Đồ án tôt nghiệp : ứng dụng DTMF trong hệ thống truyền thanh không dây Trờng đại học vinh Khoa công nghệ đồ án tốt nghiệp đại học Đề TàI ứng dụng mã DTMF trong Hệ thống truyền thanh không dây Ngời hớng dẫn pgs.ts. Nguyễn Hoa L Sinh viên thực hiện Hoàng Hữu Dũng Lớp 46K- ĐTVT Vinh, 5 - 2010 SV: Hoàng Hữu Dũng, lớp 46K ĐTVT, Khoa Công Nghệ 1 §å ¸n t«t nghiÖp : øng dông DTMF trong hÖ thèng truyÒn thanh kh«ng d©y Nội dung Trang MỤC LỤC 1 Lời mở đầu 3 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 4 Chương 1. Các kỹ thuật điều chế trong hệ thống phát thanh 6 1.1. Giới thiệu chương………………………………………………… 6 1.1.1. Sơ đồ khối cơ bản hệ thống máy phát………………………… 6 1.1.2. Chức năng các khối trong hệ thống máy phát…………………. 6 1.2. Các kỹ thuật điều chế tương tự trong hệ thống máy phát thanh…. 7 1.2.1. Bộ điều chế biên độ…………………………………………… 7 1.2.2. Quan hệ năng lượng trong điều biên…………………………… 9 1.2.3. Điều biên dùng phần tử phi tuyến……………………………… 11 1.2.4. Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số………………… 15 1.3. Điều chế đơn biên và các phương pháp điều chế………………… 16 1.3.1. Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc……………………… 18 1.3.2. Điều chế đơn biên theo phương pháp tổng hợp……….………. 19 1.3.3 Điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha… . 21 1.3.3. Điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha kết hợp……… 22 1.4. Điều tần và điều pha……………………………………………… 24 1.4.1. Quan hệ giữa điều tần và điều pha……………………………… 24 1.4.2. Một số mạch điều tần dùng diốt biến dung varicap……………. 27 Chương 2. Hệ thống STUDIO Đài PT-TH Nghệ An 32 2.1. Giới thiệu hệ thống sản xuất chương trình……………………… 32 2.1.1. Mô hình hệ thống sản xuất chương trình………………………. 32 2.1.2. Nguyên lý hoạt động……………………………………………. 33 2.2. Sử dụng phần mềm Cool Edit Pro……………………………… 33 2.3. Hệ thống Menu trình đơn ……… ……………………………… 36 2.3.1. Trình đơn FILE …………………… …………………………. 36 2.3.2. Trình đơn Edit ……………….………………………………… 40 2.3.3. Trình đơn View………………………………………………… 43 2.3.4. Trình đơn Effects………………………………………………. 47 2.3.5. Trình đơn Generate……………………………………………. 47 2.3.6. Trình đơn Analize……………………………………………… 49 2.3.7. Trình đơn Favourites…………………………………………… 50 2.3.8. Trình đơn Options………………………………………………. 50 2.3.9. Trình đơn Windows…………………………………………… 50 2.3.10. Trình đơn Help……………………………………………… 50 2.4. Phương pháp sử dụng một số chức năng cơ bản………………… 51 2.4.1. Tạo mới một cửa sổ dữ liệu để ghi âm và lưu………………… 51 2.4.2. Mở một File có sẵn……………………………………………. 52 2.4.3. Đánh dấu lựa chọn một vùng…………………………………. 53 SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghÖ 2 Đồ án tôt nghiệp : ứng dụng DTMF trong hệ thống truyền thanh không dây 2.4.4. Xoỏ, ct, sao chộp, dỏn. 54 2.4.5. Chốn khong lng. 55 2.4.6. Khuych i biờn . 55 2.4.7. Hiu ng vut õm thanh Fade in/Fade out 56 2.4.8. Sa li File õm thanh 57 Chng 3. ng dng mó DTMF trong h thng truyn thanh khụng dõy 58 3.1. Gii thiu chng 58 3.2. S khi v chc nng cỏc khi h thng truyn thanh khụng dõy 58 3.3. Khi x lý õm thanh 59 3.3.1. S khi 59 3.3.2. Chc nng cỏc khi. 60 3.4. Khi mó hoỏ 60 3.4.1. S khi v chc nng cỏc khi mó hoỏ. 60 3.4.2. Nguyờn lý hot ng 61 3.4.3. Mó DTMF 61 3.4.4. IC mó hoỏ W91312. 63 3.4.5. S nguyờn lý b mó hoỏ. 64 3.5. Khi mỏy phỏt 66 3.5.1. S khi mỏy phỏt FM Q10. 66 3.5.2. Chc nng cỏc khi. 68 3.6. B thu FM 69 3.6.1. Khi FM Tuner 70 3.6.2. Khi vi x lý 71 3.7. Khi gii mó . 76 3.7.1. IC gii mó MC8870 76 3.7.2. S nguyờn lý khi IC CM8870. 77 Kt luõn 81 Ti liu tham kho 82 Lời mở đầu SV: Hoàng Hữu Dũng, lớp 46K ĐTVT, Khoa Công Nghệ 3 Đồ án tôt nghiệp : ứng dụng DTMF trong hệ thống truyền thanh không dây Công nghệ truyền hình ngày nay phát triển rất nhanh chóng và hiện đại đáp ứng mọi nhu cầu của đời sống xã hội nh truyền hình độ nét cao HDTV và nhiều loại dịch vụ nh truyền hình số vệ tinh, TH số mặt đất, TH cáp, TH internet và truyền hình trên điện thoại di động v.v .Bên cạnh đó cộng nghệ cộng nghệ phát thanh không nhiều dịch vụ giải trí và phát triển mạnh mẽ nh truyền hình, tuy nhiên nó cũng có nhiều u điểm nh độ rộng băng tần rất nhỏ nên giá thành rất rẻ, cả đờng truyền cũng nh máy thu. Với cuộc sống bận rộn, khi bạn đang làm việc, lái xe v.v . bạn cũng có thể cập nhật thông tin một cách nhanh nhạy. Truyền thanh hữu tuyến nó góp phần rất lớn trong đấu tranh giải phóng dân tộc và xây dựng CNXH và ngày nay nó cũng có vai trò rất to lớn trong phát thanh cộng đồng. Truyền thanh không dây nó đang phát triển song song với truyền thanh hữu tuyến và phát huy tốt hơn và có nhiều lợi thế nh cự ly xa hơn, không bị hỏng do đứt dây, gọn nhẹ khi lắp đặt, ít phải quan tâm nhiều về vấn đề phố hợp trở kháng và một u điển nổi bật nhất là nó có thể điều khiển tắt mở từ xa bằng mã số.Việc ứng dụng mã DTMF trong điện thoại ấn phím và tổng đại kỹ thuật số trong việc điều khiển từ xa các thiết bị là một ý tởng hay và đợc sử dụng rất hiệu quả trong truyền thanh không dây trong những năm gần đây. Đề tài này trọng tâm chủ yếu ở phần bộ mã hoá và giải mã, đợc tìm hiểu và nghiên cứu từ phần cứng của thiết bị và datasheet của linh kiện điện tử mục đích của đề tài là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống và linh kiên, để sinh viên, kỹ s điện tử hiểu nguyên lý hoạt động từ đó thiết kế lên hệ thống truyền thanh không dây có tính kinh tế và ứng dụng cao. Do thời gian, trình độ có hạn và tài liệu không có nên không tránh khỏi thiếu sót, em mong đợc sự chỉ bảo, của thây hớng dẫn các thầy cô bạn bè để em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn. Vinh, ngày 27 tháng 3 năm 2010 SV: Hoàng Hữu Dũng DANH SCH CC T VIT TT: AM Amplytude Modulation iu ch biờn SV: Hoàng Hữu Dũng, lớp 46K ĐTVT, Khoa Công Nghệ 4 §å ¸n t«t nghiÖp : øng dông DTMF trong hÖ thèng truyÒn thanh kh«ng d©y CE Chip Enable Cho phép chọn chíp CL Clock Xung đồng hồ DP Dial pulse Xung quay số DSP Digital Singnal proce Xử lý tín hiệu số DT Dial Tone Âm mời quay số DTF Dual Tone Filter Lọc lưỡng âm DTMF Dual Tone Multy Frequency Mã lưỡng âm đa tần EST Early Steering FM Frequency Modulation Điều chế tần số FTF Fast Fourier Transform Biến đổi nhanh Fourier GS Gain Selec Lựa chọn độ khuyếch đại INH Inhibits Câm, ngăn chặn IPA Intermediate Power Amplifier Khuyếch đại công suất trung gian ITU-T International telecommunication Union- Telecommunication Tiêu chuẩn hoá viễn thông quốc tế KĐCT Khuyếch đại cao tần KĐTT Khuyếch đại trung tần KTV kỹ thuật viên LVPS Low Voltage Power Supply Nguồn cung cấp MD Mini Disk Dĩa quang từ mini MF Multifrequency Đa tần PA Power Amplifier khuyếch đại cộng suất PM Phase Modulation Điều chế pha PS Power Supply Nguồn cung cấp PWB Printed Writing Board Bo mạch in RF Radio Frequency tần số radio SFR Special Function Registor Thanh ghi đặc biệt SSB Single Side Band Điều chế đơn biên TDK Tự điều khuyếch V REF Voltage Reference Điện áp phản xạ SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghÖ 5 §å ¸n t«t nghiÖp : øng dông DTMF trong hÖ thèng truyÒn thanh kh«ng d©y CHƯƠNG 1. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG PHÁT THANH 1.1. Giới thiệu Hệ thống truyền truyền thanh không dây hiện nay được sử dụng rất rộng rãi để thay thế cho hệ thống truyền thanh hữu tuyến. Khi hệ thống hữu tuyến có địa bàn rộng và cư ly dài thì nó là dải pháp lý tưởng cho hệ thống truyền thanh vì nó không gặp khó khăn như hệ thống hữu tuyến như hệ thống dây cáp loa rườm rà dễ chạm chập và dễ đứt và nhất là vấn đề tổn hao và phối hợp trở kháng khi phải truyền cự ly xa. Hệ thống truyền thanh không dây không dây khắc phục được vấn đề đó nên hệ thống có chất lượng và ổn định rất cao. Tuy nhiên nó phải truyền bằng sóng radio thông qua kỹ thuật điều chế nên ở chương này ta xét khối quan trọng nhất của khối máy phát là khối điều chế 1.1.1. Sơ đồ khối cơ bản hệ thống máy phát SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghÖ 6 §å ¸n t«t nghiƯp : øng dơng DTMF trong hƯ thèng trun thanh kh«ng d©y -Sơ đồ khối Hình 1.1. Sơ đồ khối cơ bản máy phát 1.1.2. Chức năng các khối + Khối khuyếch đại và xử lý : khối này tiếp nhận tín hiệu đưa vào điều chế để phát đi. Tín hiệu đầu vào có thể đa dạng, nếu là tín hiệu số thì sửa dạng xung, nếu tín hiệu âm thanh thì có thể cần lọc và giảm nhiễu. Mặt khác thường là tín hiệu nhỏ nên cần được khuyếch đại. Khối dao động nội và ổn định tần số: khối này tạo ra dao động có tần số cao qua bộ điều chế với tin tức đưa đi xa nên nó còn gọi là sóng mang. + Khối điều chế : Khối này có hai đầu vào và một đầu ra hai đầu vào trộn với nhau tạo thành tín hiệu RF (radio frequency) đưa vào khuyếch đại cơng suất. + Khối khuyếch đại cơng suất : để đảm bảo tín hiệu truyền đi xa thì sau khi điều chế thành tín hiệu RF thì phải qua tầng khuyếch đại cơng suất Power amplifer. + Khối thiết bị ghép ra : Đây thực chất là bộ lọc siêu cao tần, nhiệm vụ của nó là phối hợp trở kháng giữa cơng suất phát và dây fidơ anten phát. + Khối hiển thị : khối này hiển thị các chức năng và các hoạt động của máy. 1.2. Các kỹ thuật điều chế tương tự trong hệ thống máy phát thanh 1.2.1. Bộ điều chế biên độ • Phổ của tín hiệu điều biên Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức. SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghƯ 7 §å ¸n t«t nghiƯp : øng dơng DTMF trong hƯ thèng trun thanh kh«ng d©y Giả thiết tin tức là tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ Ω min ÷Ω max , ta có: V Ω = V Ω .cosΩt (1.1) Tải tin là dao động cao tần: V ω o = V 0 .cosω 0 t (1.2) Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng: Trong đó: 0 V V m Ω = là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế. Hệ số điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m ≤ 1. Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1.2). Trong thực tế m max = 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bò méo. Ta xác đònh “m” trong thực tế bằng cách đo các giá trò V max , V min và áp dụng công thức: ( ) 4.1 2 2 minmax minmax minmax minmax 0 VV VV VV VV V V m + − = + − == Ω Khi m = 1 ta có V max = 2V 0 và V min = 0. Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có: ( ) ( ) ( ) 5.1tcos 2 mV tcos 2 mV tcosVV 0 0 0 0 00AM Ω−ω+Ω+ω+ω= SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghƯ 8 V 0 t 0 t V Ω 0 0 5 10 15 20 -3 -2 -1 0 1 2 3 t V AM m < 1 0 5 10 15 20 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 t V AM m = 1 0 5 10 15 20 -6 -4 -2 0 2 4 6 t V AM m > 1 Hình 1.2. Dạng tín hiệu ( ) ( ) ( ) )3.1(coscos1 coscos1 coscos 00 0 0 0 00 ttmV tt V V V ttVVtV AM ω ω ω Ω+=         Ω+= Ω+= Ω Ω §å ¸n t«t nghiƯp : øng dơng DTMF trong hƯ thèng trun thanh kh«ng d©y Như vậy khi điều chế đơn âm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: Tải tin có tần số ω 0 và có biên độ V 0 ; hai dao động biên có tần số ω 0 ± Ω và có biên độ 2 mV 0 như hình 1-2,a. Khi m=1 thì 2 V V 0 AM = Nếu ta điều chế một dãi âm tần (Ω min ÷Ω max ) vào SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghƯ 9 ω 0 - Ω ω 0 + Ωω 0 Ω min Ω max ω ω ω ω 0 - Ω max ω 0 + Ω max ω 0 ω 0 - Ω min ω 0 + Ω min 0 0 0 Hình 1.3 Phổ của tín hiệu AM V AM V Ω 2 mV 0 V 0 §å ¸n t«t nghiƯp : øng dơng DTMF trong hƯ thèng trun thanh kh«ng d©y tải tin, ta sẽ có phổ của tín hiệu AM như hình 1.3. Ta thấy ngoài tải tin ω 0 có biên độ V 0 còn có hai biên tần: biên tần trên có tần số từ (ω 0 - Ω min ) đến (ω 0 + Ω max ) và biên tần dưới có tần số từ (ω 0 - Ω max ) đến (ω 0 + Ω min ) đối xứng qua tải tin. Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau mà càng xa ω 0 thì biên độ càng giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng không phải là hình chữ nhật lý tưởng. 1.2.2. Quan hệ năng lượng trong điều biên Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là công suất hữu ích. - Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin: - Công suất biên tần: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 8.1 2 m PPPP 7.1 2 m P R2 1 2 mV PP 2 btbtbt 2 L 2 0 btbt 000 000 ωΩ−ωΩ+ω ωΩ−ωΩ+ω =+= =       == Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì 2 P P 0 bt ω = (1.9) - Từ (1.3) ta có: V Ammax = V 0 (1+m) SV: Hoµng H÷u Dòng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghƯ 10 P ωo = (1.6) V 2 0 2R L