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：毕业设计（论文）评语目次1绪论 (1)2 调频发射机的技术原理及要求 (2)2.1调频发射机的工作原理和技术特点 (2)2.2 调频发射机的分类 (2)2.3半数字调频发射机的技术优势 (3)2.4 设计方案 (3)2.4.1 调频发射模块设计方案的选择 (3)2.4.2 MCU控制电路设计方案的选择 (6)2.5 技术功能实现要求 (7)2.6 调频发射机的主要技术参数指标 (7)3 调频发射机的硬件实现 (8)3.1 调频发射机的硬件系统总体框图 (8)3.2 STC89C51RC的技术特点与功能 (8)3.2.1 STC89C51的主要技术特点 (8)3.2.2 STC89C51引脚说明 (9)3.2.3 STC89C51单片机主要功能 (10)3.3 调频发射机单片机控制电路 (11)3.4 BH1415F的功能与技术特点 (11)3.4.1 BH1415F的主要优点 (12)3.4.2 BH1415F引脚功能说明 (12)3.5 BH1415F主要功能电路 (13)3.5.1 限幅电路 (13)3.5.2 预加重电路 (14)3.5.3 立体声调频电路 (15)3.5.4 低通滤波电路 (15)3.5.5 BH1415锁相环电路 (16)3.6 BH1415F的调频发射电路 (17)4 其他硬件单元设计 (19)4.1 电源电路单元 (19)4.2 功率放大发射电路单元 (20)4.2.1无线传播半径参照表 (21)4.2.2 天线阻抗匹配 (21)4.3 信号输入电路单元 (22)4.3.1 音频信号输入电路 (22)4.3.2 麦克风信号输入电路 (22)4.4 数码管的显示电路单元 (23)5 技术软件实现 (25)5.1 BH1415F频率控制方法 (25)5.2 主程序流程图 (26)5.3 动态扫描显示子程序 (27)5.4 BH1415写频率数据子程序 (28)5.5 频率数据存储子程序 (30)6 调频发射机调试 (31)6.1 本课题设计的调频发射机 (31)6.2 发射机硬件调试 (31)6.3发射机软件程序调试 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录一 BH1415F技术指标 (36)附录二单片机控制电路图 (39)附录三 BH1415发射模块电路 (40)附录四源代码 (41)1 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可以分为模拟发射机、半数字发射机、数字发射机[1]。
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（DDS技术），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﹑监测系统智能化、SCA及RDS功能的扩展、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，(2)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 调频发射机的技术原理及要求2.1 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。
2.2 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的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芯片控制DDS芯片（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]。
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]。
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。
2.3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ROHM公司生产的BH1415数字锁相环调频集成电路芯片，可以灵活设定发射器发射频率。
2.4 设计方案2.4.1 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MAXIM公司和MOTOROLA公司。
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)分离度（dB）Vrx(dBμV)Frx(MHz)Iq(mA)生产公司功能与特点NJM2035 1-3 大于25 - - 3 NJM 1、两路音频输入；2、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。
Max2606 3-5 88-108 MAXIM 1.电位器调整频率BA1404 1-3 45 （115）600mV大于76-108 3 ROHM1、同NJM2035；2、FM调制、射频放大电路集成在一个芯片上。
MC2833 2.8-9 小于60 2 Motorola 1.无锁相环BH1415 4-6 40 99 70-120 20 ROHM 1、集成预加重电路；2、集成限幅电路；3集成低通滤波电路；4、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、MCU数据控制频率设定。
BH1417 (1416) 4-6 40 9987.7-88.9106.7-107.920 ROHM1．同BH1415F；2.采用四位拨码开关进行频率设定，可设定14个频点。
BH1418 2.7-4 40 99 70-120 18.5 ROHM 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BA1404调频发射芯片。
据查阅资料所知，BA1404是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BA1404是将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。