1、 无线调频发射器的设计 The Design of Wireless Frequency Modulation Transmitter 摘 要 利用无线通信信道的远距离语音传输业务，是近年来发展很快的一门技术。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息。调频发射器可以使音频信息传送到附近的任意 FM接收机。本设计中使用 AT89S52控制调频发射的频率，选择了数码管显示发射的频率状态。 选择了 ROHM BH1415F 集成电路产生 调频调制发射信号的频率。 芯片的主要特征 :体积小 ， 准确性高 ， 而且容易产生发射频率。这个系统的各个部分可以进行深入的独立设计研究，现在把它们组合成
2、一个典型的调频发射系统。 本设计使用模拟调频技术，在 88MHz-98MHz 的频段上，实现了线路输入语音信号的小功率远距离单工发送。系统发射功率大约 20mW，发射距离大于 20m，本系统可实现无明显失真的语音传输。 关键词 ： 调频；语音传输； ROHM BH1415 ABSTRACT The remote audio service code through wireless communication channels is a fast developing technology in recent years. As the audio service code is not se
3、nsitive to the mistaken code, the frequency modulation can be used to send information.The 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 o
4、utput situations. The ROHM BH1415F integrated circuit was chosen to create the frequency modulated audio outp ut signal. Chip features include: small size, accuracy, and easily programmed transmission frequency. These system components have been thoroughly researched separately and are now in the pr
5、ocess 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 88MHz-98 MHz, the audio signals can be sent out and received with the small power in a long distance .The emissive power of t
6、he system is about 20mW and the emissive distance is more than 20m.There is no obvious distortion in the audio transmission. Key Words： frequency modulation； audio transmission； ROHM BH1415F I 目 录 1 引言 . 1 1.1 通信的发展 . 1 1.2 广播的发展现状 . 1 1.3 设计思路 . 2 2 系统概述 . 3 2.1 系统功能要求 . 3 2.2 系统组成 . 3 3 方案论证与比较 .
7、5 3.1 无线调频发射电路设计方案论证与选择 . 5 3.2 压控振荡器方案论证与选择 . 6 4 系统硬件电路的设计 . 7 4.1 单片机控制电路 . 7 4.1.1 内部结构 . 7 4.1.2 引脚功能 . 9 4.2 调频调制发射电路 . 11 4.2.1 调频调制电路的特点 . 11 4.2.2 结构图 . 11 4.2.3 允许的最大值 . 12 4.2.4 工作范围 . 12 4.2.5 调频调制发射电路 的组成 . 12 4.3 键盘部分 . 14 4.3.1 单片机键盘和键盘接口概述 . 14 4.3.2 单片机键盘接口和键功能的实现 . 15 4.4 LC 振荡电路 .
8、 16 4.5 调频放大电路 . 17 4.6 电源模块设计 . 17 4.6.1 单元电源电路设计 . 17 4.6.2 直流稳压电源的检测 . 17 5 系统程序的设计 . 18 II 5.1 主程序 . 18 5.2 延时子程序 . 19 5.3 LED 动态扫描子程序 . 19 5.4 频率数据转换子程序 . 19 5.5 控制命令合成子程序 . 19 5.6 BH1415F 字节写入子程序 . 20 5.7 查 键子程序 . 21 6 系统调试及性能分析 . 23 6.1 硬件调试 . 23 6.2 软件调试 . 23 6.3 发射频率的调试 . 23 6.4 性能分析 . 23 结
9、 论 . 24 参考文献 . 25 附录 1：原理图 . 26 附录 2：程序源代码 . 28 附录 3：英文原文 . 41 附录 4： 中文译文 . 52 致 谢 . 59 天津工程师范学院本科生毕业设计 1 1 引言 1.1 通信的发展 人类社会的发展可视为一部信息传播技术的发展史。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到 19 世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们开始寻求用电磁能量传送信息的方法。信息传播促进社会进步和科学技术的发展；科学技术的进步又不断地改进、更新人类信息传播的媒体和工具，并促进信息更迅速、更广泛的传播。 面向 21 世纪的无线通信，无线
10、通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技 术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里。 1.2 广播的发展现状 在 21世纪的今天，广播的主要技术方式是调频广播，它是继调幅广播 (20世纪 20 年代开始的 )的第二代广播，它开始于 20 世纪 50 年代，克服了中波广播的很多致命不足，如串台严重、频带不够分配，信噪比差等，而实现了高保真度、动态范围宽、信噪比较好、较少串台现象。 调频广播因其优秀的音质和抗干扰性能而成为城市广播覆盖的主要手段。随着城市规模的日益扩展，调频发射台的功率也跟着成数量级地增大，由原来的100W、 300W 上升到 1KW、 3
11、KW、甚至 10KW，而发射天线的高度也由几十米上升到百余米甚至三四百米。随之逐步形成了高塔大功率覆盖的格局。 从广播业界的角度来看，高塔大功率覆盖模式的主要优点是建设方便，省事省力，见效快。但其固有缺点和带来的负面影响也是不容忽视的，主要有以下几点：因调频广播工作于米波段，极易因高大建筑物和其他物体反射形成多径干扰；因高山和低谷等地形因素会产生收不到信号的阴影区；大区制覆盖因频率不能复用造成规划困难；频谱利用率低；不能解决长距离交通线的连续覆盖问题。从社会发展的角度来看，它还有更重要的三条缺点：浪费能源，覆盖区场强不均匀 度可达 60dB，大量超出需要的无效辐射，形成能源的巨大浪费；污染环境
12、，大功率 FM 发射台在天线附近周边地区辐射场强超过环境电磁波卫生标准已是不争的事实；对航空无线电业务造成干扰。 由于相关的国家标准和国家军用标准及频率规划多是 10 年以前制定的，那时寻呼业和调频广播刚起步不久，对干扰的认识还远不充分，已不适应当今电磁环境现状。当时规定的 17dB 的防护率早已被突破， 10KM 的防护间距也已形同虚天津工程师范学院本科生毕业设计 2 设。 在世界各国，频率资源是有限的。国家已严格限制频率的使用范围。广播频率是政府部门颁发的，现在很多公司、媒体都愿意斥巨资 竞标频谱使用权。无线广播中，单一载频用来传输单一的或者单套立体声节目。由于传统的大功率的调频广播频率资
13、源的限制，使广播技术工作者开辟了另一种广播技术形式：小调频同步广播，它的特点是多布点、小功率、同频、同相、同步广播，使用的是现有的调频技术，不过存在着多点同步问题，这在技术上是可以克服的。信号传输可使用微波、有线甚至卫星方式。 由于采用小功率按需布点的方法，在满足覆盖需要的前提下，把单台发射机的功率大幅度降了下来，降到 10W、 50W、最大不超过 300W，这就使诸多问题迎刃而解。对于多径干扰，由于功率小了，大 部分反射波场强下降到不至于产生干涉的水平，并且由于布点多，部分多径干扰区可能被互相掩盖；可以用同步补点的办法消除阴影区；小功率辐射易于规划，且提高频谱利用率；可方便组成单频网，满足交
14、通线上的无缝覆盖，保证驾乘人员的不间断接收；场强不均匀度仅为30dB，加上使用低高度垂直极化天线，极大地减小对空辐射和根部近场辐射，既节约能源，又满足电磁环境卫生标准，并可避免造成对航空频段的干扰。 1.3 设计思路 任何 一个地区、一个城市都需要有很多专业的服务及新闻宣传，如交通信息咨询、健康咨询、股市信息咨询等，广播又是大众 最灵活的信息接受媒体，这需要建立很多的广播电台，而作为一个国家的频率资源是严格控制和有限的，因此，小调频广播就成了未来广播的另一种主要形式， 它 是广播发展的其中一个方向，是数字音频广播 (DAB)、网络广播的有力补充，既节约了频谱资源，又实现了广播功能。 为了实现上
15、述要求，本文作者采用单片机 AT89S52 和调频专用发射芯片 BH1415F 及数码显示设计了一套完整的无线调频发射系统，设计为可在88MHz-98MHz 范围内任意设置发射频率，并且可以预置频道，发射频率通过单片机控制最小调整值为 0.1MHz，具 有单声道 /立体声控制，实现了语音信息的短距离无线传输，可广泛应用于学校无线广播、电视现场导播、汽车航行、无线演说等场所。 天津工程师范学院本科生毕业设计 3 2 系统概述 2.1 系统功能要求 设计一个无线调频发射系统 ,实现语音信号的短距离传输。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息，设计中采用了 BH1415F 构成音频无线发
16、射电路。无线调频发射器可以在 88-98MHz 范围内任意设置发射频率，可以预置发射频道，发射频率的最小调整值为 0.1MHz，具有单声道 /立体声控制，发射距离在 20-50 米之间。 语音信号采用调频方式与调幅相 比，有利于改善输出音频信号的信噪比，以保证语音业务的可靠传输，下表是调幅和调频的优缺点比较： 表 2-1 调幅和调频优缺点比较 调幅（ AM） 调频（ FM） 优 点 传播距离远，覆盖面大 1.电路相对简单 1.传送音频频带较宽（ 100Hz 5KHz）适宜于高保真音乐广播 2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰 3.应用范围广，用于多种信息传递 4.可实现立体声广播 缺 点 1
17、.传送音频频带窄 （ 200Hz 2500Hz），高音缺乏 2.传播中易受干扰，噪声大 传播衰减大，覆盖范围小 2.2 系统组成 本设计由单片机、键盘、数码显示、调频发射、调频放大和电源模块等六部分组成，系统框图如图 2-1 所示。通过操作键盘可以设置和更改发射的频率；单片机用于控制数码管显示对应的发射频率和发送频率信号到调频调制电路中；调频发射将输入的音频信号调制后通过载波发送出去；数码管用于显示发射的频率；调频放大将得到的调制信号进行放大；电源模块则为整个电路提供电源。 天津工程师范学院本科生毕业设计 4 电源模块 调频放大 左声道输入 右声道输入 数码显示 扫描控制 BH1415F DA
18、 CK CE GND P1 P0 ATS8952 P2 4 4 键 盘 图 2-1 无线调频发射器的系统框图 天津工程师范学院本科生毕业设计 5 音频输入 射频输出 缓冲放大 二倍频电路 振荡电路 可变电 抗 前置放大 放大电路 图 3-1 MC2833 电路基本框图 调频 电路 射频 输出 放大 电路 左声 道输入 右声道输入 图 3-2 BA1404 电路基本框图 3 方案论证与比较 3.1 无线调频发射电路设计方案论证与选择 方案 1：采用单片调频发射集成电路组成芯片 MC2833。它可构成发射高频率信号的 功率放大器。电路由音频放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及放大电路构成
19、。由集成芯片 MC2833 组成的调频发射机，先将语音通过话筒变成音频电压信号送给音频放大器进行音频电压放大，此音频电压信号经耦合电容送给可变电抗的输入端脚 3 去控制可变电抗，而由可变电抗以及电感、晶体与高频振荡器组成调频振荡电路，产生调频波经缓冲送给两级二倍频放大器。电路实现基本框图如图 3-1 所示。但由于该芯片涉及到的谐振回路较多，不易统调，因而频率不易控制，导致信号不稳定，容易跑台，实现较为困难。 方案 2：采用集成芯片 BA1404 及相关电路构成。它主要由前置音频放大器，立体声调制器， FM 调制器及射频放大器组成。利用内部参考电压改变变容二极管的电容值，可实现发射频率的调整。图 3-2 所示为电路框图。此电路可实现立体声调频发射，典型调频频段为 75-108MHz，振荡频率不易调整，尤其是低端频率实现困难，难以实现要求频段的调整。 方案 3：采用集成芯片 BH1415F 及相关电路构成。 BH1415F 是将预加重电路、
