声波语音通信的构成框图
• 1.5 本论文的主要工作
• 第2章 相关理论及方案设计
• 2.1 AM调制的基本原理
• 2.2 NYQUIST采样定理
• 2.3 直接数字频率合成器的原理
• 2.3.1 DDS的基本原理
• 2.3.2 直接数字频率合成的基本结构
• 2.4 发信机方案设计
• 2.4.1 系统设计的基本思想
• 2.4.2 基于FPGA的AM调制的设计
• 2.4.3 超声波语音发信机的设计
• 2.5 方案的仿真论证
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统的硬件电路设计
• 3.1 模拟部分
• 3.1.1 拾音器及供电电路
• 3.1.2 放大电路
• 3.1.3 模拟滤波器电路
• 3.1.4 A/D转换电路
• 3.1.5 D/A转换电路
• 3.2 数字部分
• 3.2.1 MSP430单片机及外围电路
• 3.2.2 FPGA及配置芯片
• 3.3 电源部分
• 3.4 功放单元分析
• 3.4.1 功放的基本原理
• 3.4.2 实际功放电路分析
• 3.4.3 换能器匹配电路
• 3.5 印制电路板的抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 系统软件的开发环境
• 4.1.1 MSP430单片机开发环境
• 4.1.2 FPGA的常用开发软件
• 4.1.3 FPGA的设计流程
• 4.2 单片机软件设计
• 4.2.1 单片机主程序流程图
• 4.2.2 端口中断程序流程图
• 4.2.3 按键服务程序流程图
• 4.3 FPGA各功能单元的实现
• 4.3.1 时钟管理单元
• 4.3.2 DDS单元
• 4.3.3 A/D时序产生单元
• 4.3.4 D/A时序产生单元
• 4.3.5 调制器单元
• 4.3.6 调幅度调整及载波幅度调整单元
• 4.3.7 单片机控制接口单元
• 4.4 测试结果及分析
• 4.4.1 测试结果
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录
• 个人简历