调频发射机设计与实现

1、南京理工大学毕业设计说明书（论文）作者： 学号：教学点：专 业：题目：指导者：（ 姓名）（专业技术职务）评阅者：（ 姓名）（专业技术职务）2015年5月南京理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名：班级、学号：题 目：调频发射机的设计与实现综合成绩：指导者评语：该生很好地完成了毕业设计任务书规定的工作，采用STC89C5作为控制器，使用ROH除司生产的数字锁相调频芯片 BH1415F乍为核心部件，设计并实现了半数字调频发射机。通过单片机预置数据存储电台，并控制BH1415F利用BH1415F内部的数字锁相环电路使频率锁定。由于显示采用了五位数码管显示，用键盘输入所需频率，操作非常方便直观。并通过实

2、物调试验证了设计方案的有效性。毕业设计说明书、开题报告等文本内容写作规范，图纸表达基本符合工程图纸要求，整体来说符合毕业设计相关要求。鉴于以上情况和该生毕业设计过程中良好表现，成绩评定为95分，允许提交答辩。指导者（签字）：年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语：以STC89C5祚为控制器，以数字锁相调频芯片 BH1415F作为核心 部件所设计的半数字调频发射机设计原理掌握透彻、智能化设计方案 合理、模块电路设计准确、智能化效果明显，论文说明书、开题报告 等文本内容写作规范，电路图设计和硬件电路设计符合电子工程相关 要求，整体来说符合毕业设计相关要求。评阅者（签字）：年 月 日答辩委员会（小

3、组）评语:答辩委员会（小组）负责人（签字）：年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要调频发射机是一种常用的通信工具。调频发射机的主要功能就是将音频信号 和高频载波调制为调频波，然后对所产生的高频信号进行功率放大，并通过天线 把信号发射出去。调频发射机的种类很多，模拟调频发射机、半数字化调频发射 机，以及数字调频发射机。模拟调频发射机采用模拟高频调频电路实现， 缺点稳 定性差。数字调频发射机运用了软件无线电技术来实现音频信号到射频信号全数 字化的调频广播发射机，调频调制过程 DSPS制DDS（直接数字频率合成器）来 完成，实现了调制过程的数字化。半数字调频发射机主要是指采用数字锁相环技 术，实现

4、数字频率控制，频率稳定性高。本次毕业设计主要是设计半数字调频发射机。采用STC89C5作为控制器，使用ROH檄司生产的数字锁相调频芯片 BH1415F乍为核心部件，实现数控调频。 通过单片机预置数据存储电台， 并控制BH1415F利用BH1415呐部的数字锁相 环电路使频率锁定。由于显示采用了五位数码管显示，用键盘输入所需频率，操 作非常方便直观。本毕业设计了可在80.0MHZ至108.0MHZ围内任意设置发射频率的数控调 频发射器，可预置11个频道，另外还具有立体声/立体声控制功能。比传统调频 发射机应用更灵活可靠，可广泛应用于学校无线广播、无线演讲、电视导播、汽 车无线台等。关键字 单片机

5、BH1415F调频发射机 频率控制毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The design and realization of FM transmitterAbstractThe FM transmitter is a communication tool. The main function of the transmitter is to modulate the audio signal and the high frequency carrier for frequency modulation wave, amplify frequency modulation wave b

6、y power amplification and send the signal by antenna. There are three kinds of the FM transmitter. One kind is analog FMtransmitter. The second is thesemi-digital FMtransmitter. The third is digital FMtransmitter. Digital FM transmitter is device that change digital audio signal into FM signal by us

7、ing software. Analog FM transmitter takes analog technology. It has disadvantages of poor stability. Digital FM transmitter processes audio signal and code by technology of DSP(digital signal processor) and DDS (direct digital frequency synthesizer).So it complete to process the digital modulation.

8、Semi-digital FM transmitter takes digital- control phase locked loop technology.I designed the Semi-digital FM transmitter. A controller of the FM transmitter is STC89C51. The core FM component of the FM transmitter is digital PLL FM chip BH1415F produced by the ROHM company. Through using BH1415F M

9、CU preset data, the PLL will lock the transmitter frequency. So the frequency of the FMtransmitter is very stable. The FMtransmitter has five digital tubes to display, and has keyboard to input the required frequency. The operation of the FM transmitter is very convenient.Transmitting frequency of m

10、ost of the college campus FM radio transmitter is fixed. Stability of single is poor. In the design, the frequency of FM transmitter is from 80 MHZ to 108.0MHZ. The FM radiotransmitter can be preset 11 channels. By comparing with traditional FM, the FM transmitter is more flexible and reliable. The

11、FM transmitter can be widely applied to the school radio broadcast, television director at the scene, car radio, wireless speech etc.Keywords： MCU BH1415F FM transmitter Channel control TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1 绪论 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2调频发射机的技术

12、原理及要求 2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 调频发射机的工作原理和技术特点 2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 调频发射机的分类 2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 半数字调频发射机的技术优势 3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 设计方案 3调频发射模块设计方案的选择 3MCU控制电路设计方案的选择 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document

13、 技术功能实现要求 7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 调频发射机的主要技术参数指标 7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3调频发射机的硬件实现 8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 调频发射机的硬件系统总体框图 8 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document STC89C51RC的技术特点与功能 8STC89C51的主要技术特点 8STC89C51 引脚说明 9STC89C51单片机主要功能 10 H

14、YPERLINK l bookmark40 o Current Document 调频发射机单片机控制电路 11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document BH1415F的功能与技术特点 11BH1415F的主要优点 12BH1415F引脚功能说明 12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document BH1415F主要功能电路 13限幅电路 13预加重电路 14立体声调频电路 15低通滤波电路 15BH1415锁相环电路 16 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document BH

15、1415F的调频发射电路 17 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4 其他硬件单元设计 19 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 电源电路单元 19 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 功率放大发射电路单元 20无线传播半径参照表 21天线阻抗匹配 21信号输入电路单元 22音频信号输入电路 22麦克风信号输入电路 22 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 数码管的显示电路单元 23 HYPERLINK

16、 l bookmark56 o Current Document 5技术软件实现 25 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document BH1415F频率控制方法 25 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 主程序流程图 26 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 动态扫描显示子程序 27 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document BH1415写频率数据子程序 28 HYPERLINK l bookmark68 o Curre

17、nt Document 频率数据存储子程序 30 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 6调频发射机调试 31 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 本课题设计的调频发射机 31 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 发射机硬件调试 31 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 发射机软件程序调试 32 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 结论 34致 ft 35 H

18、YPERLINK l bookmark80 o Current Document 参考文献 36 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 附录一 BH1415F技术指标 36 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 附录二单片机控制电路图 39附录三 BH1415发射模块电路 40 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 附录四 源代码411绪论发射机是无线通信系统中核心的设备。发射机按照调制方式可以分为调幅发射 机、调频发射机以及调相发射机，按照信号处理方式来分

19、可以分为模拟发射机、半数 字发射机、数字发射机1 0相比而言，调频发射机应用最为广泛，是广播通信的主 要方式，也可以应用于保安、生产现场、野外工程等领域的小范围移动通信，如对讲 机等。因为调频广播使用高频频段进行信号传输， 能够有效地抵抗干扰，带宽信号还 原性高。另外由于它不需要通过地面中转交换站，容易实现。实现信息的无线传输，就会用到发射机。发射机的主要功能是对低频信号进行高 频调制，并将调制信号功率放大供天线发射出去。发射机的调制方式主要可分为调幅、 调频、调相和脉冲（数字）调制19。调频发射机的基本原理是将音频信号和高频载波 调制为调频波，音频信号的幅度大小控制高频载波频率的变化，然后对

20、高频调制信号进行放大、激励，经过功率放大，最后通过天线将信号发送出去。高频信号的产生目 前主要采用频率合成（DD眼术），锁相环技术（PLL技术）。对于早期模拟调频发射 机也有缺点主要是发射效率低。常用的调频发射机一般包括信号输入电路（话筒以及放大电路），调频电路、稳频电路，功放电路以及天线。相比调幅电路，调频电路简单容易实现。调频发射机主 要用于调频电台、对讲机、车载电台、以及短距离便携式无线信号传输场合。随着自 动化智能技术的发展，调频发射机领域也会逐步实现自动化、 智能化。目前调频发射 机的主要技术进步在于：锁相环频率合成器采用了变容二极管直接调频、全固态化程 度不断提高、控制、监测系统智

21、能化、SCAR RDSft能的扩展、单频同步网的采用及 扩展。相信在不远的将来，在智能化社会、物联网时代，调频发射机领域仍然会蓬勃 发展1。调频广播未来发展方向是全数字调频技术， 其主要优点是：（1）节省频谱和功率， 声音质量高，（3）其设备小型便携化，（4）结构简单而且功能强大。数字调频发射 机采用全过程的数字化处理，调频广播的音质可达到接近 CD的水平1。另外由于无线传输的信号来源和性质不同，可以是音频，也可能是传感器的信号。 这些应用场合的调频发射机要求低成本、小型化以及频率稳定且具有灵活性，这些要 求在数控锁相的调频发射机能够得到很好体现。这也是我们这次设计的主要的方向2调频发射机的技

22、术原理及要求调频发射机的工作原理和技术特点调频发射机的基本功能就是完成低频信号（如语音信号、传感器信号）对高频载 波信号的频率调制，也就是载波信号的频率随低频信号的幅度大小而变化，而后将调频信号进行功率放大，最后通过天线发射出去。调频发射机需要提供一个稳定的高频 振荡电路作为载波，可以采用变容二极管完成低频信号对高频载波的频率调制。调频发射机的功率放大电路一般会采用丙类谐振功率放大电路，因为其效率较高以及具有选频的作用等优点。在小功率的应用场合有时也会采用甲类或乙类功放电 路。调频发射机包括三个部分：低频放大电路、高频电路以及电源电路。高频振荡电 路的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定

23、性，主振电路往往采用石英晶体 振荡器，但是晶体振荡电路频率很难调整变化。 所以在高频振荡电路中既要保证频率 的稳定性，又要对频率有比较大的调整范围，所以就出现了锁相环技术（PLL）。这个技术广泛应用于调频发射机、收音机以及 CD机上。另外在全数字调频发射机中，还 可以采用频率合成技术来产生高频振荡信号。锁相环技术（PLL）的主要工作原理是用相位比较器比较输入信号的频率与本地 信号的频率的相位，产生一个与相位差成正比的电压， 由这个电压来控制一个压控振 荡器，压控振荡器输出就是本地振荡信号， 与相位比较器形成闭环控制回路。 随着集 成电路的发展，目前大部分的应用场合都采用集成数字锁相环电路。集成

24、数字锁相环电路的特点：电路简单、频率稳定性高、频率调整方便，可以采用数字输入控制频率。调频发射机的分类目前所有的调频发射机大体可以按照信号处理的方式分为以下三种：1、模拟调频发射机：输入为模拟音频信号，采用模拟高频振荡电路产生载波信 号，也可以采用VCO（压控振荡器）+PLL （锁相环）产生调频载频信号，调制的过程 也是采用对VCO勺变容二极管进行直接调频的模拟调制方式。这种电路就是典型的模 拟调频发射机1。2、数字调频发射机：从音频到射频的全过程的数字化的调频广播发射机，它运 用了软件无线电技术来实现调频广播发射机。它接收经过数字音频信号处理的音频信 号，其调频调制过程也是由DSP片才5制D

25、DSE片（直接数字频率合成器）来完成， 实现了调制过程的数字化。再将离散的数字调频波经D/A芯片转变成常规调频信号来 供射频放大器放大到指定功率1 o这是调频技术的发展趋势。3、半数字化调频发射机：第一种是音源进行数字化处理，可以接收经过DSP处理的数字音频信号。立体声复合信号经D/A转换器转换为模拟立体声复合信号、再由 该信号对高频振荡信号进行调频调制1 o第二种是频率产生的数字化控制，即目前 很常用的集成数字锁相环电路。半数字调频发射机的技术优势本次设计选择采用数字锁相环技术的半数字调频发射机，它与传统的模拟调频发 射机以及全数字发射机相比具有一些优势：1、成本低：采用集成芯片，外围元器件

26、少，集成度高，设计制造成本低。2、可靠性高：由于采用集成电路作为主要元件，相比模拟发射机而言，提高了 发射机的可靠性。3、频率稳定性高：因为采用数字锁相环技术，大大提高了频率稳定性，基本与 晶体振荡电路的频率稳定性一致。4、控制方式灵活：由于是单片机或 DSP来控制芯片来控制发射频率，所以在调 频发射机硬件不变的情况下，设计者可以根据自行所需来编写程序， 通过程序来实现 不同的功能，可以制作出各式各样的发射机。5、容易实现其他功能：由于有单片机控制电路，可以灵活增加显示以及通信功 能，实现显示监控以及远程监控维修等功能。本设计是采用ROH檄司生产的BH1415a字锁相环调频集成电路芯片，可以灵

27、活 设定发射器发射频率。设计方案调频发射模块设计方案的选择数字调频发射芯片其核心采用的都是数字锁相环技术， 生产数字调频发射芯片的 厂家主要有日本的ROHM美国的MAXI您司和MOTOROLA。市面上常见的芯片有 以下几种，以及其功能特点见表 2-1。芯片型号Vcc(v)(dB)Vrx(dB v V)Frx(MHz)iq(mA)生产公司功能与特点1、两路音频输入；NJM20351-3大于25-3NJM2、8KH晶振，产生导频信号；3、调制成立体声合成信号；4、采用低电压低功耗设计。Max26063-588-108MAXIM1.电位器调整频率BA14041-345(115)600mV大于76-1

28、083ROHM1、同 NJM20352、FM调制、射频放大电路集 成在一个芯片上。MC28332.8-9小于602Motorola1.无锁相环1、集成预加重电路；2、集成限幅电路；3集成低通滤波电路；BH14154-6409970-12020ROHM4、7.6MHz晶振产生19KHz导频信号；5、采用调频发射电路与 PLL 锁频一体化，调频频率稳定；6、MCl据控制频率设定。BH1417(1416)4-6409987.7-88.9106.7-107.920ROHM.同 BH1415F;.采用四位拨码开关进行频 率设定，可设定14个频点。BH14182.7-4409970-12018.5ROHM

29、1.同 BH1415F表2-1常用调频发射芯片及功能特点5第一种方案采用BA140调频发射芯片。据查阅资料所知，BA140隹一款非常经 典的立体声调频发射专用芯片。 在以往，大部分的调频电路是由分立元件构成，但是这大大加重了制造过程中的难度，然而BA140隹将FM调制和射频放大电路集成在一 个芯片上，节约了制造时间也减小了调频发射机的体积。并且如图2-1所示，BA1404主要是由前置放大电路、立体声复合电路、调频调制电路和射频放大电路组成。立体声前置级放大分别为左右声道的音频放大器。BA1404E片对于一般的调频发射已经够 了，但是不足的是它没有锁相环电路（PLL）,在工作时，很容易发生发射频

30、率跑偏， 频率稳定性不高22。图2-1为BA1404ft型调频发射电路。图2-1 BA1404调频发射电路第二种方案可以采用MAX2606频发射芯片。MAX26限美国Maxim生产的一款 立体声调频发射芯片，它的中心频率由电感决定，390n H电感，中心频率在100MHz并用电位器RP调节发射输出频率，发射频率在88至108MH公问调整23。图2-2为 MAX2606型调频发射电路。左右声道输入端连接到功放机的左右声道输出端，左右 声道音频信号通过电阻叠加，从管脚1输入MAX2606内部振荡电路，经过调制后的 射频信号从管脚6输出到发射天线，发射天线可以用拉杆天线，也可以直接用一段75cm 的

31、电线。MAX260的供电电源为3至5V的稳压单电源。因为同样没有锁相环电路，缺 点是噪声大，有频漂。图2-2 MAX2606调频发射电路第三种方案可以采用 BH1417调频发射芯片。由日本 ROH松司生产的BH1417F 数字锁相立体声调制芯片，这种芯片失真度仅为0.5%,声道分离度则高达40dB, RF输出电平为99dB,并且具有完全消除交流声的功能，是其他公司的芯片所不具备的 5。BH1415S片采用数字锁相环技术，频率输出稳定，该芯片内部含有立体声复合 调制功能和调频信号发射电路功能。 重要的是BH1415F还内置有限幅电路、预加重补 偿电路、低通滤波电路等，因此具有良好的音质。这是一款

32、非常优秀的调频发射芯片， 其缺点是频率控制是采用数位开关手动实现，不能用单片机来自动控制。第四种方案可以采用 BH1415F调频发射芯片。由日本 ROH医司生产的BH1415F 数字锁相立体声调制芯片，是与BH1417同样卓越的调频发射芯片，而且功能更强大。 BH1415F芯片也同样采用数字锁相环技术，频率输出稳定。和BH1417相比，其最主要的优点是频率调整是采用数字输入控制，可以有单片机来完成7 o综合上面的各种调频发射芯片的对比，本次设计采用第四种设计方案，以 BH1415FM频发射芯片为核心的调频发射电路。MCU控制电路设计方案的选择由于设计采用BH415F乍为调频发射芯片，这样就需要

33、考虑要用哪一种 MCU5片 来实现频率的控制。MCU5片的芯片种类很多，有单片机、ARM DSRE片，单片机也 有很多种。初步比较 MCUE片,DSR ARM以及AT89C52 AT89S51 STC89C5酌各 自特点。DSRE片功能强，运算速度快，价格贵。 ARM口多，功能强，也是价格贵。AT89C5次要是价格低廉，结构简单，而且资料丰富； AT89S51主要是低功耗， 高性能，可在线编程（ISP） ; STC89C51M是出厂时会将ISP引导码的程序固化在芯 片内，这样就可以很容易地在线下载烧录用户程序。AT89C52勺RA防口 RO腕间较小，只有8位控制核，因此运算能力弱，要完成一 些

34、扩展功能，需要接入大量外围电路器件；AT89S51和STC89C51 匀可采用ISP下载，区别是AT89S51的ISP是模拟ISP。因此本设计选择STC89C51乍为控制器。这样做可以降低成本，提升性能，一些 以51为核心的原有程序可以直接使用，无需改动硬件技术功能实现要求本次设计采用STC89C51I片机作为控制器,高频电路采用 BH1415或相环调频 立体声发射集成电路。通过按键电路对STC89C5才空制，实现立体声/单声道切换、即 实现调整发射频率，以及频率数据的存储，和电台预设。单片机将频率控制数据字节 传送到BH1415F BH1415F频率合成相应载波频率，进行调频调制，发射调频输

35、入信 号。1、系统核心是音频传输集成芯片 BH1415F它可以将立体声音频信号或者单声 道信号进行频率调制，然后通过天线发射出去，配合调频收音机就可以实现调频波的 传送；2、本次发射机的功放电路电源是 12V-2A的直流非稳压信号；BH1415F采用5V 稳压电源；单片机也采用5V稳压电源；3、BH1415F集成电路中，采用了提高信噪比的预加重电路、控制输入信号频率 的低通滤波电路、防止信号过调的限幅电路、产生复合信号的导频调制电路和调频发 射的锁相环电路组成了集成电路；4、发射机具有断电，频率数据存储功能；5、发射机可以预设存储11个调台的频率数据；6、通电后，当处于正常工作状态时，通过控制

36、面板上的调整键来调整发射机的 发射频率。调频发射机的主要技术参数指标按照上述的方案选择，本设计基本上能满足设计任务所要求的技术指标，具体技术指标如表2-2。发射频率80Mhz-108Mhz工作电压12V工作电流V2.0A发射功率0.5W预加重延时50us低通频率15Khz分离度40dB失真度0.1%调制度15%输入电平-13dBV调制方式调频（FM取人频偏 75KHz输出阻抗50欧0.1MH表2-2主要技术参数指标3调频发射机的硬件实现调频发射机的硬件系统总体框图本设计对调频发射机的硬件系统做了以下的总体设计。如图3-1 ,硬件系统可分为单片机控制电路、调频电路模块、数码管的显示电路、按键电路

37、、输入接口和放大 电路、以及高频功率放大发射电路。按照第二章的方案分析选择，调频电路采用BH1415F片，有PLL回路，频率稳 定，可数字控制频率值；MCU电路采用STC89C51片机，单片输出频率控制数据至 BH1415制端，实现发射频率控制。输入电路根据不同的输入信号的类型， 采用不同的接口和放大电路。另外还有电源电路，以及可以增加一些LED指/J o图3-1硬件系统总体设计框图STC89C51RC的技术特点与功能STC89C51R是一种51单片机，台湾宏晶公司生产的。是一款ISP在系统可编程 芯片,最高的工作时钟频率可以达到 80MHz片内有8KB的Flash只读程序存储器， 器件兼容标

38、准MCS-51单片机指令系统以及80C51的引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和ISP Flash存储单元，可以配合PC端的控制程序就可以直接将用户 的程序代码下载到单片机内部3。STC89C51的主要技术特点(1)工作电压为：高电压 3.4V5.4V;低电压2.0V3.5V;(2)精简指令集结构是8051CPU(3)典型工作频率范围：035MHz但是实际工作频率最高可以达到 48MHz(4)用户应用程序空间2K/4K/6K/8K/10Kz12K字节；(5)通用的I/O 口复位后为：准双向口 /弱上拉；当仅为输入/高阻时，开漏极每 个I/O 口驱动能力均可达到20mA但整个芯片最大不

39、得超过 0.05A;(EvFPl 3(rnpxsj(VP5. b|XT AL 2ITALi gKC po. ；/ (的 roj/(adi )2/tAD2) PO, 3/ASI PU 4/tADJ) EU 5;( AD5) R J. 6； i IDfi 1 M. VIAU-) EX/vp? ALE.RlOG ms PZ VtAlSJi RrWUt41 P2. 5/(AB)(6)采用ISP (在系统可编程)或者是IAP (在线 应用可编程)，无需使用专门的编程器；并且可以直 接下载用户的程序；(7)具有EEPRO眈能和看门狗功能；(8)具有2个16位定时计数器；.3/1A1J(9)时钟源：有外部的

40、晶振作为时钟，也有内部 R/C振荡器。用户在下载安装用户程序时，有外部的 晶振/时钟和内部R/C振荡器可供选择；P2. 2/Q；8P2.PZ.OZMBi(10)外部中断有两种触发方式，分别是下降沿触 发或者是低电平触发。图 3-2 STC89C51 端口图STC89C51 引脚说明1、I/O端口线输入输出引脚，见表3-1:端口特点P0P0 是一个8位漏极开路的双向型I/O 口，每个引脚都可以接收 8个TTL门电流。当 P1 口 A次被写入数据时， P0 需要被先输出“ 1”。当P0作为外部RAM#用时，将 被定义为数据/地址的第8位使用。P1P1 个内部具有上拉电阻功能的8位双向I/O 口，P

41、1 口的缓冲器能够接收 4个TTL门电流。P1 口被写入1后，内部上拉电阻为高，可作为输入使用；当P1 口电阻被下拉为低电平时，将输出电流。P2P2 也个内部具有上拉电阻功能的8位双向I/O 口，P2 口的缓冲器也能够接收，4个TTL门电流，当P2 口被输入“1”时，内部上拉电阻被拉高。当P2 用于外部ROM或16位地址外部 RAM寸,P2 输出地址的高八位。P3P3 口管脚是8个带有内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。同时，P3 的第二功能在单 片机的编码过程中有着很大的作用。表3-1输入输出口的基本功能和特点3

42、2、P3 口的各个引脚不仅设计成不仅具有常规的输入输出功能，另外被设计有第二功能。第二功能是一一些特殊的应用3,具体见表3-2。引脚第二功能名称作用P3.0RXD串行数据输入P3.1TXD串行数据输出P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时/计数器0的外部输入P3.5T1定时/计数器1的外部输入P3.6WR外部RAM选通控制输出P3.7RD外部RAM卖选通控制输出表3-2 P3 口各引脚名称与第二功能33、其他控制端口、晶振引脚与电源引脚端口的功能，见表 3-3引脚功能ALE/PROG（| 脚 30）地址锁存允许输出/编程脉冲输入端PSEN绊脚 29）片外程

43、序存储器选通控制信号端EA/VPP（引脚 31）程序存储器的内外部选通，RST/VPDGI 脚 9）复位引脚，出现2个机器周期高电平，单片机复位XTAL1（引脚 19）片内振荡电路的输入端XTAL2（引脚 20）片内振荡电路的输出端。VCCGI 脚 40）电源输入，接+ 5V电源GNDCI 脚 20）接地线表3-3各主要引脚及其功能3STC89C51单片机主要功能1、STC89C51I片机的定时计数器0/1。与8051完全兼容，定时器0可以当两个 8位定时器用，定时器1可以用作波特率发生器。T0和T1都具有定时、计数两个功 能。特殊功能寄存器中的TMODJ C/T来选择是定时还是计数，其核心是

44、加法计数器。2、2K的EEPROM可以禾I用2K的EEPROM行断电数据保存，以及预置数据。3、用行口通信。串行通信设有四种工作方式：其中有两种波特率可变，另外两种固定。波特率由内部定时计数器产生，用软件进行设置，选择不同的工作方式3调频发射机单片机控制电路BH1415FSiGe控制端口静音 MUTE18脚）、数据DA（17脚）、时钟CLK（16脚）、使能CE（15脚）是四个频率数字控制端口。单片机控制电路是采用到芯片STC89C51单片机端口输出数据来控制调频发射芯片BH1415 STC89C5酌P3.0连接BH1415的16脚（CLK时钟输入端），STC89C51 勺P3.1连接BH141

45、5勺17脚（DA数据输入端）， STC89C5的P3.2连接BH1415勺15脚（CE芯片允许端），P3.3连接BH1415的18脚 （静音控制端）。51单片机芯片的P3.0为用行口接收端，P3.1为用行口输出端，P3.2为外部中 断0。单片机主要是通过这三个端口进行控制，具体频率控制方法见 5.1BH1415频率 控制方式。而P3.4是频率增加键（频率预设功能），P3.5是频率递减键，P3.6是立 体声控制键。主要就可以通过单片机进行数键控制从而实现频率的加减。BH14L5O1222213204195CLK6DA:CE8MLTE01410131112P1.0 VCCPl.l POOPl.2

46、P0.1PU P01P1.5F0.4FOfPl.7piipRSTP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSESPl.4 P03PJ3PJ rP3.4P2 6P35P2SP3.6P2.4P3.7P2 3XTAL2P2.2XTAL1PZ.lGNDP2 0O图3-3 调频发射机单片机控制电路接口图BH1415F的功能与技术特点BH1415F是一种优秀的无线调频集成电路，可以将音频信号进行立体声调频调制，利用不同的功率放大电路从天线发射出去，可以实现调频信号的发射传送。 BH1415FE片内部集成了限幅电路、预加重电路、立体声调制电路、低通滤波电路和 调频发射的锁相环电路。减少信号过幅调制，提高信

47、噪 5。BH1415F 的主要优点1、由7.6MHz晶体振荡器产生19KHz的导频信号；2、因为采用了 MCU所以数据可以直接设定频率；3、电路将预加重电路、低通滤波电路、限幅电路集成在一个芯片上，使得信号 的质量大幅度提升；4、调频发射机的发射频率之所以是稳定的，是因为将锁相环技术与调频发射融 为一体。BH1415F引脚功能说明图3-4为BH1415管脚图和内部功能结构5同心INPUT EPRE-EMPbASIS -IME CONSTANT 叵LPFTIME CONSTAN- gFILTER | 耳COM=OSrT SIGNAL OUTPUT 叵GD叵PLL 3HASE DETECTOR O

48、UTPUT 曰V* 咒RF OSCILLATOR RF-阂 PILOT SISNAL ADJUST国 AUDIO MUTING引 DATA司 CLOCK司 CUP ENABLES Ata OSCILLATOR；ta cscillatcr同 FLL Vcc图3-4 BH1415F 芯片的结构图具体的BH1415咯引脚功能定义见表3-4:功能引脚序号22左严道输入端，与立体严音源左严道相连，电谷隔直1右严道输入端，与立体严音源右严道相连，电谷隔直2/21时间常数端，t =22.7k Q *C3/20LPF时间常数端，15KHz中心频率的LPF,连接150P电容6接地端8电源供给端，10射频地端12

49、PLL电源供给端4滤波器端：作为声频部份滤波器的参考电压5立体严要合信宁输出端，接,只电位器可调下立体严产首,的大小，连接到调频调制器7PLL相位检波器输出端，它连接到 PLLLPF电路17数据输入端，串行数据输入16时钟输入端，带有数据和同步的时钟在序列数据输入18静音端，9射频振荡器端，这是振荡器基端，它连接振荡时间常数15芯片允许端，连续输入高电平数据11射频发送输出端，Vcc-1.919控制信号调节端，1/2Vcc13/14Xtal振荡器端，它连个 7.6MHz晶振表3-4 BH1415F管脚功能表7BH1415F主要功能电路从BH415F片的内部功能图可以看出，立体声音频彳S号从管脚

50、1和管脚22输入 后，经过初步调制，产生立体声基带信号。初步调制电路主要由限幅电路、射频振荡 电路、预加重电路、LPF电路以及立体声调制电路所组成。如果在这时将初次调制后 的信号直接发送出去，那么发射频率稳定性会很差，因此要设计相应的锁相环电路， 提高频率的稳定性4。锁相环电路是一种反馈控制系统，为了消除频率误差。主要是由环路滤波器、压控振荡器和鉴相器三部分电路组成。消除频率误差的基本工作原理是利用相位误差， 输出电压，误差电压再去控制 VCO当电路达到平衡状态后，虽然还存在剩余的相位 误差，但是频率误差基本上可以降低到零。可以实现了无频差的频率输出4。限幅电路限幅器可以分为二极管限幅电路、三

51、极管限幅电路和上限限幅电路、下行限幅电 路、双向限幅电路。限幅就是对上限电压或者是下限电压进行限制，可以是从一个指标方面进行限制，也可以从多个指标方面进行限制。而BH1415芯片的限幅电路是两个二极管与反相放大器构成，如图 3-5。Io LPt CECUJl预加重电路信号的功率谱随频率的增加而减小， 而且其大部分的能量是集中在低频部分， 而 这时高频部分的信噪比就已经很低了。产生最大频偏的信号幅度大部分是由信号的低 频分量引起，而较小幅度的高频分量产生的频偏很小。在鉴频器输出端的噪声功率谱 早在较高频率上就已经被加重了。为了抑制干扰和噪声，通常采用预加重和去加重技术。即在噪声引入之前先加重 高

52、频分量，然后在接收机鉴频器的输出端，再进行相反的处理，就是把采用预加重的 高频分量去加重，恢复原来的信号功率。这样既可以避免干扰和噪声，又不会造成解 调信号失真。如图3-6所示，预加重电路白内部工作点为 1/2Vcc,而预加重时间则 取决于内部电阻和外部电容。图3-6 预加重电路立体声调频电路由于音频输入是双声道的，所以存在左声道音源（L信号）和右声道音源（R信 号）。立体声调制就是将左声道和右声道的音源进行混合叠加，可以是相加、也可以 是相减。相加后得到的信号为 M信号（L+R）,相减得到的信号为S信号（L-R）。将通过上面的三个电路后的信号送到混频器中，另外副载波信号（ S信号）是在 接入

53、晶振电路以后，然后通过多次分频后产生的。之后S信号再通过2分频就产生导 频信号。多路复合器对音频信号和S信号进行调制，产生M信号（L+R）和S信号（L-R）。 最后复合信号就是由M信号、S信号、和导频信号一起构成的。唧一i5一林刎搠酬般也啕图3-7导频方式的调频立体声广播频带结构图低通滤波电路低通滤波电路就是对频谱进行滤波，使低于截止频率的信号通过，但高于截止频 率的信号不能通过。低通滤波器最常用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。BH1415内部的低通滤波电路是由二阶的低通反馈放大电路组成，二阶滤波器对于削 减高频信号能起到更高的效果。例如，一个二阶的巴特沃斯滤波器频率增加一倍时就 将信号

54、强度衰减到最初的四分之一。如图3-8所示，低通滤波电路的品质因素 Q截止频率fc在电路起到非常重要作用。低通滤波器的具体求解过程:已知 Q 0.577、0 1.274MHz、fc 15KHzR1 R2 R3 100K得到：Cf10 fc R121.274 15k 100k83.28pF从而得到：C1 3 Q Cf 3 0.577 83.28pF 150 pF ;Cf 83.28pC248 50 pF3Q 3 0.577BH1415锁相环电路FM发射电路采用锁相环技术，由高频放大器、高频振荡器及锁频器所组成的调 频发射电路完全组成了锁相环系统。频率控制也称频率微调，是用来控制振荡器的振 荡频率。

55、频率控制器是由鉴频器、低通滤波器、压控振荡器组成的。高频振荡器就是 一个具有锁相环功能的压控振荡器，它可以对复合信号进行直接调频调制。如图3-9所示，内部电路与外部LC谐振回路共同组成了高频振荡器，然后振荡 信号再经过倍频器输出到高频功放及调频器， 一旦频率低于设定频率，输出的电平则 会变低；超过锁相环设定频率，输出的电平则会变高；等于设定频率时，电平将保持多血洋d空率M图3-9 BH1415F 锁相环电路BH1415F的调频发射电路本电路主要核心部件是BH1415F主要电路是由低通滤波电路、预加重电路、调 制电路和射频功率发射电路等组成。从图 3-10中可以看出，它的15、16、17脚是空

56、着的，这就要结合图3-3。引脚15 （CE芯片允许端）连接单片机的P3.2,引脚16 （CLK 时钟输入端）连接P3.0,引脚17脚（DA数据输入端）连接P3.1 o另外从图3-10左上可以看出，需要为BH1415明频发射电路提供12V的电源， 不过还要分出5V的电压用于单片机正常工作EU=图3-10 BH1415F的调频发射电路4其他硬件单元设计电源电路单元本次毕业设计的调频发射机分为两个单元电路模块， 都需直流电源供应。调频发 射电路模块的电源为12V的非稳压直流电源；BH1415瞰字锁相电路白电源为稳压5V; STC89C5律片机控制电路以及显示电路的电源为稳压 5V电源。电源电路中变压

57、器为输入220V交流，输出9V/1A,经过桥式整流输出约12V非 稳压直流，提供给高频功率放大电路。这个电源的大小直接影响发射电路的发射功率， 本设计发射功率参数指标为 0.5W,可以满足要求。另外桥式整流输出经过稳压管电 路7805,输出稳压5V电源，提供给单片机控制显示电路以及 BH1415F模块。在电源 模块中加有保护电路，即使工作电路中出现短路，产生大电流，保护二极管击穿，不 会对7805三端稳压器和输入电路产生损害，电路原理图4-2所示。12V电源由220V50Hz的交流电经过220V/12V的交流变压器，然后整流、稳压、滤波得到，5V 电源由12V直流经7805三端稳压管稳压得到。

58、图4-1调频发射机电源供电图4-2 电源模块电路图功率放大发射电路单元调频发射电路单元包括两个部分， 一是功率发射电路，一个是天线匹配设计。本 设计中由于发射功率要求并不大，为了设计简单，线性度好，功率发射电路采用了典 型的甲类功率放大电路，发射管是高频三级管9018。以9018三极管组成的功放电路， 最大功率可以达到600MW由于BH1415俞出的频率是11定的，并且 BH1415频率调整 范围从70MHz-110MHz所以本设计的发射电路要求有一定的频率宽度，放大线性要 好，由天线发射出去的频率才能稳定， 失真小。高频三极管集电极端所加载的电压可 以为9V-15V,加载电压高可以增加发射电

59、路的发射功率，以及可以提高发射电路的 线性动态范围。如图4-3调频发射电路。图4-3 调频发射电路图功率放大电路设计中，还可以采用丙类功率放大电路。为了提高发射功率，可以 采用大功率管组成二级或三级功率放大电路另外选择什么样的天线，以及功放电路与天线的阻抗匹配， 这些都对发射距离有 重要的影响。假如能够选择合适的天线，并且功放与天线阻抗匹配，即使射频信号小一些也能有比较远的传输距离。所以选择性能良好阻抗匹配的天线更重要， 而不是单 纯提高功放电路的发射功率。另外如果天线阻抗不匹配，会产生反射，电路中会产生 驻波，严重的会烧坏功放三极管和功放电路； 天线极化性能也非常重要，极化方式不 对和极化性

60、能不好的情况下，会带来辐射杂波带宽很大，杂波较多的不良影响。我们 在发射电路中设计了匹配电路，并且可以根据实际情况进行调整。在调试过程中，如果输入的声音信号很大，会产生过度调制的不良影响并干扰到 附近频道。天线与馈线的阻抗不匹配或者天线与发射机的阻抗不匹配，高频信号反射回功放电路，形成驻波振荡。所以发射机功率较大时，在开机前一定要接上天线，并 且检查是否阻抗匹配。反射回来的信号会很容易损坏高频功率管，甚至烧坏后级各功放电路元器件。无线传播半径参照表发射机功率（W覆盖半径（m）0.5W1WV1120-4050-2003W200-5005W500-10001:f1I0WVVVVW1000-150C