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標題: 2018電賽f題無線話筒擴音系統設計報告 [打印本頁]

作者: 1106998808 時間: 2018-8-4 15:08
標題: 2018電賽f題無線話筒擴音系統設計報告
省二，完成了前4項。

2018年遼寧省大學生電子設計競賽

無線話筒擴音系統（F題）

摘要

隨著無線電子及通信技術的發展，無線設備發送設備已經變得十分普遍，而無線話筒因其結構簡單、使用方便,得到了廣泛的應用。該裝置由信號發射系統和信號接收系統組成，發射系統采用了調頻調制方式，提高了通信頻道帶寬和動態范圍，拓展了通信距離。發送系統首先將聲音信號變為低頻電信號，然后通過高頻振蕩器調制，功率放大，最后經過天線輻射出去；此部分頻率在范圍內可調，且調整間隔為.接收部分首先由天線接收信號,再進行解調,并功率放大,最后由揚聲器輸出。系統在距離10m時可清晰通話,具有較好的性能。本次項目我們制作兩支無線話筒的載波頻率可同時使用，手動設置兩支話筒分別擴音或混音擴音。

關鍵詞：無線話筒載波頻率 SP7021F 音頻混合

摘要

第一章系統方案

1.1 系統總體構成

1.2 系統總體實現方案

1.3 調頻接收機接收發射機信號實現方案

1.4 無線話筒頻率段區間可調實現方案

第二章電路與程序設計

2.1 硬件實現電路原理

2.1.1 發射機電路及實現原理

2.1.2 接收機電路及實現原理

第三章系統理論分析與計算

3.1 系統總體理論分析

3.2 調頻接收機參數分析及設計

3.3 無線話筒頻率段區間可調參數分析及設計

第四章系統測試方案與結果

4.1 測試環境

4.2 測試過程

4.2.1 調頻接收機測試過程

4.2.2 無線話筒頻率調整測試及過程

4.3 測試結果及分析

4.3.1 調頻接收機測試結果及分析

4.3.2 無線話筒頻率測試結果及分析

參考文獻

第1章系統方案1.1 系統總體構成

本無線話筒擴音系統主要由兩個發射機和一個接收機構成。發射機主要有一個采集放大電路，克拉潑(claap)電路，選頻電路以及三極管射極跟隨器組成。接收機的電路核心為單片收音機集成電路SC1088，主要包含FM信號輸入、本振調諧電路、中頻放大、限幅與鑒頻電路、功率放大電路構成。系統的總體構成圖如圖1-1所示。

（見附件）

1.2 系統總體實現方案

通過MIK（咪頭）與音頻輸入電路采集音頻信號，通過發射機的音頻放大電路將音頻信號進行放大，之后音頻信號通過鎖環調制電路對音頻信號進行調制，最后通過高頻功率放大器將音頻信號進行放大，通過天線發送到接收機，接收機通過FM信號輸入電路接收信號，之后通過本振調諧電路穩定接收發射機所發出的音頻信號，再送到鑒頻器檢出音頻信號，最后將信號通過功放電路從接出的喇叭放出。

1.3 調頻接收機接收發射機信號實現方案

在調頻接收機接收發射信號實現部分我們提出以下方案：

方案一：利用改裝過的自動調頻收音機作為調頻接收機。

方案二：利用改裝過的手動調頻收音機作為調頻接收機。

經過試驗我們發現自動調頻改裝過的收音機在收到我們發射的聲音信號后存在許多干擾，不能鎖定發射機的發射頻點。而手動調頻機在找到我們發射的頻點后可以鎖定頻率，極大降低了信號干擾。經過試驗，我們選擇方案二。

1.4 無線話筒頻率段區間可調實現方案

在無線話筒頻率段區間可調我們共提出兩種方案：

方案一：使用FM發射器無線調頻發射器模塊進行頻率調整。

方案二：利用克拉潑振蕩電路、自鎖開關與射極跟隨器進行選頻。

方案三：用BH1417芯片實現FM無線發射電路與頻率調整。

經過試驗我們發現，第一種方案中，我們可以通過改變電感值的大小對頻道頻率進行改變，可在連續可調，但不能達到調頻間隔為200KHZ。第二種方案中，我們通過試驗后找到合適大小的電容阻值，我們可以直接通過自鎖按鍵對頻率進行調整，并且可實現頻率間隔為200KHZ。第三種方案中，根據BH1417本身特性可知，BH1417是適合大陸地區調頻廣播頻段，由并行數據端改變發射頻率，頻點分為低端和高端兩部分，每部分均可設置7個頻點，一共14個頻點，并且頻道頻率間隔是200kHz。方案二和方案三都滿足題目要求，由于題目中要求使用兩只無線話筒混音擴音，所以我們同時使用方案二和方案三。

第二章電路與程序設計2.1 硬件實現電路原理2.1.1 發射機電路及實現原理

方案二：

本次我們方案二無線話筒的原理框圖、電路原理圖、PCB圖和實物圖分別如圖2-1、圖2-2、圖2-3(a)和圖2-3(b)所示。

首先，我們通過MIC（咪頭）采集音頻信號，再通過一級放大電路將聲音信號進行放大，之后再通過克拉潑（Clapp）振蕩電路對音頻信號進行處理，將處理后的信號加到載波上然后通過調整C6,L1改變載波頻率，通過頻率計測量載波頻率從而讓發射機的聲音在固定電臺收到，通過調整自鎖開關對應的電容達到調整頻率間隔隔為200KHZ的目的。最后通過射極跟隨器將處理過的音頻信號經過放大通過天線發出。

我們的一級放大電路先通過C1進行濾波，在通過一個三級管對音頻信號進行放大一級放大電路如圖2-4所示。完整的Word格式文檔51黑下載地址：

我們的二級放大電路采用使用克拉潑(Clapp)振蕩電路，該電路特點是在震蕩回路中加一個與電感串接的小電容C3，并且滿足因此回路總電容為，克拉潑震蕩電路及其等效電路分別如圖2-5,2-6所示。

由Claap等效電路我們可以得知

和

等效到L兩端的總電容增量為

，其中，P1為

折合到電感L兩端的接入系數；P2為

折合到電感L兩端的接入系數。不穩定電容相對總電容的變化量為

，其中，

因為C3比C1和C2都小很多，故P1和P2可以同時減小，克拉潑電路的主要作用是固定頻率振蕩器。雖然改變了C3可以調節振蕩頻率，但也會引起P1和P2變化，這對電路是不利的。電路振蕩頻率的估算可近似用

計算。

我們將調整頻率后的信號經過射極跟隨器之后通過天線向外發出，設計跟隨器電路如圖2-7所示。信號從三級管積極輸入，從發射極輸出。其特點為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大系數略低于1，因而從信號源索取的電流小且帶負載能力強。

方案三：

發射機主要為基于BH1417F芯片的鎖相環調頻進行信號發射，其主要分為音頻電路、鎖相環調制電路、高頻功率放大電路構成，其電路圖分別如圖2-7、圖2-8、圖2-9所示。發射機結構框圖和實物圖如圖2-10(a)和2-10(b)所示。

BH1417F芯片可工作在88MHZ~108MHZ頻段內，其內部結構由以下五個部分組成：音頻預處理電路（加重、限幅和低通濾波）、基頻產生電路（晶振、分頻）、鎖相環電路（相位檢測、鎖頻）、頻率設定電路（高低電平轉換）、調頻發射電路。外圍電路主要有拔碼開關組成的頻率控制電路、壓控振蕩器組成的載波產生電路、定時器元件以及一些耦合電容。信號經過解碼和鑒相后，由腳7輸出PLL振蕩器的控制信號VCO。此VCO控制外部的分立元件組成的高頻振蕩電路產生FM調頻的載波信號，并通過一個達林頓三極管對腳5輸出的復合立體聲信號進行FM頻率調制。調制后的信號通過腳9輸入到 BH1417F，經過內部的射頻放大器放大后的射頻信號由腳11輸出。輸出后的信號可以直接接到發射天線上進行發射，或者輸入到射頻功率放大器進行放大后發射，以擴大發射距離。腳 13、14 需要外接7.6MHz的晶體振蕩器，提供給BH1417F內部的鑒相、立體聲信號調制等部分所需要的穩定時鐘。

該芯片具有如下特點：

將預加重電路、限幅電路、低通濾波電路一體化，使得音頻信號質量較傳統芯片有較大提高。
使用了鎖相環鎖調頻電路與調頻發射電路一體化，使得發射頻率十分穩定。
采用了4位撥碼開關進行頻率設定，可設置14個頻點。（相鄰頻點間隔200KHZ）。

撥動開關對應頻點如表2-1所示。

D0 D1 D2 D3	對應頻點
L L L L	87.7MHZ
H L L L	87.9MHZ
L H L L	88.1MHZ
H H L L	88.3MHZ
L L H L	88.5MHZ
H L H L	88.7MHZ
L H H L	88.9MHZ
L L L H	106.7MHZ
H L L H	106.9MHZ
L H L H	107.1MHZ
H H L H	107.3MHZ
L L H H	107.5MHZ
H L H H	107.7MHZ
L H H H	107.9MHZ

2.1.2 接收機電路及實現原理

接收機部分功能實現我們采用以SP7021F芯片為核心的電路，該芯片內含高放、混頻、本振、二級有源中頻濾波器、中頻限幅放大器、鑒頻器、低頻器、低頻放大器、靜噪電路以及相關靜噪系統等，它具有單聲道FM收音機的全部功能。該芯片有如下特點：

由于SP7021F中頻頻率很低，可由內電路兩級電路有源濾波器實現，在外電路總就取消了中周變壓器，簡化了電路。
輸入回路不需要調諧，采用寬頻帶接收，通過改變本振調諧頻率來選擇電臺信號。
電路內設有混頻、限幅中放、鑒頻、本振組成的頻率鎖相環電路，用來對中頻頻偏進行壓縮，以滿足廣播信號的頻帶寬度。
電路內設有相關靜噪系統及靜噪電路組成的降噪系統，可用于抑制無信號時，電源開關轉換時以及接受弱信號時的噪聲，提高信噪比。
接收機原理電路圖\實物圖和原理框圖分別如圖如圖2-11(a)、圖2-11(b)和圖2-12所示。

集成電路SP7021F引腳功能如表2-2所示。

表2-2 SP7021F引腳功能表

引腳	功能	引腳	功能
1	鑒頻輸出濾波	9	場強指示
2	靜噪	10	中頻補償
3	GND	11	中頻補償
4	電源	12	高頻輸入
5	本振	13	高頻輸入
6	限幅放大濾波	14	音頻輸出
7	中頻濾波	15	音頻濾波
8	中頻濾波	16	反饋

我們使用LM386音頻功率放大器，其輸入端為差分放大器形式，輸出端由于采用OTL電路形式，輸出端靜態電壓被自動偏置到電源電壓的一半，使得LM386特別適用于電池供電場合。我們使用規格為8Ω，0.5W的喇叭對放大后的信號進行播放，從而達到會場擴音的效果。音頻功率放大電路與實物圖分別如圖2-13(a)和2-13(b)所示。

我們使用LM324四路運算集成電路。LM324內部集成了四個獨立的運放單元，四個獨立單元各自獨立工作，互不干擾。由于每個運放單元中都集成電路都具有放大功能，所以使用運放是不用考慮放大器的靜態工作點。我們使用其中兩個獨立運放單元將兩個不同頻率聲音信號進行疊加，之后再通過一個獨立單元將信號合并，最后通過功放電路將信號放大，從而達到兩個無線話筒所發射出的聲音信號混音與擴音的效果，我們的混音、擴音電路圖與實物圖如圖2-14(a),圖2-14(b)所示。

第三章系統理論分析與計算3.1 系統總體理論分析

本系統包含有發射機與接收機，發射機載波頻段范圍為，最大頻偏為75KHZ，音頻信號帶寬為,天線長度小于0.5米，頻道頻率間隔為200KHZ。接收機通信距離大于10米。8Ω負載下，最大輸出功率為0.5W。

3.2 調頻接收機參數分析及設計

本部分我們使用的芯片為SP7021F，該芯片工作電壓為,在我們使用的電路中我們使用了3V供電，在信號處理部分使用了基于LM386的音頻功率放大電路與基于LM324的混擴音電路。我們使用的LM386主要參數如下：電源電壓,輸入電阻Ri50KΩ，輸出電阻r01Ω,放大倍數為可調，我們使用104瓷片電容為輸入耦合電容，使用1000uf作為電源濾波電容，使用104瓷片電容作為去耦電容，直流靜態電流4mA。我們通過對LM324的輸入電壓變化量與輸入電流變化量之比衡量運放質量。該運算放大器的開環差模電壓放大倍數。分別在兩個輸入端口接入200Ω電阻為兩個運放電路提供偏置電壓，兩個輸入端的輸入信號通過功放電路進行疊加，最終通過音頻放大電路輸出。

3.3 無線話筒頻率段區間可調參數分析及設計

方案二：

本部分我們的音頻信號先通過一級放大電路，在此我們使用電容對信號進行濾波，再通過克拉潑電路進行二級放大，先測定可以滿足最小量檔值電容大小，即200KHZ。測得電容值為時與200KHZ最接近，所以把作為200KHZ的一個量檔，之后的自鎖開關對應的電容值以2倍遞增，通過調節這些電容值就可達到想要的頻點，由于電容并聯會降低頻率，當把與按鍵相接的電容全斷開后，調整載波頻率，使其達到108MHZ，此時的頻率值即為最大值，通過按下自鎖開關，即并聯了相應200KHZ量檔的電容，從而每次降低200KHZ頻率。在射極跟隨器部分，我們使用100KΩ的基極電阻使其靜態工作點穩定在1.5V。

方案三：

本部分我們采用BH1417芯片可工作在87~108MHZ，該芯片工作溫度范圍在-40℃~+85℃，我們所制作的無線話筒模塊其電源需使用9V的優質直流穩壓電源，以消除由電源帶來的交流背景噪音，且電源電壓不能超過12V。通過外接7.6MHZ晶振通過改變C35的電容值與電感L2的匝數，根據實驗我們確定接收高段頻率時電感為3匝，接收低端頻率時可適當增加相鄰線圈的間隔。可分別使模塊在低頻段和高頻段工作穩定。部分電路如圖3-1所示。

為了使保證芯片正常鎖住頻點，我們使用了壓控振蕩器，壓控振蕩器原理電路圖如圖3-2所示。圖中L采用普通的磁芯可調式電感，電感量標稱值為(30 nH～60nH)；變容二極管的電容隨偏置電壓的變化而改變，其極限范圍為(7pF～35pF)。為了保證電路的穩定性，C2與C3值不能相差太大，這里假定C2取51pF，C3范圍取為7 pF～35pF。下面確定C1的值。由式(1)、式(2) 可知電感L、電容C3均取最小值時，壓控振蕩器取得最大振蕩頻率，反之，取得最小頻率。

（1）

（2）

合并式(1)、(2)，得：

（3）

其中，C2，C3串接后電容范圍為：

，將L、C3的極限值代入式(3)，整理后有：

上式中C1的單位是pF。計算得：

。于是C1值可取47pF。

第四章系統測試方案與結果4.1 測試環境

在本次項目中我們的開發環境為Proteus 8 和DXP ，我們使用了頻率計，信號發生器，示波器和直流穩壓電源。

4.2 測試過程4.2.1 調頻接收機測試過程

通過高頻頻率計對無線話筒的發射頻率進行測定，測定后將我們制作的接收機也調到相同頻率，之后由測試人員對無線話筒說話，我們可以從接收機外界的喇叭清晰聽到測試人員的說話聲。

4.2.2 無線話筒頻率調整測試及過程

方案二測試結果及過程：

制作電路板后，在電路板上的電源接口接入3V直流電，通過頻率計連接在發射機天線上測得無線話筒載波頻率可以在間任意設定，頻道頻率間隔200KHz，該頻率通過板子上的多個自鎖開關選擇設定。

方案三測試結果及過程：

電路元器件焊接完成后我們對電源口接入9V直流電源，將天線口與地相接，利用高頻頻率計對輸出頻率進行檢測，通過撥動撥碼開關對相應的頻率進行記錄。

4.3 測試結果及分析4.3.1 調頻接收機測試結果及分析

我們經過多次測試得到如下數據。測試結果如表4-1所示。

測試頻率	通信最大距離	通信穩定性
87.7MHZ	11.5m	穩定
87.9MHZ	10.7m	穩定
88.1MHZ	12.3m	穩定
88.3MHZ	13.0m	穩定
88.5MHZ	14.2m	穩定
88.7MHZ	13.8m	穩定
88.9MHZ	14.5m	穩定
106.7MHZ	15.3m	穩定
106.9MHZ	13.3m	穩定
107.1MHZ	14.2m	穩定
107.3MHZ	12.6m	穩定
107.5MHZ	11.8m	穩定
107.7MHZ	12.0m	穩定
107.9MHZ	10.4m	穩定

經過結果數據分析，我們得到數據符合要求。

4.3.2 無線話筒頻率測試結果及分析

方案二測試結果及分析

該電路設有七個自鎖開關，通過改變自鎖開關狀態，記錄如下表4-2所示.

表4-2 自鎖開關狀態與頻率

自鎖開關狀態							頻率(MHz)
1	2	3	4	5	6	7	\
OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	99.6
ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	99.4
OFF	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	99.2
ON	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	99.0
OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	98.8
……	……	……	……	……	……	……	……
OFF	OFF	OFF	ON	OFF	ON	ON	88.4
ON	OFF	OFF	ON	OFF	ON	ON	88.2
OFF	ON	OFF	ON	OFF	ON	ON	88.0
……	……	……	……	……	……	……	……
ON	ON	ON	ON	ON	OFF	ON	84.4
ON	ON	ON	ON	ON	ON	OFF	84.2
ON	ON	ON	ON	ON	ON	ON	84

測試如圖4-1所示。

方案三測試結果及分析

該電路有六個撥碼開關，通過改變撥碼開關狀態，我們記錄出表中數據。如

表4-1所示。

撥碼開關狀態						頻率(MHz)
1	2	3	4	5	6	\
L	L	L	L	H	H	87.75426
H	L	L	L	H	H	87.94316
L	L	H	L	H	H	88.13723
H	H	L	L	H	H	88.31534
L	H	L	L	H	H	88.51426
L	H	L	H	H	H	88.74261
L	H	H	L	H	H	88.95241
H	L	L	L	H	H	106.7413
H	L	L	H	H	H	106.9413
H	L	H	L	H	H	107.1452
H	L	H	H	H	H	107.3621
H	H	L	L	H	H	107.5314
H	H	L	H	H	H	107.7352
H	H	H	L	H	H	107.9524

由于6，7位開關為左右MIC選擇開關，所以對頻率值沒有影響。經過結果分析，測試結果符合要求。

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

電賽文檔合.docx (1.87 MB, 下載次數: 88)

作者: 老肖 時間: 2018-9-13 12:45
文檔里的圖片看不了

作者: king000 時間: 2018-11-5 09:54
文檔里的圖片怎么不能看

作者: 2249956776 時間: 2018-11-6 11:23

老肖發表于 2018-9-13 12:45
文檔里的圖片看不了

就是為什么

作者: 2249956776 時間: 2018-11-6 11:23
圖片呢怎么不能看

作者: muyu512 時間: 2018-12-3 22:13
能重新上傳圖片嗎

作者: 劉冬梅 時間: 2018-12-5 15:05
樓主能商量么？怎樣才可以把一些元器件清單等完整的發給我呢？扣扣2920811588

作者: 冰雪大世界 時間: 2018-12-30 17:58
設計報告是嗎

作者: 漂亮的臭豆腐 時間: 2019-2-27 01:43
你好可以教一下怎么做嘛

作者: sgz987360571 時間: 2019-4-16 13:37
圖片可以重新發一下嗎

作者: 盜將行 時間: 2019-5-19 10:19
樓主東西還在嗎，能賣給我嗎

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