【正文】 無線調(diào)頻發(fā)射器的設(shè)計(jì)The Design of Wireless Frequency Modulation Transmitter摘 要利用無線通信信道的遠(yuǎn)距離語音傳輸業(yè)務(wù)，是近年來發(fā)展很快的一門技術(shù)。由于語音業(yè)務(wù)對誤碼不敏感，可以采用調(diào)頻方式發(fā)送信息。調(diào)頻發(fā)射器可以使音頻信息傳送到附近的任意FM接收機(jī)。本設(shè)計(jì)中使用AT89S52控制調(diào)頻發(fā)射的頻率，選擇了數(shù)碼管顯示發(fā)射的頻率狀態(tài)。選擇了ROHM BH1415F集成電路產(chǎn)生調(diào)頻調(diào)制發(fā)射信號的頻率。芯片的主要特征:體積小，準(zhǔn)確性高，而且容易產(chǎn)生發(fā)射頻率。這個系統(tǒng)的各個部分可以進(jìn)行深入的獨(dú)立設(shè)計(jì)研究，現(xiàn)在把它們組合成一個典型的調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)使用模擬調(diào)頻技術(shù)，在88MHz98MHz的頻段上，實(shí)現(xiàn)了線路輸入語音信號的小功率遠(yuǎn)距離單工發(fā)送。系統(tǒng)發(fā)射功率大約20mW，發(fā)射距離大于20m，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無明顯失真的語音傳輸。關(guān)鍵詞：調(diào)頻；語音傳輸；ROHM BH1415ABSTRACT The remote audio service code through wireless munication channels is a fast developing technology in recent years. As the audio service code is not sensitive to the mistaken code, the frequency modulation can be used to send FM Transmitter will allow almost any audio source to be transmitted to any nearby FM receiver. The AT89S52 to be used to control the transmission frequency. The LED was chosen, providing enough space for all output situations. The ROHM BH1415F integrated circuit was chosen to create the frequency modulated audio output signal. Chip features include: small size, accuracy, and easily programmed transmission frequency. These system ponents have been thoroughly researched separately and are now in the process of being integrated to produce a working prototype FM Transmitter. The simulating frequency modulation technique was adopted in the design .In the frequency interval of 88MHz98 MHz, the audio signals can be sent out and received with the small power in a long distance .The emissive power of the system is about 20mW and the emissive distance is more than is no obvious distortion in the audio transmission. Key Words：frequency modulation；audio transmission； ROHM BH1415F目 錄1 引言 1 通信的發(fā)展 1 廣播的發(fā)展現(xiàn)狀 1 設(shè)計(jì)思路 22系統(tǒng)概述 3 系統(tǒng)功能要求 3 33 方案論證與比較 5 無線調(diào)頻發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案論證與選擇 5 壓控振蕩器方案論證與選擇 64 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)控制電路 7 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 引腳功能 9 調(diào)頻調(diào)制發(fā)射電路 11 調(diào)頻調(diào)制電路的特點(diǎn) 11 結(jié)構(gòu)圖 11 允許的最大值 12 工作范圍 12 調(diào)頻調(diào)制發(fā)射電路的組成 12 鍵盤部分 14 單片機(jī)鍵盤和鍵盤接口概述 14 單片機(jī)鍵盤接口和鍵功能的實(shí)現(xiàn) 15 LC振蕩電路 16 調(diào)頻放大電路 17 電源模塊設(shè)計(jì) 17 單元電源電路設(shè)計(jì) 17 直流穩(wěn)壓電源的檢測 175 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 18 主程序 18 延時(shí)子程序 19 LED動態(tài)掃描子程序 19 頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 19 控制命令合成子程序 19 BH1415F字節(jié)寫入子程序 20 查鍵子程序 216 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 23 硬件調(diào)試 23 軟件調(diào)試 23 發(fā)射頻率的調(diào)試 23 性能分析 23結(jié) 論 24參考文獻(xiàn) 25附錄1：原理圖 26附錄2：程序源代碼 28附錄3：英文原文 41附錄4：中文譯文 52致 謝 591 引言 通信的發(fā)展人類社會的發(fā)展可視為一部信息傳播技術(shù)的發(fā)展史。從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快速遠(yuǎn)距離通信的手段。直到19世紀(jì)電磁學(xué)的理論與實(shí)踐已有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)后，人們開始尋求用電磁能量傳送信息的方法。信息傳播促進(jìn)社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步又不斷地改進(jìn)、更新人類信息傳播的媒體和工具，并促進(jìn)信息更迅速、更廣泛的傳播。 面向21世紀(jì)的無線通信，無線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調(diào)制與編碼、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、抗衰落與抗干擾技術(shù)以及無線通信的新技術(shù)和新應(yīng)用的發(fā)展更是一日千里。 廣播的發(fā)展現(xiàn)狀在21世紀(jì)的今天，廣播的主要技術(shù)方式是調(diào)頻廣播，它是繼調(diào)幅廣播(20世紀(jì)20年代開始的)的第二代廣播，它開始于20世紀(jì)50年代，克服了中波廣播的很多致命不足，如串臺嚴(yán)重、頻帶不夠分配，信噪比差等，而實(shí)現(xiàn)了高保真度、動態(tài)范圍寬、信噪比較好、較少串臺現(xiàn)象。調(diào)頻廣播因其優(yōu)秀的音質(zhì)和抗干擾性能而成為城市廣播覆蓋的主要手段。隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)展，調(diào)頻發(fā)射臺的功率也跟著成數(shù)量級地增大，由原來的100W、300W上升到1KW、3KW、甚至10KW，而發(fā)射天線的高度也由幾十米上升到百余米甚至三四百米。隨之逐步形成了高塔大功率覆蓋的格局。從廣播業(yè)界的角度來看，高塔大功率覆蓋模式的主要優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)方便，省事省力，見效快。但其固有缺點(diǎn)和帶來的負(fù)面影響也是不容忽視的，主要有以下幾點(diǎn)：因調(diào)頻廣播工作于米波段，極易因高大建筑物和其他物體反射形成多徑干擾；因高山和低谷等地形因素會產(chǎn)生收不到信號的陰影區(qū)；大區(qū)制覆蓋因頻率不能復(fù)用造成規(guī)劃困難；頻譜利用率低；不能解決長距離交通線的連續(xù)覆蓋問題。從社會發(fā)展的角度來看，它還有更重要的三條缺點(diǎn)：浪費(fèi)能源，覆蓋區(qū)場強(qiáng)不均勻度可達(dá)60dB，大量超出需要的無效輻射，形成能源的巨大浪費(fèi)；污染環(huán)境，大功率FM發(fā)射臺在天線附近周邊地區(qū)輻射場強(qiáng)超過環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)已是不爭的事實(shí)；對航空無線電業(yè)務(wù)造成干擾。由于相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國家軍用標(biāo)準(zhǔn)及頻率規(guī)劃多是10年以前制定的，那時(shí)尋呼業(yè)和調(diào)頻廣播剛起步不久，對干擾的認(rèn)識還遠(yuǎn)不充分，已不適應(yīng)當(dāng)今電磁環(huán)境現(xiàn)狀。當(dāng)時(shí)規(guī)定的17dB的防護(hù)率早已被突破，10KM的防護(hù)間距也已形同虛設(shè)。在世界各國，頻率資源是有限的。國家已嚴(yán)格限制頻率的使用范圍。廣播頻率是政府部門頒發(fā)的，現(xiàn)在很多公司、媒體都愿意斥巨資競標(biāo)頻譜使用權(quán)。無線廣播中，單一載頻用來傳輸單一的或者單套立體聲節(jié)目。由于傳統(tǒng)的大功率的調(diào)頻廣播頻率資源的限制，使廣播技術(shù)工作者開辟了另一種廣播技術(shù)形式：小調(diào)頻同步廣播，它的特點(diǎn)是多布點(diǎn)、小功率、同頻、同相、同步廣播，使用的是現(xiàn)有的調(diào)頻技術(shù)，不過存在著多點(diǎn)同步問題，這在技術(shù)上是可以克服的。信號傳輸可使用微波、有線甚至衛(wèi)星方式。由于采用小功率按需布點(diǎn)的方法，在滿足覆蓋需要的前提下，把單臺發(fā)射機(jī)的功率大幅度降了下來，降到10W、50W、最大不超過300W，這就使諸多問題迎刃而解。對于多徑干擾，由于功率小了，大部分反射波場強(qiáng)下降到不至于產(chǎn)生干涉的水平，并且由于布點(diǎn)多，部分多徑干擾區(qū)可能被互相掩蓋；可以用同步補(bǔ)點(diǎn)的辦法消除陰影區(qū)；小功率輻射易于規(guī)劃，且提高頻譜利用率；可方便組成單頻網(wǎng)，滿足交通線上的無縫覆蓋，保證駕乘人員的不間斷接收；場強(qiáng)不均勻度僅為30dB，加上使用低高度垂直極化天線，極大地減小對空輻射和根部近場輻射，既節(jié)約能源，又滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并可避免造成對航空頻段的干擾。 設(shè)計(jì)思路 任何一個地區(qū)、一個城市都需要有很多專業(yè)的服務(wù)及新聞宣傳，如交通信息咨詢、健康咨詢、股市信息咨詢等，廣播又是大眾最靈活的信息接受媒體，這需要建立很多的廣播電臺，而作為一個國家的頻率資源是嚴(yán)格控制和有限的，因此，小調(diào)頻廣播就成了未來廣播的另一種主要形式，它是廣播發(fā)展的其中一個方向，是數(shù)字音頻廣播(DAB)、網(wǎng)絡(luò)廣播的有力補(bǔ)充，既節(jié)約了頻譜資源，又實(shí)現(xiàn)了廣播功能。 為了實(shí)現(xiàn)上述要求，本文作者采用單片機(jī)AT89S52和調(diào)頻專用發(fā)射芯片 BH1415F及數(shù)碼顯示設(shè)計(jì)了一套完整的無線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)，設(shè)計(jì)為可在88MHz98MHz范圍內(nèi)任意設(shè)置發(fā)射頻率，并且可以預(yù)置頻道，具有單聲道/立體聲控制，實(shí)現(xiàn)了語音信息的短距離無線傳輸，可廣泛應(yīng)用于學(xué)校無線廣播、電視現(xiàn)場導(dǎo)播、汽車航行、無線演說等場所。2系統(tǒng)概述 系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)一個無線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)語音信號的短距離傳輸。由于語音業(yè)務(wù)對誤碼不敏感，可以采用調(diào)頻方式發(fā)送信息，設(shè)計(jì)中采用了BH1415F構(gòu)成音頻無線發(fā)射電路。無線調(diào)頻發(fā)射器可以在8898MHz范圍內(nèi)任意設(shè)置發(fā)射頻率，可以預(yù)置發(fā)射頻道，具有單聲道/立體聲控制，發(fā)射距離在2050米之間。語音信號采用調(diào)頻方式與調(diào)幅相比，有利于改善輸出音頻信號的信噪比，以保證語音業(yè)務(wù)的可靠傳輸，下表是調(diào)幅和調(diào)頻的優(yōu)缺點(diǎn)比較：表21 調(diào)幅和調(diào)頻優(yōu)缺點(diǎn)比較調(diào)幅（AM）調(diào)頻（FM）優(yōu)點(diǎn)傳播距離遠(yuǎn)，覆蓋面大1. 電路相對簡單（100Hz—5KHz）適宜于高保真音樂廣播，內(nèi)設(shè)限幅器除去幅度干擾，用于多種信息傳遞缺點(diǎn)（200Hz—2500Hz），高音缺乏 ，噪聲大傳播衰減大，覆蓋范圍小本設(shè)計(jì)由單片機(jī)、鍵盤、數(shù)碼顯示、調(diào)頻發(fā)射、調(diào)頻放大和電源模塊等六部分組成，系統(tǒng)框圖如圖21所示。通過操作鍵盤可以設(shè)置和更改發(fā)射的頻率；單片機(jī)用于控制數(shù)碼管顯示對應(yīng)的發(fā)射頻率和發(fā)送頻率信號到調(diào)頻調(diào)制電路中；調(diào)頻發(fā)射將輸入的音頻信號調(diào)制后通過載波發(fā)送出去；數(shù)碼管用于顯示發(fā)射的頻率；調(diào)頻放大將得到的調(diào)制信號進(jìn)行放大；電源模塊則為整個電路提供電源。電源模塊調(diào)頻放大左聲道輸入右聲道輸入數(shù)碼顯示掃描控制BH1415F DA CK CE GND P1 P0ATS8952 P244鍵盤圖21 無線調(diào)頻發(fā)射器的系統(tǒng)框圖3 方案論證與比較 無線調(diào)頻發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案論證與選擇方案1：采用單片調(diào)頻發(fā)射集成電路組成芯片MC2833。它可構(gòu)成發(fā)射高頻率信號的功率放大器。電路由音頻放大器、可變電抗器、射頻振蕩器、輸出緩沖器以及放大電路構(gòu)成。由集成芯片MC2833組成的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，先將語音通過話筒變成音頻電壓信號送給音頻放大器進(jìn)行音頻電壓放大，此音頻電壓信號經(jīng)耦合電容送給可變電抗的輸入端腳3去控制可變電抗，而由可變電抗以及電感、晶體與高頻振蕩器組成調(diào)頻振蕩電路，產(chǎn)生調(diào)頻波經(jīng)緩沖送給兩級二倍頻放大器。電路實(shí)現(xiàn)基本框圖如圖31所示。但由于該芯片涉及到的諧振回路較多，不易統(tǒng)調(diào)，因而頻率不易控制，導(dǎo)致信號不穩(wěn)定，容易跑臺，實(shí)現(xiàn)較為困難。音頻輸入射頻輸出緩沖放大二倍頻電路振蕩電路 可變電抗 前置放大放大電路圖31 MC2833電路基本框圖方案2：采用集成芯片BA1404及相關(guān)電路構(gòu)成。它主要由前置音頻放大器，立體聲調(diào)制器，F(xiàn)M調(diào)制器及射頻放大器組成。利用內(nèi)部參考電壓改變變?nèi)荻O管的電容值，可實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率的調(diào)整。圖32所示為電路框圖。此電路可實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻發(fā)射，典型調(diào)頻頻段為75108MHz，振蕩頻率不易調(diào)整，尤其是低端頻率實(shí)現(xiàn)困難，難以實(shí)現(xiàn)要求頻段的調(diào)整。調(diào)頻電路射頻輸出放大電路左聲道輸入右聲道輸入圖32 BA1404電路基本框圖方案3：采用集成芯片BH1415F及相關(guān)電路構(gòu)成。BH1415F是將預(yù)加重電路、限幅電路、低通濾波電路（LPF）一體化，使音頻信號的質(zhì)量比分立元件的電路（如：BA140NJM2035等）有很大改進(jìn)。此電路可實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻發(fā)射，采用了MCU 數(shù)據(jù)直接頻率設(shè)定，可設(shè)定70120MHz頻率，由于采用了鎖相環(huán)鎖頻并與調(diào)頻發(fā)射電路一體化，使發(fā)射的頻率非常穩(wěn)定，并且可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的要求。綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)中心頻率的控制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，本設(shè)計(jì)選擇方案3，即采用集成芯片BH1415F及相關(guān)電路構(gòu)成音頻無線發(fā)射電路。 壓控振蕩器方案論證與選擇 方案1：采用分立元件構(gòu)成。利用低噪聲場效應(yīng)管，用單個變?nèi)荻O管直接接入振蕩回路作為壓控器件。圖33 壓控振蕩電路電路是電容三點(diǎn)式振蕩器，如圖