毕业论文基于AT89S52单片机的调频发射机的设计Word文件下载.docx
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1引言
1.1概述
调频广播经历了六十多年的发展，技术上已经比较成熟，但大多数调频发射机仍然存在发射频率固定单一的问题。
由于国家对无线广播频段的划分和管理，使得不同地区有不同频段的发射权，每个单位所分配的发射频率也是不一样的。
【14】因此不同用户对发射频率的要求各不相同，但是厂商不可能生产频率各异的发射机，这样明显不符合工业批量生产的要求。
那么就需要使发射机按照使用者的意愿，在一定频带范围内灵活地改变发射频率。
这样用户就可以根据具体情况来设定载波频率。
本文中设计的数字立体声调频发射机就可以解决这一问题。
在当今的调频广播发送技术中，为了适应对发射机输出频率稳定度和频率准确度的严格要求，以及方便更换发射机频率的需要，为此设计了一种具有锁相功能的调频广播发射机，通过AT89S52单片机控制BH1415F频率锁相环，可以灵活地改变发射频率。
1.2课题来源及研究的目的和意义
随着科技的发展与进步，电子产业已在生活和生产中占据着了主导地位，从我们日常生活中的所用到航天技术的高科技类都是电子科技发展的结晶，可以说现在的生活中我们几乎是离不开电子产品了。
电子科学的发展也带动着通信的发展，现在的通信可以说到生活和生产起着举足轻重的作用，手机，无线电视等等，还有卫星通讯都已经成为人类生活的主导。
而发射接收机则是通信行业的基本装置，所以接收发射机的发展和进步直接是通讯的发展，想要发展通讯行业，就得发展发射和接收机。
数控调频发射机的用途很多，该系统广泛应用于工厂、学校、小区、村镇组建的无线调频广播电台、无线通讯工程、无线报警、监听、数据传输、车载DVD、车载DVB-T、车载电视盒、车载液晶电视、车载广告机、车载GPS、车载数字电视、车载硬盘播放器、车载MP3、家用数字电视机顶盒、电话无线录音转发、专业远距离无线调频传声器、笔记本计算机等的无线音频适配器、调频广播发射器前级、FM发射机、通用型无线耳机、通用型无线音箱上、数码伴侣、音乐伴侣、小区无线广播上；
也可以供学校语音教室、英语四六级考试或其它场合使用。
如果你想播放磁带上的英语听力内容，那么只需用Line_in线加上音源:
计算机耳机输出、话筒、收录机、VCD、MP3均可.只要将音频信号输入通过一根带插头Line_in线连接到发射机的音频输入插孔即可。
市场上大多数小功率调频广播发射机，采用模拟振荡器，发射频率固定单一，稳定性较差，在相邻场地使用时经常会因频率相近而产生干扰或串音，影响正常的使用。
【13】使用数控锁相环技术的调频发射集成电路BH1415F制作的小功率调频广播发射机，不但频率稳定性好，而且能在87.5MHz到108.0MHz范围内任意设置发射频率，从而能有效地避免调频台的邻频干扰。
使用单片机控制的调频发射机，发射频率可按0．1MHz精度进行调整，在学校英语听力教学中应用广泛。
目前各大中型学校，普遍利用调频发射机进行英语听力训练和考试。
如果在发射听力信号前，发现在预置发射频道上受到强烈干扰，使用本文所设计的发射机就可以自由改变载波频率，另外选择一个频道发送信号，操作简单快捷，同时又不会干扰覆盖范围之外的听众正常收音。
而且校园广播覆盖的范围较小，没有必要采用大功率的发射机，所以本设计非常适用于校园无线调频广播教学。
该发射机采用立体声调频技术和数字化控制技术，听众能感觉到较好的立体声效果，并且成本不高，对推广这种产品很有利，所以该题目有一定的研究价值。
1.3国内外在该方向的研究现状及分析
近年来我国的调频广播技术得到了迅猛发展，在生活中的每个角落都可以找到它的踪影。
比如，有的校园为了让学生练习英语听力，就装设了小功率调频发射机，每个学生配备无线收听设备。
校园内还可以安装大功率调频广播音箱。
进入20世纪90年代后，调频广播技术有了长足的进步。
调频广播虽然音质好，可以实现立体声广播，但是覆盖范围有限。
从世界范围来看，数字化将是广播技术发展的必然进程，而其中的数字音频广播（DMB）则将会成为继传统的调幅、调频广播之后的第三代广播，其原主要因在于：
数字压缩技术的成熟及大量推广应用。
在不影响主观质量评价的前提下，其音频码率可以压缩近10倍，图像码率可以压缩100倍以上；
高效的数字调制技术和纠错编码技术同样得到了高速发展，前者使射频的频谱利用率达到5～6bit/Hz以上，后者则使信号处理和传输更加可靠；
微电子技术完善和成熟，随着深亚微米级大规模集成电路生产工艺及技术的不断进步，使得各种对数字音频信号的处理手段，像压缩编码、调制、差错控制等技术不仅在方法上已成熟，而且其硬件实现也已经能够满足广播业发展的实际需要。
【16】
1.4研究的目标与内容
1.4.1研究目标
根据所做设计制定如下研究目标：
（1）设计开发的流程
（2）射频电路的知识
（3）单片机的结构、工作原理及应用
（4）51单片机C语言编程
（5）基于单片机的数字式调频发射机的设计与实现
1.4.2研究内容
要完成该系统的设计，需进行如下内容的研究：
（1）BH1415F芯片的工作原理及应用
（2）基于BH1415F芯片的射频电路的设计
（3）电源模块（7805稳压源）设计
（4）LED数码管显示模块的设计
（5）天线模块的设计
（6）基于51单片机控制程序的编写
（7）基于单片机的数字式调频发射机的调试
2方案分析与论证
2.1单片机控制方案的选择
目前，市场上单片机的种类有很多，功能和性能也有很大差别。
在此进行分析比较，根据设计的需要选择合适的单片机作为控制芯片。
方案一：
采用凌阳SPCE061A作为控制器
采用SPCE061A单片机进行控制。
SPCE061A凌阳单片机具有丰富的资源：
RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、精度高、低功耗、低电压、可编程音频处理，易于编写和调试等优点。
强大功能的16位微控制器，它内部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于电流电压采集，以及数字控制输出；
且其存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储及语音的存储。
采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。
本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入及显示输出功能，无需采用功能强大、价格昂贵的凌阳SPCE061A作为控制器。
方案二：
采用AT89C51作为控制器
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51的主要功能特性如表2.1所示。
表2.1AT89C51的主要功能特性
与MCS-51兼容
4K字节可编程FLASH存储器
1000写/擦循环
128×
8位内部RAM
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24MHz
三级程序存储器锁定
两个16位定时器/计数器
32可编程I/O线
可编程串行通道
5个中断源
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
软件设置睡眠和唤醒功能
AT89C51价格低廉，结构简单，且资料丰富；
但是51单片机系统资源有限，RAM、ROM空间小，数据保存时间短，且内部无看门狗定时器，不便于系统开发。
方案三：
采用AT89S52作为控制器
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
AT89S52的主要性能：
1、与MCS-51单片机产品兼容；
2、8K字节在系统可编程Flash存储器；
3、1000次擦写周期；
4、全静态操作：
0Hz-33MHz；
5、三级加密程序存储器；
6、32个可编程I/O口线；
7、三个16位定时器/计数器；
8、六个中断源；
9、全双工UART串行通道；
10、低功耗空闲和掉电模式；
11、掉电后中断可唤醒；
12、看门狗定时器；
13、双数据指针；
14、掉电标识符。
单片机AT89S52引脚结构如图2.1所示。
图2.1AT89S52单片机引脚结构
通过比较可以看出，AT89S52较AT89C51进行了很多改进，新增了很多功能，性能有了较大提升。
FLASH存储器和RAM均增加了一倍，且增加了ISP在线编程功能，最高工作频率提升为33MHz,具有双工UART串行通道，内部集成看门狗定时器等。
所以，本设计采用方案三。
2.2调频调制发射方案的选择
采用分立元器件构成调频调制发射模块的方法实现起来比较简单，但外围电路复杂，调试麻烦，而且可靠性不高，故采用集成的调频调制发射专用芯片。
现有如下方案：
采用BA1404立体声调频发射芯片
BA1404是日本ROHM公司出品的一款很经典的立体声调频发射专用芯片，它弥补了过去用分立元件来设计调频电路的不足，而且具有立体声调制的功能。
仅用很少的外围元件就可得到优美的立体声调频信号。
因此在FM立体声发射及无线微波方面具有重要的应用价值。
BA1404采用低电压、低功耗设计，其工作电压范围1-3V，该电路是由FM立体声混合器、MPX（Multiplexer）多路转换器、38KHZ导频振荡器、FM调制器和高频放大器组成的单片集成电路。
单片立体声调制发射集成芯片BA1404和高频功放电路，可以将各种立体声音源加以处理并调制发射，由立体声FM收音机接收。
BA1404的内部电路如图2.2所示。
图2.2BA1404内部电路
BA1404的引脚功能如表2.2所示。
表2.2BA1404的引脚功能
引脚
说明
1
右声道输入
18
左声道输入
2
音频放大器偏置
17
声道平衡
3
音频放大器地GND
16
4
38K晶振偏置
15
VCC
5
38K晶振
（1）
14
双声道复合信号输出端
6
38K晶振
（2）
13
导频信号输出端
7
射频放大器输出
12
调制信号输入端
8
射频放大器地GND
11
基准参考电压（用于改变容管电容量）
9
射频振荡器网络
10
BA1404的引脚功能如表三所列，它主要由前置音频放大器（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。
如输入信号中存在频率高于19kHz的成分，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。
在立体声调制组，振荡器输出的38kHz信号于立体声调制。
通常在16、17脚接一可调电阻，以获得最佳的通道分离度。
立体声混合信号（MPX输出信号）与导频输出信号（PILOTOUT）合成后的调制信号通过12脚进入射频振荡器并对载波进行FM调制，经射频放大后输出射频信号，射频信号的典型值在600mV左右。
BA1404内部还提供了一个参考电压单元VREF。
设计者可以利用这个电压信号改变外接变容二极管的电容值，继而改变载波的振荡频率。
因此，只要控制一个电阻的分压值就可以达到改变发射频率的目的，这是比较独特的设计。
虽然BA1404相对于过去用分立元件设计调频电路有了很大的改进，但它的的高频振荡是电容三点式振荡器，频率的稳定性较差，很容易跑频，无PLL锁相环稳频，有频率漂移。
此外，BA1404所需的38KHz的专用晶振很难购买，所以本设计不采用此方案。
采用BH1415F单片数字锁相立体声调制芯片
日本ROHM公司生产的单片数字锁相立体声调制芯片，该芯片性能卓越，失真仅0.5%，声道分离度高达40分贝,RF输出电平为100dB，是高性价比解决无线连接的首选芯片。
完全消除了交流声，解决了这一其它相关无线产品一直都无法克服的难题，甚至可以直接使用电脑电源。
BH1415F是一个简单而又实用的集成电路，它集PLL锁相环电路、产生立体声复合信号的立体声编码电路、FM发射电路，外围加上几个几件就组成了一台高频，定多频点的HI-FI调频立体声发射器；
而且它设置了提高S/N信噪比的预加重电路、防止信号过调的限幅电路及控制输入信号频率的LPF低通滤波器，可明显地改善音质。
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，使发射的频率非常稳定。
（4）采用了MCU单片机数字直接频率设定，可设定70-120MHz频率，使用上非常方便。
（5）在外界温度大范围变化影响下，频率也相当稳定。
虽然BH1415F的价格较贵，但基于以上诸多优点，本设计采用方案二。
BH1415F的芯片结构如图2.3所示。
图2.3BH1415F芯片结构
2.3频率显示方案的选择
采用LED数码管显示。
使用传统的8段LED数码管，有亮度、刷新率、可视角度高等优点，而且使用方便，电路简单，价格便宜。
采用字符型LCD1602液晶显示器显示。
LCD1602液晶显示器，显示功能丰富，能够同时显示16*02即32个字符，内部芯片存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。
而且具有显示质量高、体积小、重量轻、功耗低的优点。
考虑到液晶显示屏价格昂贵，且本设计的频率显示比较简单，所以采用LED数码管显示。
2.4电源方案的选择
电源模块中变压器的磁辐射不容忽视。
小功率的变压器素质较差，磁辐射严重；
空载温升过高，也是产生电器交流声的主要因素之一，并且处理起来也不方便。
【11】由于AT89S52单片机和BH1415F均采用5V直流电源供电，而且BH1415F对电源的要求比较高，所以采用三端稳压器7805将9V直流电转化为比较纯净的5V直流电。
2.5音频输入方案的选择
话筒MIC可以采集外界的声音信号，灵敏度较高。
麦克风通过标准3.5mm立体声插座，将声电转换的音频输入调频发射模块。
外接音频Line-in接线将计算机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号音源输入标准3.5mm立体声插座。
立体声插座，可以将音源通过专用的连接线引入调频发射机。
2.6天线的选择
天线的选择对发射距离起了致关重要的决定作用。
若正确选择了天线，即使很弱的射频信号也能传送很远，所以制作一副性能良好的天线比单纯提高发射功率有效得多。
制作一副水平极化、全向发射的天线比较麻烦，且一般的调频广播电台也采用水平极化方式。
若制作的天线阻抗不匹配，会自激反射，烧坏高频管；
若不能正常高效极化，辐射杂波带宽很大，会造成接收效果不好，杂波较多，甚至严重干扰正常广播电台信号。
【3】为了不对本地广播电台产生干扰，造成不必要的麻烦，本设计采用了阻抗为50欧1/4波长的FM调频广播发射专用天线。
3系统硬件的设计与实现
3.1系统整体概述及功能框图
系统硬件整体分为AT89S52单片机控制模块、BH1415F调频调制发射模块、LED数码管显示模块、电源模块、音频输入模块、一根专用发射天线组成。
通过单片机实现频率的输入及输出控制。
六部分的有机结合，将单调的调频发射变得更加自动化、合理化、人性化。
控制电路采用AT89S52单片机，加BH1415F调频调制及高频放大电路、音频输入电路、小键盘、数码管显示电路、立体声指示电路、1/4波长天线、9V电源，组成一个完整调频调制系统。
9V电源由220V50Hz工频交流经220V/9V交直流适配器（AC/DCAdapter）整流、稳压、滤波得到，
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