TI杯大学生电子设计竞赛无线话筒扩音系统F题报告.pdf
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12018年TI杯大学生电子设计竞赛无线话筒扩音系统无线话筒扩音系统（F题题）【本科及高职高专】【本科及高职高专】2018年年07月月23日日2摘要本设计是以RDA5820NS为核心的无线话筒扩音系统,采用模拟调频方式，载频范围88MHz108MHz，可以在大于10m的距离上实现无线语音的传输。
无线话筒信号可以由调频收音机收听。
此外，无线话筒开机时可自动检测可用信道，自动避免干扰。
接收机由TI公司的MSP430F5529作为系统主控，可同时接收两个无线话筒的信号并对其进行混音处理，接收机输出功率为1W，可直接驱动8喇叭。
关键词：
调频,无线话筒,接收机,混音，MSP430F5529关键词：
调频,无线话筒,接收机,混音，MSP430F5529AbstractThisdesignisbasedonRDA5820NSasthecorewirelessmicrophoneamplificationsystem,usinganalogfrequencymodulation,thecarrierfrequencyrangeis88MHz108MHz,andwirelessvoicetransmissioncanberealizedatadistancegreaterthan10m.ThewirelessmicrophonesignalcanbeheardbytheFMradio.Inaddition,thewirelessmicrophoneautomaticallydetectstheavailablechannelswhenitisturnedon,automaticallyavoidinginterference.ThereceiveriscontrolledbyTIsMSP430F5529asthesystemmaster.Itcansimultaneouslyreceiveandmixthesignalsoftwowirelessmicrophones.Thereceiveroutputpoweris1W,whichcandirectlydrive8speakers.Keyword：
FM,wirelessmicrophone,receiver,mix,MSP430F55293目目录录一.系统方案.41.方案比较与选择.41）发射机主芯片选择.42）麦克风放大模块.43）加法器模块.44）混音模块.55）音频功放模块.52方案描述.5二.理论分析与计算.71.加法器模块.72.发射功率计算.7三电路与程序设计.71.电路设计.71）无线话筒电路设计.72）麦克风放大电路设计.83）混响电路设计.84）音频功放电路设计.95）加法器电路设计.92.程序设计.10四.测试方案与测试结果.111.测试仪器.112.测试结果.11五.结论.12六.参考文献.124无线话筒扩音系统（F题）【本科及高职高专】【本科及高职高专】一.系统方案一.系统方案1.方案比较与选择1.方案比较与选择1）发射机主芯片选择方案一：
采用分立元件搭建方案一：
采用分立元件搭建采用模拟方案。
使用VCO对输入音频信号进行压频变化，之后通过混频器上变频至88MHz108MHz。
该方案为实现发射频率精确可调，还需要可调频率本振。
分立元件方案器件较多，功耗较大。
方案二：
采用集成芯片方案二：
采用集成芯片RDA5820NSRDA5820NS是锐迪科半导体推出的一款集成FM收发器，内部包含一套全集成的FM收发系统，可由两节干电池直接供电，频率覆盖60MHz108MHz。
只需要对其内部寄存器进行配置，便可完成发射参数的配置。
通过配置，RDA5820NS还可以在收发机之间切换，非常适合完成开机信道检测的功能。
由于题目中要求发射机电池供电，综合以上两种方案,方案一实现繁琐,功耗较大，不易实现，方案二方案简单，易于实现，故选择方案二。
2）麦克风放大模块方案一：
采用通用运放放大方案一：
采用通用运放放大使用电源给麦克风提供偏置，然后采用同相放大电路对麦克风信号进行放大。
运算放大器具有使用方便、增益稳定的特点，性能较好。
方案二：
采用方案二：
采用MAX9814放大放大MAX9814是一款低成本、高音质麦克风放大器，内置自动增益控制（AGC）以及低噪声麦克风偏置。
该器件集成低噪声前置放大器、可变增益放大器（VGA）、输出放大器、麦克风偏压发生器以及AGC控制电路。
综合以上两种方案，方案二可直接提供麦克风偏执并具有极低的噪声，性能优异，故选择方案二。
3）加法器模块方案一：
采用方案一：
采用OP07制作加法器制作加法器采用通用运算放大器OP07制作加法器。
OP07增益带宽积典型值为0.6MHz,具有低噪声,低偏置的特点，但是OP07转换速率较低（0.3V/uS），大信号带宽较5小。
方案二：
采用方案二：
采用OPA1611制作加法器制作加法器采用TI公司的专业音频运算放大器OPA1611制作加法器。
OPA1611增益带宽积典型值为40MHz，转化速率27V/uS，具有超低噪声密度和超低失真的特点，适合音频信号处理使用。
综合以上两种方案，方案二性能较好，故选择方案二。
4）混音模块方案一：
使用单片机进行混音方案一：
使用单片机进行混音接收到的信号可以通过IIS总线直接得到数字音频信号，采用MCU对采集到的音频信号进行延时、衰减、相加可以得到数字混音信号，之后通过DAC直接输出混音后的信号。
方案二：
采用集成芯片实现混音方案二：
采用集成芯片实现混音采用CD2399混响处理器芯片对音频进行混音。
CD2399是一块混响处理器芯片，该芯片采用CMOS工艺，具备数模、模数转换功能和很高的取样频率，同时还内置了一个44K的存储器。
数字处理部分产生延迟时间。
系统时钟采用内置压控振荡器产生，是数字处理电路的一大特点，它使得频率很容易调整。
CD2399的优势在于它具有很低的失真系数（THD0.5%）和噪声（N0-90dBV），因此能够输出高品质的音频信号。
为了追求更简单的PCB版图布局和更低成本，CD2399的引脚排列和应用电路都进行了优化。
使用CD2399完成混音功能，实现简单，性能优异。
综合以上两种方案，方案一较为灵活，但实现较为复杂，不易在比赛期间完成，方案二实现简单，故选择方案二。
5）音频功放模块方案一：
使用三极管搭建音频功放模块方案一：
使用三极管搭建音频功放模块采用分立元件方案，使用三极管互补推挽电路搭建功放模块。
方案二：
采用方案二：
采用TDA2030A搭建音频功放模块搭建音频功放模块TDA2030A具有较宽的电源电压以及较低的失真，可以直接驱动8欧喇叭，输出功率可达14W，外围电路简单，性能优异。
综合以上两种方案，方案一较为灵活，但调试略繁琐，方案二实现简单，满足题目要求，故选择方案二。
2方案描述方案描述根据方案比较、分析与综合考虑，本系统最终确定的无线话筒系统框图如图1所示：
6STM32F0RDA5820NSMIC&OLED图1无线话筒系统该方案通过STM32FO控制RDA5820NS配置为发射机完成FM信号频率设置，通过将RDA5820NS配置为接收机完成空闲信道检测与自动信道选择。
无线话筒的相关参数在OLED上显示并可以通过按键进行配置。
整个无线话筒系统通过两节干电池进行供电。
本系统最终确定的接收机系统框图如图2所示：
FM接收机1FM接收机2加法器1功放喇叭延时、衰减Buffer主控继电器图2接收机系统接收机由两个接收通道构成，可同时接收两个无线话筒信号。
接收到的信号可以单路或加法输出，音频信号还可选混音处理，最终处理过的信号经过功放输出至喇叭。
7二二.理论分析与计算理论分析与计算1.加法器模块加法器模块加法器模块搭建的是同相比例运算放大电路，输入和输出遵从以下的关系式：
）434433）（221（V21RRRVRRRVRRRININout设电阻4321RRRR=10K,则21ININoutVVV,可以实现两路输入信号直接相加的功能。
2.发射功率计算发射功率计算RDA5820NS在88-108MHz的接收灵敏度最差为-104dBm108MHz。
由自由空间损耗公式：
=32.45+20log（）+20log（）其中，L表示自由空间损耗，f为发射频率，单位为MHz，d为距离，单位为km。
取d=0.01km，f=108MHz，计算可得路径损耗L=33dB。
考虑天线匹配及其他损耗30dB，最小发射功率为-41dbm可以满足要求。
为了实现更好的接收发送性能，取发射功率为0dbm。
三电路与程序设计三电路与程序设计1.电路设计电路设计1）无线话筒电路设计无线话筒电路如图3所示。
麦克风信号经过MAX9814放大后送入RDA5820NS发射出去。
8图3无线话筒电路2）麦克风放大电路设计无线话筒电路如图4所示。
麦克风信号经过MAX9814放大后送入RDA5820NS。
图4麦克风放大电路3）混响电路设计混响电路如图5所示。
通过调节VR1，可以实现30ms350ms的时移。
9图5混音器电路4）音频功放电路设计音频功放电路如图6所示。
通过调节VR1，可以实现音量的调节。
图6音频功放电路5）加法器电路设计加法器电路如图7所示。
为了实现IN1和IN2幅度不变的同比例相加，需要R1=R2=R3=R4。
10图7加法器电路2.程序设计程序设计本系统发射端使用STM32F030芯片来实现更小的体积和更小的功耗，接收端使用MSP430F5529来完成控制。
发送和接收端程序框图如图8所示。
开始初始化各种器件读取按键根据模式序号进入运行模式频率选择模式音量调整模式模式选择模式判断按下了哪个按键判断按键判断按键切换bit位更改模式号后续处理音量-图8程序框图11四四.测试方案与测试结果测试方案与测试结果1.测试仪器测试仪器测试时使用的仪器有：
米尺（1把），DG4162信号源（1台），MSO4054示波器（1台）和FM调频收音机（1台）。
2.测试结果测试结果测试结果如表1所示。
表表1要求测试结果要求测试结果测量测量项目项目题目指标题目指标完成情况完成情况是是否否达达标标测试方案简述测试方案简述与测量仪器与测量仪器1无线话筒采用模拟调频方式，载波频率范围为88MHz108MHz，最大频偏为75kHz，音频信号带宽为40Hz15kHz，天线长度小于0.5米。
可以用普通调频广播收音机收听话筒信号，音频信号应无明显失真。
无线话筒采用2节1.5V电池独立供电实现相应要求的FM调制的无线话筒，话筒声音可以由普通调频广播收音机收听，音频信号清晰是使用收音机收听话筒信号FM调频收音机2无线话筒载波频率可以在88MHz108MHz间任意设定，频道频率间隔200kHz载波频率可以在50MHz115MHz之间设定，频率步进100KHz是使用示波器测量FM信号MSO4054示波器3制作与无线话筒相应的接收机，通信距离大于10m。
8负载下，最大音频输出功率为0.5W。
接收机可以用成品收音机改制通信距离大于10m，8负载下最大不失真输出功率大于1W是使用米尺测量通信距离使用示波器测量8负载上峰峰值米尺、MSO4054示波器4再制作一只满足上述要求的无线话筒。
通过手动分别设置两只话筒的载波频率，使两只话筒可以同时使用，
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