FM无线发射与接收电路的设计.doc

毕 业 设 计题目: FM无线发射与接收电路的设计 学 院： 信息与电子工程学院 专 业： 应用电子技术 填写日期： 摘要在现代通信中，简易无线设备是一种近距离的、简单的无线传输通信工具，目前广泛应用于生产、广播电视、野外工程领域的小范围移动通信工程中。本次毕业设计以BH1417F集成发射芯片、SP7021F收音机集成芯片、TDA2822M功放芯片为基础，构造了一款立体声FM无线发射与接收电路的设计的传输系统。BH1417F是ROHM公司推出的新型FM无线发射芯片，是锁相环调频立体声发射专用集成电路，电路主要分为前级放大电路，高频振荡，高频功率放大三个部分，仅仅需要很少的外围元器件就能够扶僻优异的体声调频信号。SP7021F内包含有高放、混频、本振、二级有源中频滤波器、中频限幅放大器、鉴频器、低频器、低频放大器、静噪电路以及相关静噪系统等。低频功放部分用TDA2822M功放芯片。该无线传输系统，相距可达到5米，通过扬声器播放的声音清晰，厚重，无明显失真。关键词：无线传输 BH1417F SP7021F TDA2822AbstractIn modern communications , simple wireless device is one kind of short distance wireless transmission communication tools , simple , widely used in production , radio and television , field engineering in small scope mobile communication project . The graduation design with BH1417F integrated chip launch , SP7021F radio chip , TDA2822M power amplifier chip as the foundation , constructs a stereo radio sound transmission system .BH1417F is ROHM launched the new FM wireless emitting chip , is phase-locked loop FM stereo transmitter integrated circuit , main circuit is divided into a front stage amplifier circuit , high frequency oscillation , frequency power amplifier three parts , only needs few peripheral components can help out-of-the-way excellent sound FM signal . SP7021F contains high discharge , mixing , lo , two stage active filter , if limiter amplifier , discriminator , low frequency , low frequency amplifier , a squelch circuit and associated squelch system . Low frequency power amplifier with TDA2822M power amplifier chip . The wireless transmission system , distance can reach 5 meters , played through a loudspeaker voice clear , thick , no obvious distortion . Keywords: Wireless transmission BH1417F SP7021F TDA2822目录第1章 引言1第2章 设计要求与任务2第3章 FM无线发射与接收电路的设计的工作原理33.1 FM无线发射与接收电路的设计系统方案33.2 无线调频发射机的设计43.2.1 无线调频发射机组成框图43.2.2 BH1417F工作原理43.3 无线调频收音机的设计73.3.1 无线调频收音机组成框图83.3.2 SP7021F工作原理83.3.3 低频功放电路10第4章 硬件的制作和调试及心得体会124.1 硬件的制作124.2 电路的调试154.3 心得体会16结论18参考文献19附录20第1章 引言无线通信（Wireless communication）是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。目前广泛应用于生产、广播电视、野外工程领域的小范围移动通信工程中。在无线通信系统中，无线电通信作为新一代的信息传送方式，具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以防止不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用。并且采用特定的编码解码技术可以防止无线电波的互相干扰，抗干扰能力强。生活离不开音乐，如今的生活，音乐随耳可听。家庭影院也已成家居的常用电器，但随着人们对家居生活的要求越来越高。突兀杂乱的家庭影院连线却很让人烦恼，它既影响美观也影响该区域人的行为，一不小心，磕磕绊绊。无线技术在家庭影院方面的应用更明显，无线电技术在家电这块领域上带来了巨大的革命。通过无线电技术，采用无线系统传输方式既能美化居室，又有享受高品质视听，一举俩得，以此无线家庭影院将是未来发展的一种趋势。通过此次的FM无线发射与接收电路的设计的设计，可以更好的深入理解无线传输系统的工作原理，电路的调制与调解及无线高频的应用。论文分为五章，其中第一章论述了无线电技术的定义，技术范围及发展，和运用的领域；第二章介绍本次课题研究的要求和任务，以及方法；第三章论述了FM无线发射与接收电路的设计的工作原理，介绍无线传输系统中调制/调解电路的设计方法，及工作原理、所用集成电路芯片及相关原理的介绍；第四章介绍FM无线发射与接收电路的设计电路系统的硬件制作过程，以及高频电路板的布板原理和注意事项，以及电路的调试和心得体会。最后还对本次毕业设计进行了概括性总结和自己的心得体会。第2章 设计要求与任务1、FM无线发射与接收电路的设计的发射电路具有多个频点的发射功能，以防个别频点和本地电台相干扰。2、FM无线发射与接收电路的设计的接收电路能实现收音机的全部功能，即接收电路能实现频率接收的选择性。3、FM无线发射与接收电路的设计的无线传输距离达到5米。4、经过调制，调解后的声音清晰，无明显的失真。5、完成FM无线发射与接收电路的设计FM发生电路和FM收音机电路的焊接和调试6、分析高灵敏度FM无线发射与接收电路的设计的发射电路和接收电路的工作原理和调试的过程。7、利用Protel99se对高频电路板的绘制和PCB的布板规则和注意事项。8、进一步巩固和加深高频电路知识的理解，提高综合运用所学知识，独立设计高频电路的能力。9、能根据电路和芯片知识的需要查找资料，通过独立思考，深入钻研有关问题，学习自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。10、能正确使用仪器设备，掌握测试原理，熟练运用电子仪器对电子电路进行检测。11、通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握基本高频电路的分析方法和工程设计方法。第3章 FM无线发射与接收电路的设计的工作原理FM无线发射与接收电路的设计是利用无线技术，即导体中电流强弱的改变会产生无线电波，利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上发射出去。当电波通过空间传播到达收信端时，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。音频信号发射部分（调制）接收部分（调解）音响无线传输图3.1 无线传输系统3.1 FM无线发射与接收电路的设计系统方案FM无线发射与接收电路的设计系统主要分为两个电路模块，即音频的无线调频发射部分，音频的无线调频接收部分和低频功放电路。FM无线发射与接收电路的设计的音频调制发射电路在此次的设计中采用无线音频传输集成电路芯片BH1417F。BH1417F是由提高信噪比（S/N）的欲加重电路、防止信号过调的限幅电路、控制输入信号频率的低通滤波器电路（LPE）、产生立体声复合信号的立体声调制电路、调频发射的锁环电路（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，并且电路结构简单，比较容易实现电路的功能。电路的调解接收电路在设计中采用SP7021集成收音芯片。SP7021F内包含有高频放大电路、混频、本振、二级有源中频滤波器、中频限幅放大器、鉴频器、低频放大器、静噪电路以及相关静噪系统等，它具有单声道FM收音机的全部功能。电路结构简单。电路的音频功放电路采用TDA2822集成功放芯片实现。TDA2822是双通道单片功率放大集成电路，通常在袖珍盒式放音机、收录机和多媒体有源音响中做音频放大器。具有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，可工作于立体声以及桥式放大（BLT）的电路形式下。3.2 无线调频发射机的设计3.2.1 无线调频发射机组成框图与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强的抗干扰能力与较高的效率，在无线通信、广播电视、遥控遥测等方面获得广泛的应用。它是将音频信号通过调制通过无线电波发射出去的。直接调频发射机组成框图如下图3.2所示：音频信号音频放大器调制器高频放大器高频信号振荡图3.2 发射原理框图3.2.2 BH1417F工作原理BH1417F的原理特性BH1417F集成发射电路采用稳定频率的锁相环系统。这一部分由高频振荡器、高频放大器及锁相环频率合成器组成。调频调制由变容二极管组成的高频振荡器实现，高频振荡器是一个锁相环的VCO，立体声复合信号通过它直接进行调频调制。高频振荡器是由第9脚外部的LC回路与内部电路组成，振荡信号经过高频放大器从11脚输出，同时输送到锁相环电路进行比较后从第7脚输出一个信号对高频振荡器的值进行修正，确保频率稳定。一旦视频超过锁相环设定的频率，第7脚将输出的电平变高；如果是低于设定频率，它将输出的电平变低；相同的时候，它的电平将不变。（1） 将预加重电路、限幅电路、低通滤波器电路一体化，使音频信号的质量比分立元件的电路有很大的改进。（2） 采用了锁相环锁频并与调频发射电路一体化，是发射的频率非常稳定。（3） 采用了4位的拨码开关进行频率设定，可设定14个频点（87.7M、87.9M、88.1M、88.3M、88.5M、88.7M、87.7M、88.9M、106.7M、106.9M、107.1M、107.3M、107.5M、107.7M、107.9M），使用非常方便。调频发射电路图解析BH1417F功能款图和引脚如图所示图3.3 BH1417F功能款图和引脚图22和l脚为左、右声道信号输入端。2和2 1脚连接预加重电路，可由外接的电路改变时间常数；3和20脚为低通滤波器的可调端，外接150pF的电容可限制1 5 kHz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RF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。1 1脚为RF信号输出端，经带通滤波器连接至天线或后级功放；1 2脚为PLL电源端。13、14脚外接7. 6MHz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；1 9脚为导频信号调整端。图3.4 BH1417F应用电路图立体声信号通过1、22脚输入，配合2、3、20、21这几个管脚外部的阻容组合，完成立体声信号的低通、预加重和调制，调制后的复合信号通过5脚出。15、16、17、18脚输入的频率代码经过解码和鉴相后，由7脚输出PLL振荡器的控制信号VCO。此VCO控制外部的分立元件组成的高频振荡电路产生FM 调频的载波信号，并通过一个达林顿三极管2SD2142对5脚输出的复合立体声信号进行FM 频率调制。调制后的信号通过9脚输入到BH1417F，经过内部的射频放大器放大后的射频信号由11脚输出。输出后的信号可以直接接到发射天线上进行发射，或者输入到射频功率放大器进行放大后发射，以扩大发射距离。13、14脚需要外接7.6MHz的晶体振荡器，提供给BH1417F内部的鉴相、立体声信号调制等部分所需要的稳定时钟。BH1417F发射频点设置值表（L代表低电平，H代表高电平）表3.1 针脚发射频率定义表BH1417F发射频点分为低频段和高频段，设置低频段发射和高频段发射，电路的个别电容的参数有差别，此次设计的发射电路为工作在低频。在低频段可以通过15、16、17、18脚的电平高低来控制发射电路发射的频点。3.3 无线调频收音机的设计3.3.1 无线调频收音机组成框图由发射机发出的无线电波，经接收机天线接收，转变为感应电势。从天线感应出的不同频率的已调波信号中选出所需信号的任务由输入电路承担。而输入电路选出的信号，仍是已调波信号，不能用它去直接推动耳机或喇叭，还必须把它恢复成音频信号。这种从已调波信号中检测出音频的过程，叫做检波或解调。调频收音机组成框图如下图所示：输入高频放大器混频中频放大鉴频低频功放扬声器本振图3.5 调频接收原理框图3.3.2 SP7021F工作原理SP7021F内包含有高频放大电路、混频、本振、二级有源中频滤波器、中频限幅放大器、鉴频器、低频放大器、静噪电路以及相关静噪系统等，它具有单声道FM收音机的全部功能。工作电源电压范围为1.86V，它适合单声道或立体声FM收音机，该电路采用16脚双列扁平封装。特点（1） 由于中频频率很低，只有76kHz，因此中频滤波器由内电路两级有源滤波器来实现，在外电路取消了中周变压器或陶瓷滤波器，减化了电路调整，缩小了体积。（2） 输入回路不需要调谐，采用宽频带接收，通过改变本振调谐频率来选择电台信号。高频输入信号频率范围为1.5110MHz。（3） 电路内设有由混频、限幅中饭、鉴频、本振、VCO组成的频率锁相环电路，用来对中频频偏进行压缩，以满足广播信号的频带宽度。（4） 电路设有由相关静噪系统及静噪电路组成的降噪系统，可用于抑制无信号时，电源开关转换时以及接收弱信号时的噪声，提高信噪比。管脚排列图：图3.6 SP7021管脚图引出端序号功能引出端序号功能1鉴频输出9场强指示2静噪10中频补偿3地11中频补偿4电源12高频输入5本振13高频输入6限幅放大器滤波14音频输出7中频滤波15音频滤波8中频滤波16反馈表3.2 SP7021管脚功能SP7021F应用电路图：图3.7 SP7021F应用电路图：3.3.3 低频功放电路经过接收电路调解的音频信号后，信号即可通过低频功放电路把声音通过扬声器还原出来。低频功放电路部分采用TDA2822集成功放芯片。TDA2822是双声道音频功率放大电路，工作电源电压范围为1.615V，静电流小，交越失真也小，电路结构简单，适用于单声道桥式（BTL）或立体声线路两种工作状态。图3.8 TDA2822管脚图引出端序号符号功能序号符号功能1OUT1输出端15IN2-方向输入端22VCC电源6IN2+正向输入端23OUT2输出端27IN1+正向输入端14GND地8IN1-反向输入端1表3.3 TDA2822管脚功能图第4章 硬件的制作和调试及心得体会4.1 硬件的制作发射机电路原理图和PCB图：图4.1 发射电路原路图绘制的发射电路原理图如图4.1，电路采用9V电压供电，通过稳压管7805芯片，把9V电压将为5的电压给BH1417F芯片供电，11脚的高频发射部分通过9018NPN三极管放大，通过天线发射出去，9018天线采用9V供电，以提高高频发射的功率。天线用一根1米长的铁线代替。BH1417F图4.2 发射电路PCB板接收机电路原路图和PCB图：图4.3 接收电路原理图绘制的接收电路的原理图如图4.3，电路去掉9脚的场强指示，16脚为反馈端，把它通过电容接地，电路中用到的功放芯片TDA2822为5V最佳工作电压，所以电路采用5V电，而SP7021F的最佳工作电压为3V，所以通过三个二极管把电源的5V电压降到3V给SP7021F供电。图4.4 接收电路PCB板4.2 电路的调试调试时为了FM无线发射与接收电路的设计能更好的工作，将焊接好的电路后，并不可能都处在最佳的工作状态，满足整机的技术指标。所以，电路焊好后，进行整机调试是必不可少的环节。调试时所先要检查焊接质量，检查是否有短路、虚焊、漏焊，检查各个元器件固定是否牢固，以及电路板上是否有不需要的管脚在上面。用万用表检测，看看电路是否正确。发射机的调试：调试时配合数字显示频率的收音机、万用表。先将收音机调谐到预设的频点上，将本电路板通电，接入音频信号，监听收音机是否有信号，如果没有收到信号，可适当拉松L2，一般即可收到信号。仔细调整L2，拉伸或压缩，可使收音机收到的信号最稳定、背景噪音最小。细调L2，使发射距离最长，并且背景噪音最小。如果还是收不到声音，检查电路的原理图，查看电路图是否绘制正确。当电路板出现频率不能调试，则是PCB布板不合理，导致电路纯在严重的干扰。收音机的调试：收音机的调试主要分为电路的本振，信号的输入和音频的功放。当给接收板通电时，发现收音机的本振的频率不能调，且本振频率过低，扬声器就只有杂音。首先是对本振的调试，由于电路本振部分比较简单，所以在本振调试是直接通过电路板上的原件对照电路原理图一路路检查，通过对本振频率的计算公式和电路中的电容和电感的值逐步对电路中的元件件进行更换，使电路本振频率能达到发射机发射的频率。当电路的本振频率能达到发射机的发射频率后，用调试好的发射机发射特定的无线电波频率，调节收音机的频率为发射机发射的频点。此时，虽然频率能调到，可是喇叭却没有清晰的声音。通过检测电路板的信号输入是否有问题，及用万用表检测解天线信号放大的三极管是有处在放大的状态。更换三极管边的原件的值和更换三极管，使有信号输入12，13脚。电路的功放部分通过调节电容电阻及在电路设计时处理好电路的交流信号和直流电流，使扬声器工作在最佳状态，使收音机能发出无明显失真的音频。4.3 心得体会通过此次的毕业设计，我们小组成员分工合作，各司其职，不但巩固了已学的知识，还学会了团结互助，了解到了团队精神的重要性。1、 通过此次设计，我们加深了对高频电路知识的掌握，运用所学的知识解决制版过程中遇到的问题。2、 我们学会了通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取、安装调试等环节，可以掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3、 通过对高频电路板的设计，使自己更加熟悉了Protel软件的使用，以及高频布板的技巧和注意事项。4、 通过对此次的毕业设计，让自己更加清楚的了解了无线波的知识，以及电路电波的调制和解调的过程。5、 在电路的制作和调过程中，提升了自己解决问题、分析问题的能力，以及提高了在面对问题时，去处理问题的耐心。结论此次的FM无线发射与接收电路的设计的设计，基本可以满足音频的无线传输的功能，BH1417F发射机的发射频点在高频端发射和低频段发射的个别原件的电路参数不同，所以此次设计的发射机为低频段范围内工作，即在低频段范围可调节发射频点。接收电路的接收频率的调节范围为82MHz103MHz左右，即可满足无线发射机在低频点发射的全部频率的接收，并且可以实现声音的调节。FM无线发射与接收电路的设计的设计由于自己做板工艺及布板的缺陷，电路的传输距离及功放的声音效果并没有达到理想的状态。传播的距离差不多为5米左右，收音机播放出的声音有一点的杂音。参考文献黄玉兰.射频电路理论与设计.北京:人民邮电出版社，2008周雪.模拟电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005致谢首先，要感谢指导老师在自己做毕业设计期间给自己的指导，特别是在我们遇到问题时老师 不厌其烦的对自己的一遍遍的教导。在老师的指导下我们得以顺利的完成了毕业设计的课题。同时在自己制作电路板和焊接电路的时候，很感谢学校实验室老师给我们提供的方便和问题上的解决。感谢自己在做毕业设计时，同学们和自己分享的一些资料，通过这些资料，让自己更好的完成了毕业设计，以及在论文排版的过程中，得到了同学们的耐心指导。附录图1 发射电路板 图2 接收电路 图3 FM无线发射与接收电路的设计系统