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实验六 红外调幅调频发射接收系统

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实验六 红外调频/调幅发射接收系统
一、实验目的
1、了解红外编、解码的原理;
2、熟悉调频/调幅接收的原理、方法和频谱；
3、熟悉调频发射机的工作原理。
二、实验内容
1、使用红外系统进行编解码，并在数码管上显示结果；
2、调试调频/调幅接收机电路，接收收音机信号
3、产生88MHz～108MHz的调频信号,实现发射机与接收机的正常通信
三、实验设备
1、20M双踪示波器 一台
2、鞭状天线 一根
3、带话筒耳机 一套
四、实验原理
（一)红外编、解码电路原理
1、红外编码电路
红外编码调制采用编码芯片SC2262IR，典型应用电路如图6－1所示.

图6－1 SC2262IR典型应用电路
该芯片第1～8脚，第10～13脚为地址管脚，共12位.其中，第7、8、10、11、12和13脚还可作为数据管脚使用。
芯片17脚输出的编码信号由地址码、数据码和同步码组成一个完整的码字。每个码字的周期由芯片15脚和16脚所接电阻的大小确定。地址管脚状态不同，芯片17脚输出的码型也不同。即该芯片完成以地址码（数据码）为调制信号的脉宽调制,调制后的信号从芯片17脚所接的红外二极管输出。
2、红外解码原理
本实验采用一体化红外接收器。当红外接收器没有接收到信号时，输出高电平.但由于空间中的许多干扰信号，导致实验时，即使红外发射电路没有发射信号,红外接收器也有杂波输出.一般红外接收器的输出信号波形如图6－2所示。

图6－2 红外接收器输出信号波形
图中，A0~A11分别对应于发射芯片第1～8脚和第10～13脚的状态。这里，记图52－2中A0～A7和A10所对应的波形为11,A8和A11所对应的波形为00，A9所对应的波形为10。则当发射芯片地址管脚接低电平时，解码部分对应输出11；当发射芯片地址管脚接高电平时，解码部分对应输出00;当发射芯片地址管脚悬空时，解码部分对应输出10。
本实验电路，发射芯片第1~8脚（A0~A7)接地，第11脚（A9）悬空，第12脚（A10）接地，第10脚（A8）和第13脚（A11）分别由按键S1（＋）和S2（－）控制,当按键按下时，管脚接高电平,按键不按动时，管脚接低电平。
将解码输出信号给单片机识别处理，可实现通信系统中的相关控制。本实验，单片机一旦识别到A8为00且A11为11，则输出相关控制字给BH1415（调频发射芯片），该芯片识别单片机输出的控制字,将发射载波频率按0。1MHz步进增大。单片机一旦识别到A8为11且A11为00，则输出相关控制字给BH1415（调频发射芯片)，该芯片识别单片机输出的控制字，将发射载波频率按0.1MHz步进减小。模块上数码管LED6~LED9（单位为MHz）显示调频发射芯片的发射频率，开机默认为88MHz。
（二）调频/调幅接收系统原理
调频/调幅解调电路由索尼公司生产的CXA1691BM和少量外围元件组成。CXA1691BM既可以接收中波调幅信号,也可接收调频信号。它包含了中放、混频、限幅、鉴频、检波等电路，内部框图如图6－3所示.当开关S1向下拨时，CXA1691BM工作在调幅接收的状态，接收载频范围为535kHz～1605KHz。当开关S1向上拨时，CXA1691BM工作在调频接收的状态，接收载频范围为88MHz～108MHz。

图6－3 CXA1691BM内部框图
1、调幅接收电路分析
(1）输入回路：调幅波经调幅天线线圈(由L1、C1和四联电容中的1个可调电容组成）进入芯片的第10脚。
（2）调幅本振电路：调幅本振电路由L4、C4、四联电容中的1个可调电容和芯片内部电路组成。
（3）混频、中放和检波
外部调幅波与调幅本振电路产生的本振信号混频得到455KHz的调幅中频信号，此中频信号经中频变压器（T1)耦合到455KHz陶瓷滤波器CF1的输入端。经陶瓷滤波器滤波后的中频信号进入芯片第16脚,即进入中放。
信号经芯片内部中放、检波电路处理后得到解调信号，从芯片的23脚输出.
（4）音频放大
检波输出经C15耦合到芯片的24脚，即音频放大器的输入端。经过芯片内部的音频放大电路后，从芯片的27脚输出，此信号接到耳机电路，即可接收到语音信号。调节RV1可调节语音信号的大小.
2、调频接收电路分析
（1）输入回路
调频波经调频天线（ANT）、带通滤波器进入芯片的第12脚（FM RF IN）.L2、C2和四联电容中的1个可调电容组成选频网络，用于选中某一载频信号。
(2）调频本振电路
调频本振电路由L3、C3、四联电容中的1个可调电容和芯片内部电路组成。
（3）混频、中放和鉴频
经选频网络选中的载频与调频本振电路产生的本振信号混频得到10。7MHz的调频中频信号。此中频信号经C11、R4、R5接到10.7MHz陶瓷滤波器CF2的输入端.经陶瓷滤波器滤波后的中频信号进入芯片第17脚，即进入中放。
信号经芯片内部中放、鉴频电路处理后得到解调信号，从芯片的23脚输出。
（4）音频放大
鉴频输出经C15耦合到芯片的24脚，即音频放大器的输入端。经过芯片内部的音频放大电路后,从芯片的27脚输出，此信号接到耳机电路，即可接收到语音信号.调节RV1可调节语音音量。
3、其它功能说明
在芯片19脚加一调谐指示灯D1,可随时观测接收信号的强度信号强度越大,芯片19脚输出的电压越小，发光二极管D1越亮，解调信号的质量越高。
4、实验模块使用说明
本实验调幅天线线圈放置在PCB板的反面，调频天线为鞭状天线。开关K5向左拨，则CXA1691BM为调幅接收机，开关K5向右拨，CXA1691BM为调频接收机。四联电容通过大拨盘（黑色）来调节，LED5用于指示调谐程度.语音信号可通过扬声器Speaker或耳机（Phone)接收。当开关K6向左拨时，用扬声器接收；当开关K6向右拨时，用耳机接收。可调电阻（Volume）用于调节语音音量。
（三）调频发射系统原理
1、立体声广播
目前立体声广播普遍采用频率调制来发送，但在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个声道信号之差（L-R)与左右两个声道信号之和（L+R）实现频分复用。立体声广播调制信号的频谱如图6－4所示。

图6－4 立体声广播信号的频谱
图中,0～15KHz用于传送（L+R）信号，23～53KHz用于传送（L—R）信号，59～75KHz则用于辅助通信。（L-R）信号的载波频率为38KHz，19KHz处发送一个单频信号用作立体声指示，并为接收端提取同频同相相干载波使用。立体声调频广播与普通调频广播是兼容的.在普通调频广播中只发送0～15KHz的（L+R)信号。
2、立体调频发射机
本调频发射机核心芯片为无线音频传输集成电路BH1415F， 它可将立体音频信号进行立体声调制发射传输.
BH1415F由预加重限幅电路、低通滤波电路、立体声调制电路、锁相环电路(PLL）等组成。其引脚和内部电路框图如图6－5所示.

图6－5 BH1415F引脚和内部电路框图
（1）音频输入
左声道和右声道信号分别从芯片第22脚和1脚,经过限幅预加重电路和低通电路进入MPX电路。
（2）调频载波
本调频发射机能产生88MHz～108MHz的调频信号.芯片第9脚一般接由变容二极管组成的振荡回路,构成载波振荡电路。
芯片17脚为数据输入端，此信号可由单片机提供。不同的数据，所指示的频率不同。当数据所指示的频率与芯片第9脚振荡回路的频率不同时，芯片第7脚输出的直流电平会反映这种不同现象，将此直流电平接到第9脚的变容二极管的两端.经过内部电路的控制，使变容二极管振荡回路的振荡频率与数据所指示的频率相等,即通过控制数据管脚的信号来控制载波频率。
（3)19KHz导频和38KHz载频
芯片13脚和14脚接7.6MHz的晶振。7.6MHz信号经信号内部400（4×50×2）分频得到19KHz的导频信号,7。6MHz信号经200（4×50）分频得到38KHz的载频信号。
19KHz信号、38KHz信号和经过处理的左右声道信号经芯片内部合成电路的处理,其频谱分布如图54－1所示。
（4)调频
图54－1所示的调制信号从芯片的第5脚输出，接到芯片第9脚的变容二极管振荡回路中，调制幅度的大小影响变容二极管的容量，即实现变容二极管调频。调频拨从芯片第11脚输出，经过天线发射出去.
3、实验原理
红外编解码电路控制发射机的载频，开机默认载频为88M Hz，按动按键S1、S2使红外编码器发射相应信号,经红外解码器解调出来的信号送给单片机.单片机根据解码器的输入信号，向BH1415F的17脚（DATA)输出相应的数据.从而完成由按键S1、S2控制调频波载频的过程。
语音信号由模块上的Mic提供，经过分离放大得出左右声道信号。
数码管LED6～LED9显示发射载波的频率值，LED6～LED9分别为100MHz、10MHz、MHz、100KHz位。每按动一次S1键或S2键，数码管LED9所显示的数值加1或减1。
五、实验步骤
(一）红外编、解码实验
1、连接实验线路
在主板上正确插好红外遥控调幅接收调频收发模块，K3向左拨。主板GND接模块GND,主板＋5V接模块＋5V。检查连线正确后，打开实验箱右侧的船形开关，开关K3向右拨，若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮，数码管LED7～LED9显示88。0。
2、观察红外接收器的波形
(1）用示波器在TT3处测量，按下按键“＋”、“－”，观察数码管LED6～LED9的变化情况，并观察此处红外发射信号的波形。
（2）用示波器在TT2处测量，观察红外接收信号的波形。
3、用不透明物挡在红外发光二极管和红外接收头之间，重复步骤2.
（二）调频/调幅接收实验
1、连接实验电路
在主板上正确插好红外遥控调幅接收调频收发模块，开关K1、K2、K3、K4向左拨。主板GND接模块GND，主板＋5V接模块＋5V.检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K4向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。
2、调幅接收
（1）K5向左拨，即CXA1691BM工作在调幅接收状态。
（2)K6向左拨，即采用扬声器接收语音信号。若使用耳机接收语音,则K6向右拨，将耳机插在Phone处，调节耳机上的音量旋钮，使语音音量适当。
(3)缓慢调节黑色的大拨盘,并适当调节可调电阻Volume，使LED5最亮且扬声器输出语音清晰。
（4）继续调节大拨盘,接收其它频道的信号.
3、调频接收
(1)K5向右拨，即CXA1691BM工作在调频接收状态。
（2）K6向左拨，即采用扬声器接收语音信号。若使用耳机接收语音，则K6向右拨，将耳机插在Phone处，调节耳机上的音量旋钮，使语音音量适当。
（3）缓慢调节黑色的大拨盘，并适当调节可调电阻Volume,使LED5最亮且扬声器输出语音清晰。
（4)继续调节大拨盘，接收其它频道的信号。
（三）调频发射、接收系统
1、连接实验电路
在主板上正确插好红外遥控调幅接收调频收发模块，开关K1、K2、K3、K4向左拨。主板GND接模块GND,主板＋12V接模块＋12V，主板－12V接模块－12V，主板＋5V接模块＋5V.检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1、K2、K3向右拨.若正确连接，则模块上的电源指示灯LED2～LED4，数码管LED7~LED9显示880。
2、接入天线和话筒耳机
将实验箱附带的鞭状天线安装在Receive和Transmit处。将话筒耳机插入到Mic和Phone插座中.
3、接通调频接收机电路
开关K4向右拨，则LED1亮。开关K5、K6向右拨。
4、输入语音并接收
调节耳机上的音量调节旋钮，使耳机的输出音量较小，戴上耳机.对着话筒讲话，适当调节大拨盘、Volume和耳机上的旋钮，使接收到的语音信号效果最好。
5、改变载波频率再实验
按动S1，改变载波频率，观察数码管LED6～LED9的变化情况。对着话筒讲话，适当调节大拨盘、Volume和耳机上的旋钮,使接收到的语音信号效果最好。

六、实验报告要求
1、讨论本实验的实验原理；
2、按照步骤完成整个实验。

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