基于BH1417的调频发射机

2007年苏州地区“AMD”杯高校大学生电子设计竞赛目 录摘 要2关键词2第一部分 设计任务与要求：2一、任务2二、要求2第二部分 方案比较、设计与论证3一、方案一3二、方案二3三、方案三4四、方案四6第三部分 系统框图7第四部分 系统硬件设计8一、单片机控制部分8二、调频调制发射部份9三、电源系统11第五部分 系统软件设计11一、系统流程图11二、单片机控制程序模块11三、BH1417F频率设定模块11第六部分 测试仪器和功能测试12一、测试仪器12二、基本功能测试12第七部分 发挥功能15一、单片机控制调频发射机15二、新型RF集成电路芯片应用15结束语15参考文献15附录16附录A 流程图16附录B 程序清单17 24摘 要本次设计的调频发射机是将单片机AT89C51和调频发射机相结合，用单片机P3.0、P3.1、P3.2、P3、3作为与BH1417F的通讯端口，通过改变P3.0、P3.1、P3.2、P3、3传送的高低电平从而改变 BH1417F发射频率。同时又用单片机去控制四个数码管动态的去显示调频发射机所发送频率。本系统可用一个4*4的键盘将88MHZ108MHZ分成14个频率点. 用手动方式选择其中任何一个发射频率。调频发射机主要是采用了一片BH1417F的芯片。BH1417F具有提高信噪比（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。关键词 单片机 数字化控制 BH1417F 调频发射第一部分 设计任务与要求：一、任务设计制作一个调频发射机。二、要求1 基本部分（1） 发射频率范围：88MHZ 108MHZ；（2） 发射功率20mW；（3） 调制信号：400HZ 1000HZ音频信号，幅度Vp-p=1伏；（4） 频偏3KHz；（在调制信号为1000HZ时）；（5） 用调频收音机在10米内能正常接受。2 发挥部分（1） 在发射频率范围内，预置5个频率点，用手动方式选择其中一个 发射；（按键或波段开关）；（2） 进一步提高发射距离；（3） 谐波抑制要求；（4） 其他特色与创新。第二部分 方案比较、设计与论证一、方案一采用MAX2606调频发射芯片做调率发射电路方案，MAX2606采用SOT230-6微型封装，应用电路如图2-1所示，它的平均频率由L1设置，390H的电感可将中心频率设定在100MHz。调节电位器RP1则可以在88至108 MHz的FM波段选择一个频道作为发射输出功率。输出功率对50的天线约为-21dB。图中的两个INPUT端接在功放机左右线路（LINE）输出端，左右声道音频信号均通过22k相加，并被电位器RP1衰减后，由脚送入MAX2606的内部振荡电路，经过调制后的射频信号从脚输出到发射天线，由于输入信号幅度高于60时将产生失真，因此使用电位器RP2将信号衰减到该电平以下。发射天线可以用一段75的电线充当。此时发射距离约为50米。为保证最佳接收效果，它最好与接收天线平行安装。MAX2606可工作于3至5的单电源，但最好采用稳定的电压，尤其是0.01F的退耦电容不能省略，以减少频率漂移和噪声，所以MAX2606的缺点就是有频率漂移和噪声。图2-1 基于MAX2606调频发射芯片的调率发射电路二、方案二采用BA1404调频发射芯片做立体声调率发射电路方案，应用电路如图2-2所示，BA1404主要由前置放大器（AMP），立体声调制器（MPX），FM调制器及射频放大器组成。立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。输入为0.5mV时,增益高达37dB,频带宽度为19KHz,如输入信号存在频率高于19 KHz 成分,则必须在输入端加一个低通滤波器,否则两个声道的分离度会下降。BA1404对于一般的调频发射已经够了,但它却有一个致命的缺点:没有锁相环电路,即PLL,容易跑频。图2-2 基于BA1404调频发射芯片的立体声调率发射电路三、方案三采用BH1415F调频发射芯片做调率发射电路方案，BH1415F内含立体声信号调制、调频广播信号发射电路，BH1415F内有前置补偿电路、限制器电路、低通滤波电路等，因此具有良好的音色，内置PLL系统调频发射电路，传输频率非常稳定。调频发射频率可用单片机通过串行口直接控制。BH1415F各引脚的功能见表2-1，应用电路如图2-3。从11脚输出的调频调制信号经高频放大后由天线发射输出，后级高频放大器的功率可根据接收的距离范围考虑。见表2-1。表2-1: BH1415F调频发射芯片引脚功能表 脚脚描述直流（V）1右声道输入端通过电容器与右声道音频信号相连1/2VCC22左音源输入端通过电容器与左声道音频信号相连2，21时间常数端它连接一个电容为时间常数=22.7kC3，20 LPF 时间常数端这是15KHz LPF.它连接150P 电容1/2VCC4滤波器端它是声频部份滤波器叁考电压1/2VCC5立体声复合信号输出端它连接到调频调制器1/2VCC6接地端GND7PLL相位检波器输出端它连接到PLL LPF电路8电源供给端Vcc9射频振荡器端这是振荡器基端，它连接振荡时间常数4/7Vcc10射频地端GND11射频发送输出端Vcc-1.912PLL电源供给端Vcc13，14Xtal 振荡器端它连接一个7.6MHz 晶振15芯片授权端连续输入高电平数据16时钟输入端带数据和同步的时钟在序列数据输入17数据输入端18 静音端0.8Vcc Pin18 : Mute ON0.2VCC Pin18 :Mute OFF19控制信号调节端1/2Vcc 图2-3 基于BH1415F调频发射芯片的调率发射电路我们最初的设计方案是采用BH1451F，因为BH1415F由外接的MCU控制，通过单片机模拟串行口工作方式使频率无级可调。但是由于无法购买到BH1415F芯片，所以我们采用了用BH1417F去代替BH1415芯片。BH1417F由并行数据设置端改变发射频率。BH1417F总共有14个频率段，基本可以满足此次设计要求。四、方案四采用BH1417F调频发射芯片做调率发射电路方案，应用电路如图2-4。BH1417F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。BH1417F的频率特性非常出色，它能达到40dB的分离度，传送的音质可与本地调频电台比美，适合用于一些对音频指标很高的系统中。图2-4 基于BH1417F调频发射芯片的调率发射电路经过仔细的分析论证，决定采用第四种方案，因为第四种方案中BH1417F解决了上述方案的缺点，同时我们平时也用BH1417F芯片做过调频发射这个模块。BH1417F可由并行数据设置端改变发射频率，比较容易实现硬件和软件结合。第三部分 系统框图根据设计任务要求本系统由单片机AT89C51，调频发射机，数码管，44按键组成。系统框图如图3-1。图3-1 基于单片机控制的调频发射机系统框图第四部分 系统硬件设计一、单片机控制部分单片机采用AT89C51，采用最小化应用系统设计，P0口和P2口作为共阳LED数码管驱动用，P1口作为16键的键盘接口，其中T0T3分别为百位、十位、个位、小数位的频率操作键，T4T14为发射频率预置键，T15为单声道/立体声控制键。 P3.0、P3.1、P3.2、P3、3作为与BH1417F的通讯端口， BH1417F可由并行数据设置端改变发射频率。单片机控制电路如图4-1。图4-1 单片机控制电路二、调频调制发射部份BH1417F是一款新推出的非常优秀的集成电路芯片，这款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。BH1417F的频率特性非常出色，它能达到40dB的分离度，传送的音质可与本地调频电台比美，适合用于一些对音频指标很高的系统中。 BH1417F采用贴片式SOP22封装，各引脚功能如下： 1和22脚为左右声道信号输入端。2和21脚连接预加重电路，可由外接的电路改变时间常数（T=227C）。3和20脚为低通滤波器的可调端，外接150F的电容可限制15以上信号的输入。4脚为滤波端，外接电容可改善参考电压的波纹系数。5脚是立体声复合信号的输出端。6脚接地，7脚为PLL鉴相器输出。8脚为电源端，连接+5V电源。9脚为RP振荡器端，由其与外围元件构成压控振荡电路。10脚为RF接地端。11脚为RF信号输出端，经带通滤波器连接至天线或后级功放。12脚为电源端。13、14脚外接-7.6晶振。1518脚为并行数据设置端，由它们控制发射器的输出频率，19脚为导频信号调整端。BH1417F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有很大改进； 导频方式的立体声调制电路；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。采用了4位三排的跳线阵列进行频率设定，可设定14个频点，使用上非常方便。应用电路如图4-2。图4-2 基于BH1417F调频发射芯片的调率发射应用电路三、电源系统 采用单片机控制的数字调频台功耗很小，可用7805三端稳压块分别对单片机和BH1417F电路单独供电，电源变压器功率大于10W即可。集成块电源脚就近应接0.1F的瓷片电容。这里我们选用两节9V电池供电。第五部分 系统软件设计一、系统流程图见附录A。二、单片机控制程序模块 1) 键盘扫描程序：采用4*4行列式查询法。2) 显示程序：采用动态扫描法显示4位频率数字值。由P0口接数码管的八段代码， P2口接数码管的位选线。通过改变P2.0P2.3的位选线的电平,来确定所选择的接数码管,然后通过动态扫描法显示4位频率数字值.，源程序见附录B。三、BH1417F频率设定模块源程序见附录B。端口设置与发射频率关系见表5-1表5-1：端口设置与发射频率关系表端子位置输出频率15脚16脚17脚18脚D1D2D3D4000087.7MHz100087.9 MHz010088.1 MHz110088.3 MHz001088.5 MHz101088.7 MHz011088.9 MHz0001106.7 MHz1001106.9 MHz0101107.1 MHz1101107.3 MHz0011107.5 MHz1011107.7 MHz0111107.9 MHz第六部分 测试仪器和功能测试一、测试仪器1. NCF-1000C-1型多功能计数器，精度：0.1mHZ2. EE1641B1型函数信号发生器，可产生2Hz2.4Hz的信号3. HM5014频谱分析仪4. HFJ-8B 射频毫伏表5. KK-521型 数码显示收音机6. METECAL 恒温烙铁7. 卷尺精度 0.001m8. 模拟场地：空旷的地带，大约20*20M2二、基本功能测试1发射频率范围（88MHZ 108MHZ）、调制信号（400HZ 1000HZ音频信号，幅度Vp-p=1伏）和接收范围（用调频收音机在10米内能正常接收）测试。将发射机放在室内（尽量避免强电磁波干扰），用函数信号发生器产生调制信号（400Hz1000Hz；Vp-p=1.0V）接到发射机的输入端，把收音机拿到离发射机15M 的地方,当自制的发射机的频率设置为87.7MHZ时，调节收音机的FM TURING 使收音机显示也为87.7MHZ，与控制板显示相同，就能够听到调制信号的音频声音。当自制的发射机的频率设置为107.9MHZ时，调节收音机的FM TURING 使收音机显示也为107.9MHZ左右，与控制板显示相同，也能够听到调制信号的音频声音。按表5-2端口设置与发射频率关系表分别进行测试均可听到调制信号的音频声音。测试数据距离 M10152025收音机信号强强弱较弱2发射功率（20mW）测试 测试方法见图6-1。HFJ-8B射频毫伏表同轴T型连接器(带50负载)调频发射机FMGNDEE1641函数信号发生器图6-1 发射功率测试方法当发射频率分别设置为各发射点时，加入调制信号（1000Hz；Vp-p=1.0V）时，在接50负载情况下，各发射点输出电平为85mV90mV。3频偏（3KHz-在调制信号为1000HZ时）测试测试方法见图6-2。调频发射机FMGNDEE1641函数信号发生器HM5014频谱分析仪图6-2 频偏测试方法将调频发射机发射点设定为88.3MHz,加载调制信号，用频谱分析仪观察调频宽度，调节调频发射机上BH1417F 5脚上的10K电位器，使带宽在6KH左右，观察其他发射点，带宽均为6KHz左右，频偏测试结果分别见图6-3和图6-4。图6-3 88.38MHz中心频率图6-4 107.38MHz中心频率第七部分 发挥功能一、单片机控制调频发射机 采用AT89C51单片机最小化应用系统设计。P0口接数码管的段码，P2口接数码管的位选线。采用动态扫描的方式去显示14个频率等。 P3.0、P3.1、P3.2、P3、3作为与BH1417F的通讯端口，分别与BH1417F的15脚，16脚，17脚，18脚连接，通过改变P3.0P3.3的高低电平以达到改变调频发射机发射的频率.由于本设计采用了单片机控制，在发射频率范围内，可预置14个频率点，用按键可选择其中任何一个发射点。同时我们将多余的二个按键一个做为RESET,另一个做POWER。二、新型RF集成电路芯片应用由于我们采用了BH1417F这款新推出的非常优秀的集成电路芯片，发射距离可增加到15M；由于我们采用新型RF集成电路芯片与单片机结合的方法，为进一步提高调频发射机的性能开辟了一个新的途径。结束语在为期四天的比赛过程中，使我们的工作能力，实践能力，集体协作能力得到了很大的提高。为以后的学习、工作中奠定了坚实的基础，我们感谢大赛组委会给我们提供了这次机会，我们会在以后的实践中不断的完善提高自己。参考文献1 单片机原理及其接口技术(第2版) 胡汉才 编著 清华大学出版社2 电路原理图与电路扳设计教程 夏路易、石宗义编著 北京希望电子出版社3 模拟电子技术基础 谢红 主编 哈尔滨工程大学出版社4 数字电子技术 李中发 主编 中国水利水电出版社5 C51控制技术 张筱云 编 苏州工业园区职业技术学院6 现代通信原理 曹志刚,钱亚生编著 清华大学出版社附录附录A 流程图端口初始化开始读键有健按下？判键值送RF控制端修改频率显示值频率显示YN附录B 程序清单#include / 对8051单片机特殊功能寄存器的说明 #define K1_1 1#define K1_2 2#define K1_3 3#define K1_4 4#define K2_1 5#define K2_2 6#define K2_3 7#define K2_4 8#define K3_1 9#define K3_2 10#define K3_3 11#define K3_4 12#define K4_1 13#define K4_2 14#define K4_3 15#define K4_4 16#define KEY_MASK 0xf0#define KEY_PORT P1#define KEY_PIN P1#define NO_KEY 0x00code unsigned char dispcode18= 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0x7F,0xFF; /0，1，2, 3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F / 0F 、。 、黑屏，共阳极字型码code unsigned char dispcoded18=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0E,0x7F,0xFF; /0F带小数点的共阳极字型码code unsigned int frequencyd15= 000,877, 879, 881, 883, 885,887,889,1067,1069,1071,1073 ,1075,1077,1079;code unsigned char frequency15= 0x07,0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e;/锁相环停振,87.7MHZ，87.9MHZ，88.1MHZ, 88.3MHZ，/88.5MHZ,106.7 MHz,106.9 MHz,107.1 MHz,107.3 MHz /107.5 MHz,107.7 MHz,107.9 MHz */sbit P2_0=P20; /小数位 sbit P2_1=P21; /个位sbit P2_2=P22; /十位sbit P2_3=P23; /百位sbit P3_0=P30; /D0-15脚sbit P3_1=P31; /D1-16脚sbit P3_2=P32; /D2-17脚sbit P3_3=P33; /D3-18脚unsigned char read_keybord(void); void disp();void controlbf1417();unsigned char data aa,flag,jkey; /各种标志变量unsigned char data bb,cc,ss,freq; /各种标志变量unsigned int dd,freqd; /各种标志变量void delay_nus(unsigned int n) /N us延时函数 unsigned int i=0; for (i=0;in;i+); void delay_nms(unsigned int n) /N ms延时函数 unsigned int i=0; for (i=0;in;i+) delay_nus(1000); void main(void) delay_nms(1); P1=0xf0; P2=0x0f; freq=frequency0; freqd=frequencyd0; controlbf1417(); for(;) if(jkey=read_keybord()!=NO_KEY) freq=frequencyjkey; freqd=frequencydjkey; controlbf1417(); disp(); / 动态显示 void disp() unsigned int fredbw; P2=0x0f;delay_nus(1); fredbw=freqd/1000; if (fredbw=0) P0=dispcode17; else P0=dispcodefreqd/1000; /百位 P2_3=0;delay_nus(100); /1000 P2=0x0f; delay_nus(1); P0=dispcode(freqd%1000)/100; /十位 P2_2=0; delay_nus(100); P2=0x0f;delay_nus(1); P0=dispcoded(freqd%100)/10; /个位P2_1=0; delay_nus(100); P2=0x0f;delay_nus(1); P0=dispcodefreqd%10; /小数位P2_0=0; delay_nus(100); P2=0x0f;unsigned char read_keybord(void) static unsigned char key_state = 0; static unsigned char key_value, key_line; static unsigned char key_return = NO_KEY; unsigned int i;/ char switch(key_state) case 0: key_line = 0xfE; /0b; for(i=1;i=4;i+) /按键扫描 KEY_PORT = key_line; /输出行线电平 KEY_PORT = key_line; /输出两次 delay_nus(400); key_value = KEY_MASK & KEY_PIN; /读列电平 if(key_value = KEY_MASK) key_line = 1; /没有按键,继续扫描 key_line |= 0x01; else delay_nus(500); if(key_value = KEY_MASK) key_line = 1; /没有按键,继续扫描 key_line |= 0x01; break