车载MP3无线调频发射器zc.docx
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车载MP3无线调频发射器zc
分类号：
TN836UDC：
D10621-408-（2006）0285-0
密级：
公开编号：
2002022096
成都信息工程学院
学位论文
车载MP3无线调频发射器
----发射与控制
论文作者姓名：
张超
申请学位专业：
电子信息工程
申请学位类别：
工学学士
指导教师姓名（职称）：
吴启满（实验师）
论文提交日期：
2006年6月4日
车载MP3无线调频发射器
摘要
进入21世纪,随着人们物质生活的提高，舒适性、方便性已经成为电子产品的重要考虑因素，基于此而设计的车载MP3转化发射器就是这样一个较为人性化的产品,它大大提高车内播放音乐的方便性和安全性。
车载MP3转化发射器其实就是一个新型的数字化调频发射器，它具有将音频信号转化成为调频信号发射出去的作用,具有方便携带,使用简单,频率稳定、发射频率在88.0MHZ至110.0MHZ范围内任意可设等特点。
而本文所介绍的调频发射电路的设计，采用的是无线音频传输集成芯片BH1415F，其发射频率采用AT89C52单片机控制，外围电路配以数字化液晶模块1602显示发射频率，操作更加直观方便,此电路发射频率较为稳定，抗干扰能力较强，适合于将各种音频信号转化为一定频率的调频信号进行无线发射。
关键词：
BH1415FAT89C52数字化控制LCD1602调频发射
WirelessFrequencyModulationintheCar’sMP3
Abstract
Enteringthe21century,asthepeople’smateriallifeimproving,thecomfortandconveniencehavebecometheimportantfactorsofelectronicproducts.ThecaryearchangeofMP3’semitterisjustthehumanizationproductdesignedbasingonthat,anditgreatlyraisestheconvenienceandsafetyofmusicbroadcastinginsidethecars.ThecaryearchangeofMP3’semitterisanewdigitizationfrequencymodulationemitter.Itcanchangethefrequencysignalintofrequencymodulationsignal,anditpossessesthecharacteristicssuchasconvenientlycarrying,simplyusing,steadilyfrequency,andthelaunchfrequencycansettorandomlyfromthescopeof88.0MHZto110.0MHZ.
Thispaperintroducesonekindofdesignoffrequencymodulationlaunchcircuit.ItusesthewirelessfrequencytransmissionchipBH1415F,itsemissiveiscontrolledbyAT89C52SCM（SingleChipMicyoco）,andtheperipheralcircuitintegratesthecrystalmodule1602showingthelaunchfrequency.Theoperationismoredirectlyandconvenient,andthefrequencylaunchedbythecircuitiscomparativelystableandhasstronganti-jammingability.Itisfitforchangingallkindsoffrequencysignalintoafixedfrequencymodulationsignaloffrequencyandlaunchingwirelessly.
Keywords:
BH1415AT89C52digitizationcontrolLCD1602
thefrequencymodulationlaunch
目录
论文总页数：
29页
引言1
1硬件设计部分1
1.1锁相环电路的介绍1
1.1.1电路的组成1
1.1.2锁相环各组成部分的介绍2
1.1.3锁相环电路的应用3
1.2无线音频传输集成芯片BH1415F4
1.2.1与BH1417的比较（和BH1414、BH1416的比较略）4
1.2.2芯片简介5
1.2.3特点5
1.2.4结构图5
1.2.5芯片各工作参数6
1.2.6芯片各脚位的内部结构8
1.2.7电路应用说明10
1.2.8调频发射的基本原理13
1.3控制端（MCU）与BH1415的连接15
1.3.1简单介绍控制BH1415频率的方法15
1.3.2硬件连接15
1.4抗干扰能力16
1.4.1干扰来源16
1.4.2抗干扰方案16
1.5简要介绍相关模块16
1.5.1液晶显示模块160216
1.5.24X4键盘控制17
2BH1415频率控制程序17
2.1BH1415的控制模块17
2.2利用键盘控制BH1415的发射频率值18
3调试19
3.1BH1415的调试19
3.1.1硬件部分的调试19
3.1.2软件部分的调试20
3.2系统整体调试21
4有待改进的地方21
4.1关于稳压电源的改进21
4.2关于发射功率的改进22
结论22
参考文献22
附录23
致谢27
声明28
车载MP3无线调频发射器
引言
随着新时代电子技术的日新月异,各种电子产品层出不穷,人们在追求高科技现代化的同时,也越来越强调产品的方便携带性了，车载产品便是众多新型电子产品中很具有代表性的。
以前在车里的音乐播放设备一般就是磁带机、CD机之类，但他们都是播放的磁带或者碟片，容量不仅小，而且在狭小的车里要更换磁带或者碟片也不是一件轻而易举的事，更何况在行车过程中进行这样的换碟操作还有可能带来危险，而如果选用MP3来播放的话，那么不仅能够储存大容量的歌曲，而且切换歌曲也只需要轻轻地按一个键就搞定了。
我们这次的设计便是设计一种车载MP3的转化发射器，它是用来将MP3里面的音频文件转化成为调频信号发射出去，再利用几乎每辆车都有配备的收音机来达到接受MP3音乐的目的。
一般来说，BA1404对于一般的调频发射已经足够了，但它却有一个致命的缺点：
没有锁相环电路，既PLL，频率很不稳定，容易跑频！
对于要求高一点的地方就不合适了，为此广大调频发烧友纷纷出谋划策为它加锁相环电路。
但是象通用的数字集成电路4000系列+74系列的和一些专用的高频锁相环电路等如MC145152和MC1415170等这些电路，但它们都很复杂，电路的调试十分麻烦，不易成功。
而运用新型集成芯片BH1414-1417系列，相当于BA1404+PLL，则可以比较方便地设计各种调频电路。
用BH1415设计的电路，采用单片机控制发射频率，外围用键盘控制发射不同的频率，并且用液晶显示其发射频率的值，操作十分方便，且发射频率可以在一定范围内任意设置，频率稳定比较容易调试。
1硬件设计部分
1.1锁相环电路的介绍
1.1.1电路的组成
许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。
锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。
锁相环的特点是：
利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图1所示。
、
图1.1锁相环组成原理图
1.1.2锁相环各组成部分的介绍
（1）鉴相器
鉴相器是相位比较电路。
输入电压
=
=
鉴相器输出电压
是两个输入电压相位差
的函数。
不同形式的鉴相器，函数关系不同。
（2）低通滤波器
这里简要介绍两种环路低通滤波器的形式。
RC积分低通滤波器，它的传递函数:
，
（1.1）
无源比例积分滤波器，传递函数:
，
，
（1.2）
（3）压控振荡器
压控振荡器简写为VCO。
把它可以看成是电压-频率变换电路，简称V/F变换电路。
可以用图所示的框图表示，输入电压为u，输出频率是f。
uf
图1.2
1.1.3锁相环电路的应用
（1）锁相环在调频和解调电路中的应用
调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。
由8-4-6式可知，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。
当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。
若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号uc外，还有调制信号ui，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω0为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。
由此可得调频电路可利用锁相环来组成，由锁相环组成的调频电路组成框图如图1.2所示。
图1.3调频电路
根据锁相环的工作原理和调频波的特点可得解调电路组成框图如图1.3所示。
解调信号
调制信号
鉴相器
低通滤波器
压控振荡器
图1.4解调电路
（2）锁相环在频率合成电路中的应用
在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，通常采用石英晶体振荡器。
但石英晶体振荡器的频率不容易改变，利用锁相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定的振荡信号输出。
输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路；输出信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。
锁相倍频和锁相分频电路的组成框图如图1.4所示。
Ui
低通滤波器
鉴相器
晶振电路
f1
f1=NFfo
Nfo
压控振荡器
Uo
fo
图1.5倍频和分频电路组成
1.2无线音频传输集成芯片BH1415F
1.2.1与BH1417的比较（和BH1414、BH1416的比较略）
BH1415和BH1417都是rohm公司一起推出的一个系列，它们的外围电路以及PCB板完全相同，只是控制频率的方式不一样。
BH1415是采用的MCU控制，通过单片机向芯片以时序电路的送入控制字来达到控制频率的作用；而BH1417是采用对15、16、17、18四个脚的高低电平控制来改变发射频率，它有16种可设频率。
若采用BH1417则需要在外围加数字电路来达到通过按键控制发射不同频率的方法，但考虑到大学期间接触单片机的时间较多，以往也使用过单片机来设计过电路，对其使用和编程较为熟悉，所以此次设计选用BH1415的芯片。
1.2.2芯片简介
BH1415F是一种无线音频传输集成电路，它可以将计算机声卡、游戏机、CD、DVD、MP3、调音台等立体声音频信号进行立体声调制发射传输，配合普通的调频立体声接收机就可实现无线调频立体声传送。
适合用于生产立体声的无线音箱、无线耳机、CD、MP3、DVD、PAD、笔记本计算机等的无线音频适配器开发生产。
这个集成电路是由提高信噪比（S/N）的预加重电路、防止信号过调的限幅电路、控制输入信号频率的低通滤波电路（LPF）、产生立体声复合信号的立体声调制电路、调频发射的锁相环电路（PLL）组成。
1.2.3特点
1）将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路（LPF）一体化，使音频信号的质
量比分立元件的电路（如：
BA1404、NJM2035等）有很大改进。
2）导频方式的立体声调制电路。
3）采用了锁相环锁频并与调频发射电路一体化，合发射的频率非常稳定。
4）采用了MCU数据直接频率设定，可设定70-120MHz频率，使用上非常方便。
1.2.4结构图
图1.6结构原理图
图1.7元器件的尺寸以及封装
1.2.5芯片各工作参数
表1.1允许的最大值
表1.2工作范围
表1.3电性能特征
1.2.6芯片各脚位的内部结构
表1.4BH1415个管脚内部结构图
脚位
属性
电路
电压
1
左声道信号输入端
1/2Vcc
22
右声道信号输入端
1/2Vcc
2、21
加重时间调整端
1/2Vcc
3、20
低通滤波器调整端
1/2Vcc
4
滤波器端
1/2Vcc
5
复合信号输出端
1/2Vcc
6
地
——
GND
7
锁相环输出端
——
8
电源正极
Vcc
9
高频振荡器输入端
4/7Vcc
10
高频地
——
GND
11
高频信号输出
Vcc-1.9
12
锁相环电源正极
——
Vcc
13、14
晶体振荡器输入端
——
15
传送使能CE
——
16
传送时钟CK
17
传送内容DA
18
音频静音MUTE
19
导频信号调整端
1/2Vcc
1.2.7电路应用说明
（1）预加重电路
预加重电路是一个非线性音频放大器，它的内部工作点为1/2Vcc，因为它是非线性放大器，所以输入阻抗取决为内部电阻R3=43KΩ，预加重时间取决于内部电阻R2=22.7K和外部电容C1=2200p。
图1.8预加重电路
时间常数τ=C1R2
R1=1K是一个限流电阻，防止自激的产生。
（2）限幅电路
图1.9限幅电路
限幅电路是由二极管限幅的反相放大器组成，它的内部工作点为1/2Vcc。
（3）低通滤波电路
低通滤波电路是由二阶低通反馈放大电路组成，它的分频点为15KHz。
图1.10低通滤波电路
公式如下:
Cf=1/ω0Rf
（1.3）
C1=3QCf
（1.4）
C2=Cf/3Q
（1.5）
运算过程如下：
Q=0.577、ω0=1.274、fc=15KHz
R1=R2=R3=Rf=100KΩ
Cf=1/ω0Rf=1/（2πX1.274X15KX100K）=83.28pF
C1=3QCf=3X0.577X83.28pF=144pF≈150pF
C2=Cf/3Q=83.28p/（3X0.577）=48≈50pF
（4）立体声调频
音频信号从第1脚和第22脚输入后通过预加重电路、限幅电路和低通滤波电路后送到混合器（MPX）中，另外由第13、14脚接入7.6MHz晶体的振荡电路通过200分频后产生的38KHz副载波信号，同时38KHz副载波通2分频产生的19KHz导频信号。
音频信号和38KHz的副载波信号被多路复合器进行了平衡调制，产生了一个主信号（L+R）和一个通过DSB调制的38KHz副载波信号（L-R），并与19KHz导频信号组成复合信号从第5脚输出。
图1.11导频方式的调频立体声广播频带结构图
（5）FM发射电路
FM发射电路采用稳定频率的锁相环系统。
这一部分由高频振荡器、高频放大器及锁相环频率合成器组成。
调频调制由变容二极管组成的高频振荡器实现，高频振荡器是一个锁相环的VCO，立体声复合信号通过它直接进行调频调制。
图1.12FM发射电路
高频振荡器是由第9脚外部的LC回路与内部电路组成，振荡信号经过高频放大器从11脚输出，同时输送到锁相环电路进行比较后从第7脚输出一个信号对高频振荡器的值进行修正，确保频率稳定。
一但频率超过锁相环设定的频率，第7脚将输出的电平变高；如果是低于设定频率，它将输出的电平变低；相同的时候，它的电平将不变。
1.2.8调频发射的基本原理
A、数据信号发送方：
图1.13数据传送方式
B、数据内容说明：
表1.5数据内容说明
顺序
数据
说明
1
PR-CTL
频率控制字D0-D10
D0为低位D10为高位，其值为实际发射频率除以100KHz的十六进制值。
比如99.7MHz，则为9700KHz÷100KHz=997转为16进制后则为3E5，字位如下：
2
OM-CTL
立体声控制MONO
设为1时开启立体声，设0时关闭立体声
3
PD-CTL
PD输出控制
PD0、PD1
设定
PLL输出状态
PD0
PD1
0
0
正常模式
0
1
输出低
1
0
输出高
1
1
高阻态
4
出厂测试
正常模式下，必须将T0设为1，T1设为0
1.3控制端（MCU）与BH1415的连接
1.3.1介绍控制BH1415频率的方法
BH1415的15、16、17脚分别为CE、CK、DA端，它们是控制芯片发射频率最主要的端口。
CE为芯片的授权端，只有在它为高电平时才允许向BH1415写入控制字，低电平则禁止向它写入；CK为时钟信号，用来锁存数据，在CK由低电平变为高电平的时候（并且高低电平的间隔时间大于1.5μsec时）锁存从DA端接受到的二进制字符；DA为控制字接受端，它所接受的字符将决定芯片的发射频率。
1.3.2硬件连接
此次实验所用的单片机是AT89C51（具体用法略），用单片机控制BH1415，即是用单片机的I/O口来控制BH1415的CE、CK、DA端，在此次实验中选用的是P3.0、P3.1、P3.2三个端口来进行电平传输，P3.0接DA，P3.1接CK，P3.2接CE，电路图如图1.4：
图1.14单片机与BH1415的连接原理图
1.4抗干扰能力
1.4.1干扰来源
（1）附近各个电台相互产生的有害干扰；
（2）相邻两个无线频率发射模块的相互干扰；
（3）非法无线电电台产生的干扰；
（4）信号微弱，产生失真，受外来辐射影响；
1.4.2抗干扰方案
A，增加可选频率，避免重复频率产生干扰；
B，增强发射功率，使信号加强（只在汽车车厢范围内有效）；
1.5简要介绍相关模块
1.5.1液晶显示模块1602
第1脚：
VSS为地电源
第2脚：
VDD接5V正电源
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
另外引脚"A"和"K"为背光引脚,"A"接正,"K"接负便会点亮背光灯。
1.5.24X4键盘控制
在此次实验中为了让发射的频率减少干扰，所以不能仅仅设置一个发射频率，而应该设置多个发射频率来避免别的电波的干扰。
为了达到可以简单方便的改变电路的发射频率，所以采用键盘式操作。
而考虑到多个可以发射的频率以及以后可能会有扩展功能，所以采用4X4的键盘控制，可以有16个按键可以进行设置，满足了多方面的要求。
用单片机控制键盘采用的I/0口是P1.0-P1.7，开关用的均是简易的4脚开关。
2BH1415频率控制程序
2.1BH1415的控制模块
对于BH1415的发射频率控制的方法在前面1.3节已经介绍过了,这里就不再重复。
DA、CE、CK分别接的P3.0、P3.1、P3.2，程序的基本流程图如图2.1：
图2.1BH1415的控制流程图
2.2利用键盘控制BH1415的发射频率值
键盘控制主要是用来控制BH1415的发射频率的选择以及在液晶上显示出其相对应的发射频率的值，这里主要介绍的是键盘控制发射频率的程序。
软件上也就是在按不同的键时用调用不同的已经设好的控制程序，这里采用的主要是用switch语句来达到这个目的。
控制BH1415发射频率的程序为“sendx（）”，程序的主要流程图如图2.2：
图2.2键盘程序流程图
3调试
3.1BH1415的调试
BH1415的调试是整个设计最重要的部分，在已经确保液晶显示和按键正确的情况下，应该对BH14115进行调试。
3.1.1硬件部分的调试
PCB板做出来，相应的引线也焊接完毕后，就可以进行BH1415硬件部分的调试。
首先测试芯片是否正常工作，接通电源正负极，用万用表黑表笔接地，红表笔依次测量1-5脚，20-22脚的电压，正常工作电压大概为2.45V左右（1/2Vcc）；用红表笔测量8、12脚的电压应该为电源电压5V左右；测量9脚应为2.83V左右（4/7Vcc）,之后再将黑表笔分别接到6、10脚再选择性地测量几组上面的脚,如果均为正常电压值则表明芯片内部是正常工作的。
再通过一个双端插口将MP3和电路板连接在一起，也就是从1、2脚输如音频信号后再检测。
检测晶振是否正常起振，用示波器的黑表笔接地，红表笔接到13脚、14脚，只要测试出其中任意一脚的波形均为正弦波，且频率大概在7.6MHZ左右,则表明晶振正常起振。
检测压控振荡电路时，用示波器测试R11和C11之间的输出，应该可以检测出来振荡信号的波形，也就是一个正弦波，如果检测出一个正弦波的信号，那表明压控振荡器正常起振。
但是在制作第一块PCB板时，由于当时把电感和变容二极管相隔的距离过远，所以测试压控端时信号很不好，在请教了老师后，了解到在布线时，象晶振，LC振荡电路之类的元器件之间有互相作用的电路，应该尽可能的使这些有互相作用的器件靠近，这样产生的效果才是最好的，隔的太远有时很难作用或者根本不作用。
所以在重新布好PCB板并安装上元器件后，振荡电路的波形明显好转。
用示波器检测5脚的输出，应该可以观察到一个复合信号，它是一个间歇性的信号。
3.1.2软件部分的调试
软件调试时，选择仅先单片机写一个简单的发射程序，发射频率为99.7MHZ观察能否正常发射所设置的调频信号，调试所用程序如下：
#include
sbitK0=P3^0;
sbitK1=P3^1;
sbitK2=P3^2;
unsignedinti;
vo
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