无线调频发射器的设计.doc

毕业论文 Tianjin University of Technology and Education 天津工程师范学院本科生毕业设计天津工程师范学院本科生毕业设计 无线调频发射器的设计无线调频发射器的设计 The Design of Wireless Frequency Modulation Transmitter 毕业论文 摘 要 利用无线通信信道的远距离语音传输业务，是近年来发展很快的一门技术。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息。调频发射器可以使音频信息传送到附近的任意FM接收机。本设计中使用AT89S52控制调频发射的频率，选择了数码管显示发射的频率状态。选择了 ROHM BH1415F 集成电路产生调频调制发射信号的频率。芯片的主要特征:体积小，准确性高，而且容易产生发射频率。这个系统的各个部分可以进行深入的独立设计研究，现在把它们组合成一个典型的调频发射系统。本设计使用模拟调频技术，在 88MHz-98MHz 的频段上，实现了线路输入语音信号的小功率远距离单工发送。系统发射功率大约 20mW，发射距离大于 20m，本系统可实现无明显失真的语音传输。关键词关键词：调频；语音传输；ROHM BH1415 毕业论文 ABSTRACT The remote audio service code through wireless communication channels is a fast developing technology in recent years.As the audio service code is not sensitive to the mistaken code,the frequency modulation can be used to send information.The FM Transmitter will allow almost any audio source to be transmitted to any nearby FM receiver.The AT89S52 to be used to control the transmission frequency.The LED was chosen,providing enough space for all output situations.The ROHM BH1415F integrated circuit was chosen to create the frequency modulated audio output signal.Chip features include:small size,accuracy,and easily programmed transmission frequency.These system components have been thoroughly researched separately and are now in the process of being integrated to produce a working prototype FM Transmitter.The simulating frequency modulation technique was adopted in the design.In the frequency interval of 88MHz-98 MHz,the audio signals can be sent out and received with the small power in a long distance.The emissive power of the system is about 20mW and the emissive distance is more than 20m.There is no obvious distortion in the audio transmission.Key Words：frequency modulation；audio transmission；ROHM BH1415F 毕业论文 目 录 1 引言.1 1.1 通信的发展.1 1.2 广播的发展现状.1 1.3 设计思路.2 2 系统概述.3 2.1 系统功能要求.3 2.2 系统组成.3 3 方案论证与比较.5 3.1 无线调频发射电路设计方案论证与选择.5 3.2 压控振荡器方案论证与选择.6 4 系统硬件电路的设计.7 4.1 单片机控制电路.7 4.1.1 内部结构.7 4.1.2 引脚功能.9 4.2 调频调制发射电路.11 4.2.1 调频调制电路的特点.11 4.2.2 结构图.11 4.2.3 允许的最大值.12 4.2.4 工作范围.12 4.2.5 调频调制发射电路的组成.12 4.3 键盘部分.14 4.3.1 单片机键盘和键盘接口概述.14 4.3.2 单片机键盘接口和键功能的实现.15 4.4 LC 振荡电路.16 4.5 调频放大电路.17 4.6 电源模块设计.17 4.6.1 单元电源电路设计.17 4.6.2 直流稳压电源的检测.17 5 系统程序的设计.18 毕业论文 5.1 主程序.18 5.2 延时子程序.19 5.3 LED 动态扫描子程序.19 5.4 频率数据转换子程序.19 5.5 控制命令合成子程序.19 5.6 BH1415F 字节写入子程序.20 5.7 查键子程序.21 6 系统调试及性能分析.23 6.1 硬件调试.23 6.2 软件调试.23 6.3 发射频率的调试.23 6.4 性能分析.23 结 论.24 参考文献.25 附录 1：原理图.26 附录 2：程序源代码：.28 附录 3：英文原文.41 附录 4：中文译文.52 致 谢.59 毕业论文 1 引言 1.1 通信的发展 人类社会的发展可视为一部信息传播技术的发展史。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到 19 世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们开始寻求用电磁能量传送信息的方法。信息传播促进社会进步和科学技术的发展；科学技术的进步又不断地改进、更新人类信息传播的媒体和工具，并促进信息更迅速、更广泛的传播。面向 21 世纪的无线通信，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里。1.2 广播的发展现状 在 21 世纪的今天，广播的主要技术方式是调频广播，它是继调幅广播(20世纪 20 年代开始的)的第二代广播，它开始于 20 世纪 50 年代，克服了中波广播的很多致命不足，如串台严重、频带不够分配，信噪比差等，而实现了高保真度、动态范围宽、信噪比较好、较少串台现象。调频广播因其优秀的音质和抗干扰性能而成为城市广播覆盖的主要手段。随着城市规模的日益扩展，调频发射台的功率也跟着成数量级地增大，由原来的100W、300W 上升到 1KW、3KW、甚至 10KW，而发射天线的高度也由几十米上升到百余米甚至三四百米。随之逐步形成了高塔大功率覆盖的格局。从广播业界的角度来看，高塔大功率覆盖模式的主要优点是建设方便，省事省力，见效快。但其固有缺点和带来的负面影响也是不容忽视的，主要有以下几点：因调频广播工作于米波段，极易因高大建筑物和其他物体反射形成多径干扰；因高山和低谷等地形因素会产生收不到信号的阴影区；大区制覆盖因频率不能复用造成规划困难；频谱利用率低；不能解决长距离交通线的连续覆盖问题。从社会发展的角度来看，它还有更重要的三条缺点：浪费能源，覆盖区场强不均匀度可达 60dB，大量超出需要的无效辐射，形成能源的巨大浪费；污染环境，大功率 FM 发射台在天线附近周边地区辐射场强超过环境电磁波卫生标准已是不争的事实；对航空无线电业务造成干扰。由于相关的国家标准和国家军用标准及频率规划多是 10 年以前制定的，那时寻呼业和调频广播刚起步不久，对干扰的认识还远不充分，已不适应当今电磁环境现状。当时规定的 17dB 的防护率早已被突破，10KM 的防护间距也已形同虚毕业论文 设。在世界各国，频率资源是有限的。国家已严格限制频率的使用范围。广播频率是政府部门颁发的，现在很多公司、媒体都愿意斥巨资竞标频谱使用权。无线广播中，单一载频用来传输单一的或者单套立体声节目。由于传统的大功率的调频广播频率资源的限制，使广播技术工作者开辟了另一种广播技术形式：小调频同步广播，它的特点是多布点、小功率、同频、同相、同步广播，使用的是现有的调频技术，不过存在着多点同步问题，这在技术上是可以克服的。信号传输可使用微波、有线甚至卫星方式。由于采用小功率按需布点的方法，在满足覆盖需要的前提下，把单台发射机的功率大幅度降了下来，降到 10W、50W、最大不超过 300W，这就使诸多问题迎刃而解。对于多径干扰，由于功率小了，大部分反射波场强下降到不至于产生干涉的水平，并且由于布点多，部分多径干扰区可能被互相掩盖；可以用同步补点的办法消除阴影区；小功率辐射易于规划，且提高频谱利用率；可方便组成单频网，满足交通线上的无缝覆盖，保证驾乘人员的不间断接收；场强不均匀度仅为30dB，加上使用低高度垂直极化天线，极大地减小对空辐射和根部近场辐射，既节约能源，又满足电磁环境卫生标准，并可避免造成对航空频段的干扰。1.3 设计思路 任何一个地区、一个城市都需要有很多专业的服务及新闻宣传，如交通信息咨询、健康咨询、股市信息咨询等，广播又是大众最灵活的信息接受媒体，这需要建立很多的广播电台，而作为一个国家的频率资源是严格控制和有限的，因此，小调频广播就成了未来广播的另一种主要形式，它是广播发展的其中一个方向，是数字音频广播(DAB)、网络广播的有力补充，既节约了频谱资源，又实现了广播功能。为了实现上述要求，本文作者采用单片机 AT89S52 和调频专用发射芯片 BH1415F 及数码显示设计了一套完整的无线调频发射系统，设计为可在88MHz-98MHz 范围内任意设置发射频率，并且可以预置频道，发射频率通过单片机控制最小调整值为 0.1MHz，具有单声道/立体声控制，实现了语音信息的短距离无线传输，可广泛应用于学校无线广播、电视现场导播、汽车航行、无线演说等场所。毕业论文 2 系统概述 2.1 系统功能要求 设计一个无线调频发射系统,实现语音信号的短距离传输。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息，设计中采用了 BH1415F 构成音频无线发射电路。无线调频发射器可以在 88-98MHz 范围内任意设置发射频率，可以预置发射频道，发射频率的最小调整值为 0.1MHz，具有单声道/立体声控制，发射距离在 20-50 米之间。语音信号采用调频方式与调幅相比，有利于改善输出音频信号的信噪比，以保证语音业务的可靠传输，下表是调幅和调频的优缺点比较：表 2-1 调幅和调频优缺点比较 调幅（AM）调频（FM）优 点 传播距离远，覆盖面大 1.电路相对简单 1.传送音频频带较宽（100Hz5KHz）适宜于高保真音乐广播 2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰 3.应用范围广，用于多种信息传递 4.可实现立体声广播 缺 点 1.传送音频频带窄（200Hz2500Hz），高音缺乏 2.传播中易受干扰，噪声大 传播衰减大，覆盖范围小 2.2 系统组成 本设计由单片机、键盘、数码显示、调频发射、调频放大和电源模块等六部分组成，系统框图如图 2-1 所示。通过操作键盘可以设置和更改发射的频率；单片机用于控制数码管显示对应的发射频率和发送频率信号到调频调制电路中；调频发射将输入的音频信号调制后通过载波发送出去；数码管用于显示发射的频率；调频放大将得到的调制信号进行放大；电源模块则为整个电路提供电源。毕业论文 电源模块 调频放大 左声道输入 右声道输入 数码显示 扫描控制 BH1415F DA CK CE GND P1 P0 ATS8952 P2 44 键盘 图2-1 无线调频发射器的系统框图 毕业论文 音频输入 射频输出 缓冲放大 二倍频电路 振荡电路 可变电抗 前置放大 放大电路 图 3-1 MC2833 电路基本框图 调频 电路 射频 输出 放大 电路 左声道输入 右声道输入 图 3-2 BA1404 电路基本框图 3 方案论证与比较 3.1 无线调频发射电路设计方案论证与选择 方案 1：采用单片调频发射集成电路组成芯片 MC2833。它可构成发射高频率信号的功率放大器。电路由音频放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及放大电路构成。由集成芯片 MC2833 组成的调频发射机，先将语音通过话筒变成音频电压信号送给音频放大器进行音频电压放大，此音频电压信号经耦合电容送给可变电抗的输入端脚 3 去控制可变电抗，而由可变电抗以及电感、晶体与高频振荡器组成调频振荡电路，产生调频波经缓冲送给两级二倍频放大器。电路实现基本框图如图 3-1 所示。但由于该芯片涉及到的谐振回路较多，不易统调，因而频率不易控制，导致信号不稳定，容易跑台，实现较为困难。方案 2：采用集成芯片 BA1404 及相关电路构成。它主要由前置音频放大器，立体声调制器，FM 调制器及射频放大器组成。利用内部参考电压改变变容二极管的电容值，可实现发射频率的调整。图 3-2 所示为电路框图。此电路可实现立体声调频发射，典型调频频段为 75-108MHz，振荡频率不易调整，尤其是低端频率实现困难，难以实现要求频段的调整。方案 3：采用集成芯片 BH1415F 及相关电路构成。BH1415F 是将预加重电路、毕业论文 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。此电路可实现立体声调频发射，采用了 MCU 数据直接频率设定，可设定 70-120MHz 频率，由于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，并且可靠性好，抗干扰能力强，容易实现调频的要求。综上所述，为了实现中心频率的控制和系统设计的功能要求，本设计选择方案 3，即采用集成芯片 BH1415F 及相关电路构成音频无线发射电路。3.2 压控振荡器方案论证与选择 方案 1：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管，用单个变容二极管直接接入振荡回路作为压控器件。图 3-3 压控振荡电路 电路是电容三点式振荡器，如图 3-3 所示。该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制5。方案 2：采用压控振荡器和变容二极管，及一个 LC 谐振回路构成变容二极管压控振荡器。只需要调节变容二极管两端的电压，便可改变压控振荡的输出频率。由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。综上所述，方案 2 具有更优良的特性和更简单的电路构成，所以使用方案 2作为本次设计的方案。100k100k4.7k100k100k3.3k1k1000p68p0.01u5p0.01u47p0.1u1u2SC1906T1D1AVCC毕业论文 4 系统硬件电路的设计 4.1 单片机控制电路 系统采用的微控制器是 ATMEL 公司生产的低功耗、高性能单片机 AT89S52，它有 32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，片内含 8k bytes 的可重复编程的Flash 存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），3 个 16 位可编程定时计数器，1 个全双工串行通信口，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统。AT89S52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。4.1.1 内部结构 AT89S52 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时器/计数器、并行 I/O 口、串行 I/O 口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。图 4-1 为单片机内部结构框图13。(1)中央处理器 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2)程序存储器 AT89S52 共有 8KB 个 E2PROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(3)数据存储器（RAM）AT89S52 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。毕业论文 端口0驱动器端口2驱动器RAM（1288）端口0锁存器端口2锁存器ROM（4K8）程序地址寄存器缓冲器PC加1寄存器程序计数器PC数据指针DPTR堆栈指示器SPPCONSCONTMODTCONTH0TL0TH1TL1SBUF（TX）SBUF（RX）IE中断、串行口和定时器RAM地址寄存器ACCB寄存器ALU状态寄存器暂存器2暂存器1定时与控制指令寄存器端口1锁存器端口3锁存器端口1驱动器端口3驱动器XTAL1XTAL2P0.0P0.7P2.0P2.7P1.0P1.7P3.0P3.7ALERSTPSENEAVccVss（5V）图 4-1 内部结构框图 (4)并行输入输出口 AT89S52 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。(5)串行输入输出口 AT89S52 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(6)定时/计数器 AT89S52 有三个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(7)中断系统 AT89S52 具备较完善的中断功能，有两个外中断、三个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有两级的优先级别选择。毕业论文 4.1.2 引脚功能 p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78RST/VPD9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40 图 4-2 AT89S52 芯片引脚图 (1)电源和晶振 VCC：供电电压。GND：接地。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。(2)I/O 口 P0 口 P0 口的字节地址为 80H，位地址为 80H87H。P0 口既可以作为通用 I/O 口使用，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。当作为输出口使用时，由于输出电路是漏极开路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。P1 口 P1 口的字节地址为 90H，位地址为 90H97H。P1 口只能作为通用 I/O 口使用。当作为输出口使用时，已能对外提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻；当作为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1”，使输出驱动电路的 FET 截止。毕业论文 P2 口 P2 口的字节地址为 0A0H，位地址为 0A0H0A7H。P2 口用于为系统提供高位地址，但只作为地址线使用而不作为数据线使用。此外，P2 口也可作为通用 I/O口使用。P3 口 P3 口的字节地址为 0B0H，位地址为 0B0H0B7H。P3 口可以作为通用 I/O 口使用，但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。P3 口引脚的第二功能，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断 0）P3.3/INT1（外部中断 1）P3.4 T0（计时器 0 外部输入）P3.5 T1（计时器 1 外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）(3)4 根控制线 RST：复位信号。保持 RST 脚两个机器周期以上的高电平，就可以完成 CPU 系统复位操作，使系统的一些单元内容回到规定值。/PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部 ROM 时，/PSEN 有效（低电平），以实现外部 ROM 单元的读操作。/EA/VPP：访问程序存储器控制信号。当/EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；而当/EA 为高电平时，则对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制 P0 口输出的低8 位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于 ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此也可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。毕业论文 4.2 调频调制发射电路 本系统调频调制发射部分电路采用了ROHM公司的调频发射专用集成电路BH1415F。BH1415F 是一种无线音频传输集成电路，它可以将计算机声卡、游戏机、CD、DVD、MP3、调音台等立体声音频信号进行立体声调制发射传输，配合普通的调频立体声接收机就可实现无线调频立体声传送。适合用于生产立体声的无线音箱、无线耳机、CD、MP3、DVD、PAD、笔记本计算机等的无线音频适配器开发生产。这个集成电路是由提高信噪比（S/N）的预加重电路、防止信号过调的限幅电路、控制输入信号频率的低通滤波电路（LPF）、产生立体声复合信号的立体声调制电路、调频发射的锁相环电路（PLL）组成。4.2.1 调频调制电路的特点（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，合发射的频率非常稳定。（4）采用了MCU 数据直接频率设定，可设定70-120MHz频率，使用上非常方便。4.2.2 结构图 图4-3 BH1415F 内部结构图 毕业论文 4.2.3 允许的最大值 表4-1 BH1415F 工作时允许的最大值（Ta=25 基本电路测量）项目 符号 范围 单位 条件 电源电压 Vcc+7v V Pin8、12 输入电压 VIN-D-0.3Vcc+0.3 V Pin15、16、17、18 相位比较器输出电压 VOUT-D-0.3Vcc+0.3 V Pin7 功率 Pd 450 mW 工作温度范围 Tstg-55+125 4.2.4 工作范围 表4-2 BH1415F 工作范围（Ta=25）项目 符号 数值 单位 条件 工作电源电压 Vcc 4.06.0 V Pin8、12 工作温度 Topr-4085 音频输入电平 VIN-A-10 dBV Pin1、22 音频输入频率 fIN-A 2015K Hz Pin1、22 预加重延时 PRE 155 sec Pin2、21 发射频率 fTX 87.7107.9 MHz Pin9、11 高电平电压标准（H）VIH 0.8VccVcc V Pin15、16、17、18 低电平电压标准（L）VIL GND0.2Vcc V Pin15、16、17、18 4.2.5 调频调制发射电路的组成（1）预加重电路 预加重电路是一个非线性的音频放大器，它的内部工作点为1/2Vcc，因为它是非线性放大器，所以输入阻抗取决为内部电阻R3=43 K，预加重时间取决于内部电阻R2=22.7K和外部电容C1=2200p。（2）限幅电路 限幅电路是由二极管限幅的反相放大器组成，它的内部工作点为1/2 Vcc。毕业论文 567B1/2VCCFrom pre-emphasis circuitTo LPF circuit 图 4-4 限幅电路 （3）低通滤波电路 低通滤波电路是由二阶低通反馈放大电路组成，它的分频点为15KHz。567B1/2VCCFrom Limiter circuit100KTo MPX circuit 图4-5 低通滤波电路 具体的公式如下：Q=0.577、0=1.274、fc=15KHz R1=R2=R3=Rf=100K （4-1）Cf=1/0 Rf=1/（2X1.274X15KX100K）=83.28pF （4-2）C1=3Q Cf=3X0.577X83.28pF=144pF150pF （4-3）C2=Cf/3Q=83.28p/(3X0.577)=4850pF （4-4）（4）立体声调制电路 音频信号从第1脚和第22脚输入后通过预加重电路、限幅电路和低通滤波电路后送到混合器（MPX）中，另外由第13、14脚接入7.6MHz晶体的振荡电路通过200分频后产生的38KHz副载波信号，同时38KHz副载波通2分频产生的19KHz导频信号。音频信号和38KHz的副载波信号被多路复合器进行了平衡调制，产生了一个主信号（L+R）和一个通过DSB 调制的38KHz 副载波信号（L-R），并与19KHz导频信号组成复合信号从第5脚输出。（5）FM发射电路 FM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、高频放大毕业论文 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。如果频率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。4.3 键盘部分 4.3.1 单片机键盘和键盘接口概述 单片机使用的键盘可分为独立式和矩阵式两种。独立式实际上就是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O接口连接，其方法是每个按键独占一条口线，接口简单12。矩阵式键盘也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以键按行列组成矩阵（如图4-6所示）。图4-6 键盘接口电路图 按一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按的是哪个键，通过接口电路来实现；另一项是键功能的实现，通过执行中断服务程序来完成。下面来介绍键盘接口问题13。具体来说，键盘接口应完成以下操作功能：a 键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键”）。b 键识别，以确定闭合键的行列位置。c 产生闭合键的键码。d 排除多键、串键（复按）及去抖动。这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电SW-PBS3SW-PBS9SW-PBSFSW-PBS0SW-PBS4SW-PBS1SW-PBS2SW-PBS6SW-PBSASW-PBS5SW-PBSESW-PBSBSW-PBS7SW-PBS8SW-PBSCSW-PBSDP1.0P1.1P1.1P1.2P1.3P1.0P1.3P1.2P1.4P1.5P1.7P1.4P1.5P1.6P1.7P1.6EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051U?毕业论文 路来完成。但具体那些由硬件完成由软件完成，要看接口电路的情况。总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就得复杂一些。4.3.2 单片机键盘接口和键功能的实现（1）键盘接口处理内容 键扫描 键盘上的键按行列组成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。为判定有无键按下（闭合键）以及被按键的位置，可使用两种方法：扫描法和翻转法，其中 扫描法使用较为普遍。去抖动 当扫描表明有键被按下之后，紧接着应进行去抖动处理。因为常用键盘的键实际上就是一个机械开关结构，被按下时，由于机械接触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动，如图4-7所示。抖动时间长短与键的机械特性有关，一般为510ms。而键的稳定闭合时间和操作者按键动作有关，大约为十分之几到几秒不等。图4-7 键闭合和断开时的电压抖动 键码计算 被按键确定下来之后，接下来的工作是计算闭合键的键码，因为有了键码，才能通过散转指令把程序执行转到闭合键所对应的中断服务程序上去。也可以直接使用该闭合键的行列值组合产生键码，但这样做会使各子程序的入口地址比较散乱，给JMP指令的使用带来不便。所以通常都是以键的排列顺序安排键号，这样安排，使键码既可以根据行号列号以查表求得，也可以通过计算得到。若各行的首号依次是00H，04H，08H，0CH。若列号按03顺序，则键码的计算公式为：键码=行首号+列号 等待键释放 计算键码之后，再以延时后进行扫描的方法等待键释放。等待键释放是为了保证键的一次闭合仅进行一次处理。键按下 前沿抖动 后沿抖动 毕业论文 综上所述，键盘接口处理的核心内容是测试有无闭合键，对闭合键进行去抖动处理，求得闭合键的键码。为了使键盘操作更稳定可靠，还可以加一些附加功能。例如屏蔽功能：在对一个闭合键已进行处理时，再按下其它键不会产生影响；对于一个键，不管按下多长时间，仅执行一次键处理子程序等。（2）键盘接口的控制方式 在单片机的运行过程中，何时执行键盘扫描和处理，可有以下3种情况：随机方式，每当CPU空闲时执行键盘扫描程序。中断方式，每当有键闭合时才向CPU发出中断请求，中断响应后执行键盘扫描程序。定时方式，每隔一定时间执行一次键盘扫描程序，定时可由单片机定时器完成。（3）键处理子程序 在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转相应的键处理子程序（分支是使用JMP等散转指令实现的），进行字符、数据的输入或命令的处理，这样就可以实现相应键所设定的功能14。4.4 LC 振荡电路 LC 振荡器起振条件 相位平衡条件：Xce和 Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗，且它们之间满足下列关系：)(cebeXXXc （4-5）即 LCXXCL1|,|（4-6）幅度起振条件：（4-7）式中：mq晶体管的跨导，Fu反馈系数，AU放大器的增益，ieq晶体管的输入电导，oeq晶体管的输出电导，Lq晶体管的等效负载电导，Fu一般在 0.10.5 之间取值。)(Au1*ieLoemqqqFuq毕业论文 Bridge1D1VinVoutGND7812VinVoutGND7805Trans CTT1470uF/25VC21000uF/25VC410uFC32200uF/25VC1104C6104C7104C5104C82KR112DS1+5220V4.5 调频放大电路 调频放大电路部分采用 UPC1651 对调制信号进行放大。4.6 电源模块设计 4.6.1 单元电源电路设计 为了能够让单片机和调频发射部分更好，更稳定地工作，采用了图4-8所示单元电源电路，由电源变压器、桥堆和滤波电容器所组成。电源变压器的初级电压输入为220V，次级输出电压为12V15 16。由于单片机所需的是+5V 电源，经滤波电容和三端稳压集成电路 MC7812 后可得到+12V 电压，MC7812 能将 15V25V 的直流电压变换成 12V 的稳定电压，在12V 的电压中含有少量的低频成分和接收外界的高频成分，再经后一级滤波后送三端稳压集成电路 7805，7805 能将大于 7V15V 的直流电压变换成 5V 的稳定电压。同时由于电流较大导致三端稳压集成电路 MC7812 和 7805 过热，为了确保电路工作正常，给两个芯片分别加上散热片。图 4-8 电源电路图 4.6.2 直流稳压电源的检测 本系统对电源要求高，因为稳定性和可靠性在发射电路重要意义。为了提高稳定性，所以采用如图 4-8 的稳压电源，电源电路的主要部件采用集成的三端稳压器件如 7812 与 7805，稳压电源输入电压范围宽，输出电压稳定，抗干扰能力强，以满足调频发射机的要求12。数字万用表对稳压电源的测试结果：表 4-3 稳压电源的测试结果 输入级（原）滤波稳压输出 输出级+12V 直流稳压电源 220V 11.99 V 4.99V 毕业论文 Y 清屏 调用显示 键盘扫描 判断哪个键被按下 执行相应的按键功能 图 5-1 程序设计整体流程图 初始化 N 键被按下 5 系统程序的设计 5.1 主程序 首先，进行整个程序的初始化及清屏，开机时先显示一下“088.0”，预制发射频率为 88MHz，送入 BH1415F，然后进入查键和显示函数的循环。当有按键按下时，程序判断是哪个键被按下，然后执行相应的按键功能，并调用数码显示，显示所设置的发射频率；当没有键按下时，返回键盘扫描，再判断是否有键被按下。本次程序设计的整体流程图，如图 5-1 所示：毕业论文 图 5-2 动态扫描子函数流程图 Y N 开始 取显示数据的段码至输出口 选中对应列显示 1ms 下一数据 4 次到 返回 5.2 延时子程序 延时函数在本系统中主要用于 1ms 的显示延时和 10ms 的按键消抖。5.3 LED 动态扫描子程序 扫描函数使用单片机的两个端口，一个端口用于输出段码，一个端口用于行扫描，以实现 LED 的动态显示。扫描函数执行一次约为 4ms，在第二位 LED 显示时点亮小数点。其程序流程图如图 5-2 所示：5.4 频率数据转换子程序 将频率数据由十进制 BCD 码转为十六进制数。5.5 控制命令合成子程序 BH1415F 的频率控制字为两个字节（如图 53 所示）。两个字节中低 11 位（D0D10）为频率数据，其值乘以 0.1 即为 BH1415F 的输出频率（单位为 MHz）。毕业论文 高 5 位（D0D15）为控制位。其中 D11（MONO）位单声道/立体声控制位，该位为 0 时表示单声道发射模式，该位为 1 时表示立体声发射模式。D12（PD0）、D13（PD1）位用于相位控制，通常为 0，当分别为 01 和 10 时可使发射频率在最低和最高处。D14（T0）和 D15（T1）用于测试模式控制，通常为 00，当为 10 时为测试模式。合成时将控制命令（5 位）与数据的最高 3 位合成一个字节。图 5-3 BH1415F 的频率控制字及传送格式 5.6 BH1415F 字节写入子程序 按照 BH1415F 字节传送要求，按低位先送、低字节先送的原则。传送的延时应精确，程序流程图如图 5-4、5-5 所示。毕业论文 延时 4us C 中数据移入 P3.0 口 8 位移完？发送结束 Y N 图 5-5 8 位数据发送子程序流程图 延时 4us 锁存数据（P3.1=1）置 P3.1 为 0 A 带进位右移 1 位 发送开始 5.7 查键子程序 系统采用 44 行列式键盘。键盘部分应实现如下功能：首先，对键盘进行扫描，判断是否有键被按下。如果没有，则转回键盘扫描，看下次是否有键被按下；如果有键被按下，则先对键进行去抖动，然后算出是哪个键被按下，再延时等待键释放。因为每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转相应的键处理子程序（分支是使用 JMP 等散转指令实现的），进行字符、数据的输入或命令的处理。这样就可以实现该键所设定的功能。根据上述说明，画出本次程序设计的键处理流程图，如图 5-6 所示：开始 置发