电子与信息工程毕业论文：数字式调频台的设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计数字式调频台的设计所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘 要当前调频广播发射器在高校内应用已相当普遍，其中大多数的电台发射频率是固定单一的，当有邻近的电台干扰时,不能进行频率的调整,频率稳定性也较差一些。单片机数字式调频台，通过软件编程来实现无线电台的发射频率调整，从基于硬件、面向用途的模拟电台设计方法中转变出来。它的发射频率可以灵活设定，并且稳定性较好。本设计的数字式调频台的电路硬件采用的是 AT89C52 单片机和日本 ROHM 公司的调频发射集成电路 BH1415F，系统可在 80.0 MHz 至 109.9MH

2、z 范围内任意设置数控调频发射频率，可预置 11 个频道，发射频率调整最小值为 0.1MHz，具有单声道/立体声控制，发送距离大于20 米。发射频率由单片机通过串行通讯端口送给发射芯片 BH1415F，发射频率可由键盘直接输入并通过 LED 显示。改变发射频率简单直观，并且采用专用数字电路调制发射，频率稳定，无频偏现象，比传统调频台的应用更灵活可靠。数字式调频台系统具有较强的推广运用价值，可广泛地运用于学校无线广播、电视现场导播、无线演说等小范围的应用场所。关键词：数字式；调频台；单片机；设计IIIAbstractThe current FM radio transmitter in the

3、application of already very common in college, most of the radio transmission frequency is fixed and single, When a nearby radio interference, it can t adjust the frequency and frequency stability is less certain. Single Chip Digital FM, achieved through software programming to transmit radio freque

4、ncy adjustment, from a hardware-based simulation for use in the transition from radio design. It can be flexibly set the frequency of emission and good stability.The design of Digital FM hardware is used in the circuit microcontroller AT89C52 and Japan ROHM Corporation FM transmitter IC BH1415F,Syst

5、em can range from 80.0 MHz to 109.9MHz FM transmitter in the frequency any set of CNC, preset 11 channels, adjust the minimum firing frequency of 0.1MHz, has a mono / stereo controls and send more than 20 meters. Transmit frequency by the microcontroller via a serial communications port to launch ch

6、ip BH1415F, then transmitting frequency direct input by keyboard , Finally through the LED display. Change the transmitting frequency is simple and intuitive, and fired using a dedicated digital circuit modulation, frequency stability, no offset phenomenon, the application than the traditional FM st

7、ations more flexible and reliable. Digital FM Radio system with a strong promotion of the use of value and it can be widely used in the school radio, TV spot directed, Wireless speaker and other small-scale application site.Key word：Digital; FM; Microcontroller; DesignIV目 录第 1 章 前言 .11.1 无线电的基本介绍 .1

8、1.2 无线电调制方式 .11.3 调频发射的基本原理 .21.4 调频台的发送与接收 .21.5 数字式调频台的原理与优点 .31.6 设计的任务与目的 .3第 2 章 系统方案设计与比较 .42.1 单片机方案 .42.2 调频发射电路方案 .42.3 显示模块方案 .52.3.1 VFD 显示器 .52.3.2 LCD 液晶显示器 .52.3.3 LED 显示器 .6第 3 章 系统硬件电路的设计 .73.1 单片机控制部分的设计 .73.1.1 芯片 AT89C52 的引脚介绍 .73.1.2 AT89C52 的中断 .73.1.3 复位电路 .83.1.4 晶振振荡电路 .83.1.

9、5 独立键盘的设计 .83.1.6 LED 数码显示器 .93.2 调频调制发射部分的设计 .103.3 电源电路 .133.4 高频功率放大电路 .14第 4 章 系统的主要程序设计 .164.1 键扫描程序 .164.2 BH1415F 串行通信程序 .16V4.3 显示程序 .17第 5 章 电路的调试 .19小结 .20致谢 .21参考文献 .22附录 1：控制源程序清单 .23附录 2：数字式调频台实物图 .341第 1 章 前言1.1 无线电的基本介绍无线电是在自由空间中传播的电磁波，无线电频道则是一种非常有限的自然资源，当两个电磁波信号以相近或者相同的频率发射时，就会非常容易相互

10、干扰。而以单片机为控制平台通过软件编程来实现调频发射频率的改变，可以很有效地防止干扰。二十世纪以后，无线电技术在实验和研究上被更广泛的关注，因此有了更大的发展。用三极管研制成的电子管振荡器产生高频电磁波，这使无线电的发送问题得到了解决。过了一段时间后，制作者又把一些放大三极管级联起来并制作成多级放大器，然后跟振荡器配合，最终制成了强力无线电发射机。无线电广播是指在电波上载荷声音信号，电子管得到了一种有一定频率和振幅的连续电波，这是它获得的很大的成果。为了在电波上载荷对人类有用的信息，我们可以改变用电子管形成的连续电波的振幅和频率。从 20 世纪 40 年代开始，不断涌现出了新的广播形态，米波调

11、频广播就是其中的一种。调频广播的抗干扰能力比较强，广播频段可以播出多套节目，由于它可以容纳大量发射机。在用同等功率发射机的时候，调频广播发射台比调幅发射台服务范围要广泛得多，因此比调幅发射台更容易地实现立体声广播。调频立体声广播是由单声道调频广播发展而来，它用几个处在不同位置的传声器，获取一个广播节目，从而形成多声道信号在同一个广播频道中的传送，因此调频立体声广播比单声道广播更具逼真性。从 20 世纪七十年代开始，各个国家开始研究并开发立体感更强的调频立体声广播。二十一世纪，数字、信息、网络技术的不断融合和发展，加快了数字化广播的出现。数字广播采用数码方式来传送音频信号及其它附加信息，比方说歌

12、曲的歌词，交通信息，天气预报等各种不同的字符信息。它用的是最新的数字压缩可解压方法，这使它不仅能同时传送几百个电台，还能帮你选出喜欢的节目并进行存储，这样你随时可以播放收听。一些弱场强的地区，数字广播可以体现很强的纠错能力，不仅听不到一点噪音，还可以便捷地展开另外数据的不同业务。现在，国际上广泛使用的数字广播设备很复杂，而且价格极其的昂贵，跟我国所用的调频广播不能兼容，这阻碍了数字广播在我国的大面积普及。为了使得已有的模拟调频广播可以传送数字广播节目，现在我国已经研发了一种叫 IBOC 的技术，它可以在左、右两个声道上传送数字信号，如果要接收到高保真的音乐节目，只要在已有的调频收音机中加装数字

13、音频解压电路。虽然说这项技术还处在一个过渡时期，却很有实用价值。1.2 无线电调制方式无线电调制方式一般分为三种即调幅，调相和调频。调频一般用 FM 表示，调幅一般用AM 表示，调相则用 PM 表示。我们在听收音机的时候就可以在上面看到 AM、FM 这些标志。它的基本原理是把需要传送的调制信号调制到高频率波上，从而使它能够通过电离层的反进行远距离传输，在远距离接收端用适当的解调装置把原调制信号中不失真的给恢复出来。 调频是指使载波频率按调制信号幅度而改变的调制方式。调制信号的幅度大小决定了已调波频率的大小，已调波频率变化的周期由调制信号的频率所决定，而已调波的振幅是保持不变的。调频波的波形，看

14、起来就像是个被压缩得不均匀的弹簧。调频波一般用英文字母 FM2表示。我们习惯于用 FM 来指一般的调频广播，作为业余电台、人造卫星、太空通讯应用的波段，也有采用到调频方式的。1.3 调频发射的基本原理根据电学知识，如果要传输低频电信号，就得用比它频率高很多的高频波运载，这样才能传播出去，音乐和语言等产生的电信号就是这样的低频电信号。音乐和语言等产生的低频电信号“加载”到高频电振荡波上去的方法，可以像改变高频电震荡的振幅、相位或者频率一样，在适当电路中由低频电信号致使高频电振荡的某一个电参数发生改变。我们把这种改变过程叫做调制。把需要进行传输的由音乐和语言等产生的带有信息的低频电信号叫做调制信号

15、。又把用来载送低频电信号但还没有载有低频电信号的高频电振荡叫做载波。已被调制后的高频电振荡波叫做已调信号，或者简单地称为已调波。经过传输线路已调信号被送至天线，就可以向空间进行辐射。高频振荡的瞬时电压通常可用 u=Ucos（t+）（2-1）进行表示，其中，U 为振幅， 为角频率， 为初相角。若 U 和 为一固定值的话，此时如果 随调制信号电压的变化而变化，那么把这种调制方式叫做调频，经过调频后的已调信号叫做调频波。这样我们就得出调频就是指使高频振荡的频率按调制信号的电压(或者电流)的变化规律而发生变化，但高频振荡振幅则保持不变。得到的已调波是一个频率随着调制信号电压(或者电流)变化的等辐波。若

16、 和 为一固定值的话，此时如果 U 随调制信号电压的变化而变化，这种调制方式为调幅(AM)方式，经过调幅后的已调信号叫做调幅波。若 U 和 为一固定值的话，此时如果 随调制信号电压的变化而发生变化时，我们就把这种调制方式叫做调相(PM)。把经过调相后的已调信号叫做调相波。因为调频与调幅相比，有很多的优点，所以调频方式被广泛地应用于通信、遥控、广播遥测等各个领域。1.4 调频台的发送与接收典型的调频台一般由以下几部分组成：调频发射机、发射天线、接收天线、调频接收机。调频台的发射与接收系统，如图 1.1 所示。图 1.1 调频台的发射与接收系统接收天线扬声器接收系统输入调谐回路发射天线调制信号调频

17、激励器功率放大器解调器音频放大器发射系统3调频台的发射与接收系统的发射端的作用是把播控中心送来的声频节目，即调制信号发送到调频激励器，然后进行频率调制，致使高频电振荡的频率随着调制信号的变化规律而发生变化。若得到的已调信号的载频要比发射频率低的话，此时就需要把已调信号的载频进行倍频或者变频到发射频率。此后再用功率放大器把它放大到实际需要的功率，最后经同轴电缆把已调信号传输到发射天线辐射出去。调频台的发射与接收系统的接收的作用是把已调信号经接收天线接收下来以后，由输入调谐回路选择出所需要接收的电台，此后解调器从已调信号中检测出调制信号，再经音频放大器放大后，最后就可推动扬声器还原成声音。1.5

18、数字式调频台的原理与优点数字式调频电台是运用单片机的编程原理，设置发射频率，具有非常广泛的应用价值。此数字式调频电台的工作原理为：先给单片机、调频调制电路通电,并预置单片机控制显示模块的频率,单声道/立体声控制，要把控制寄存器清零，当预置完毕后就会向单片机发出应答。然后在设置频率时扫描键盘，查看一下是否有键按下,此时单片机向调频调制集成电路发送控制数据。在确定已设置好频率后将数据传送到显示模块,并进行锁定，此时要注意检测是否保存显示数据，确认保存数据, 执行存储操作。调频调制电路发射这个频率，最后单片机会恢复等待，一直到有需要重新设置的请求。现在市场上大多数的调频广播发射器，采用的是模拟振荡器

19、，发射频率是固定单一的，在相邻的场地使用时会经常因为频率的相近而产生干扰，影响正常的使用。使用调频发射集成电路 BH1415F 制作的数字式调频广播发射器，不仅频率的稳定性很好，还能够在 80.0 MHZ至 109.9MHZ 的范围内进行任意发射频率的设置，从而能够十分有效地避免调频台的相邻频率的干扰。使用单片机控制的数字式调频发射器，还能够存储发射频道，分辨率可按 0.1MHZ进行调整，可以用于学校无线广播和无线演说等场所。1.6 设计的任务与目的此次毕业设计主要是通过对数字式调频台的设计，熟悉掌握单片机的原理和调频发射集成电路 BH1415F 的工作原理，提高单片机的编程能力和硬件设计能力

20、，掌握单片机应用产品的开发过程。要求用单片机设计出对简易调频台进行发射频率控制的小系统，完成电路设计，编写出程序并进行调试，完成设计报告。4第 2 章 系统方案设计与比较此次毕业设计主要从三个方面来进行方案论证：1、控制芯片的选择；2、调频发射电路的选择；3、显示模块的选择。2.1 单片机方案单片机具有很多优点，比如它的集成度很高、可靠性也好、功耗很低、体积非常小、抗干扰能力很强、面向控制很好，而且它的价格还十分便宜，这使得它在很多方面都得到了广泛运用，如在工业控制系统中，在家用电器和智能化仪器仪表上，在实时控制和数据采集系统方面等。现在的单片机集成有中央处理器(CPU)、串行和并行通信接口、

21、只读程序存储器(ROM)、随机存取数据存储(RAM)、中断系统、时钟电路、定时电路等。增强型的单片机还集成了如 PMW(脉宽调制电路)、A/D 转换器、WDT(看门狗)，它的功能很强大。有些单片机的功能更强大，它将液晶驱动电路都集成在一块单一的芯片上，这样单片机包含了更多的单元电路。控制芯片采用 ATMEL 公司生产的 AT89C52 单片机，它由 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术所生产，可以和标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内有通用的 FLASH存储单元和 8 位中央处理器（CPU ）。AT89C52 有 32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，并内含

22、2 个外中断口，2 个全双工串行通信口，3 个 16 位可以编程的定时计数器，2 个读写口，一个 6 向量两级中断结构，片内有振荡器和时钟电路。AT89C52 可以降低到 0HZ 的静态逻辑操作，同时它也支持两种软件可供选择的节电工作模式。当空闲方式时，它的 CPU 会停止工作，但会同意 RAM，定时/计数器。中断系统和串行通信口会接着进行工作。当处在掉电方式时，它会储存 RAM 中的内容，但此时振荡器会停止工作且阻止其它所有的部件进行工作，这种方式一直要保持到下一个硬件的复位。此设计中 AT89C52 的 P0 口和 P2 口作为共阳 LED 数码管驱动用。P1 口则作为 16 键的键盘接口

23、，它的 T0T3 依次为百位、十位、个位及小数位的频率操作键。鉴于设计要求，百位数只能是 0 或者 1。当百位是 0 时，十位数则为 8 或 9；当百位为 1 时，十位数则只能是0。个位和小数位可以是 09 间的任意一个数。T4T14 是发射频率预置键，T15 是单声道/立体声控制键。把 P3.0、P3.1 及 P3.2 作为和 BH1415F 的通信端口，用作传输发射频率控制数据，把 P3.3 口作为立体声发射指示。是此单片机能实现本设计所要求的各个功能，故选用 AT89C52。此单片机能满足本设计所要求的各个功能。2.2 调频发射电路方案本设计中的调频调制发射部份采用 Rohm 公司最新生

24、产的调频发射专用集成电路BH1415F，内有调频广播信号发射电路、立体声信号调制、前置补偿电路、低通滤波电路、限制器电路等，所以它具有很好的音色。BH1415F 内置的 PLL 系统调频发射电路使传输频率十分稳定。它也是单片数字锁相立体声调制芯片，该芯片的性能十分出色，频率特性也非常好。它能够达到 40dB 分离度，传送音质甚至可以和本地的调频电台进行比较。由于它的高频振荡部分采用的是频率合成电路，所以产生的振荡频率很稳定，它的发射频率很容易被改5变。其总谐波失真可以达到 03，RF 输出电平为 100dB，是调频首选芯片。它完美地消除了交流声，解决了其它相关的无线产品一直以来都无法克服的这个

25、难题。BH1415F 是既简单又实用的集成电路，它集成了 PLL 锁相环电路、产生立体声复合信号的立体声编码电路及 FM 发射电路。在它的外围加上几个器件就组成了一台高频多频点高保真的调频立体声发射器，此外它还设置了提高信噪比预加重电路、防止信号过调限幅电路和控制输入信号频率 LPF 低通滤波器，这样可以明显地提高音质。BH1415F 的特点如下：1.BH1415F 典型射频输出电压为 3V 左右；2.把预限幅电路、加重电路及低通滤波电路（LPF）一体化使音频信号质量比分立元件电路（如：BA1404、NJM2035 等）有很大提高；3.导频式立体声调制电路； 4.采用的是锁相环锁频并且和调频发

26、射电路一体化使得发射频率十分稳定； 5.采用的是单片机数字直接频率设定，可设定 70-120MHz 的频率，使用起来很方便；6.即使在外界温度大范围变化的影响下，频率也非常稳定。发射芯片 BH1415F 集成度很高，发射频率经单片机通过串行通信端口传送至 BH1415F，发射频率可以通过键盘直接输入，并显示在 LED 上。改变发射频率非常简单，此外，采用的专用电路发射频率相当稳定同时没有频偏现象。因此，发射芯片 BH1415F 能满足本设计的所有要求。2.3 显示模块方案本设计可供选择的显示器有以下几种：VFD 显示器、LCD 液晶显示器、LED 显示器。2.3.1 VFD 显示器VFD 显示

27、器是真空荧光显示屏的简称，它是在 20 世纪 60 年代发明的，由电子管发展而来的一种显示器。它是在真空二极管或者三极管的基础上改造而来的，由二极管改造的叫做静态 VFD，由三极管进行改造的叫做动态 VFD。静态 VFD 含有阴极（灯丝）和阳极这两个基本电极，动态 VFD 则比静态 VFD 多了一极栅极。这些极在高真空条件下被封装在玻璃壳中。动态 VFD 中由阴极发射的电子，在正向电位作用下，加速到达阳极和栅极，静态 VFD 则直接到达阳极，最后这些电子经碰撞，激活在阳极上的荧光粉图案使它发光。VFD 显示器有很多的优点如高亮度、广视角、高清晰度、反应速度十分快，它还有很多种色彩，如果使用滤色器的话，可以得到更多的色彩。VFD 显示器的显示效果也非常好，如果使用集成芯片玻璃技术的话，可以集成 VFD 的驱动电路，它的使用寿命也很长。它的不足是它需要 150450mA 的灯丝电流，5.56.3V 的灯丝电压，1236V 的阳极加速电压和 15-36V 的栅极电压。功耗非常大，若不考虑栅极和阳极的电流，仅仅灯丝功耗就达到了825mW，因此，它不适合在移动设备上使用。此外，使用起来很不方便，需要很多组不同的供电电压。2.3.2 LCD 液晶显示器LCD 液晶显示器是一种平面很薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，是