引 言
USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線,，是一種新型的數(shù)據(jù)通信技術(shù),。當(dāng)采用USB接口連接設(shè)備與計(jì)算機(jī)時(shí)，無(wú)需重新設(shè)置系統(tǒng),，也不必打開(kāi)機(jī)殼來(lái)調(diào)整接口卡的指撥開(kāi)關(guān),，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)識(shí)別接口設(shè)備，同時(shí)下傳給外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序,。USB接口具有即插即用,、速度快,、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)今個(gè)人計(jì)算機(jī)上最重要的接口之一,，更是一般消費(fèi)性電子產(chǎn)品上不可或缺的接口。
短距離無(wú)線通信具有抗干擾能力強(qiáng),、可靠性高,、安全性好、受地理?xiàng)l件限制較少,、安裝施工簡(jiǎn)便靈活等特點(diǎn),，應(yīng)用非常廣泛，如汽車(chē)遙控門(mén)鑰,、無(wú)線抄表,、無(wú)線點(diǎn)菜、遙控遙測(cè),、小區(qū)自動(dòng)化等,。多媒體的成熟大大推動(dòng)了上述兩項(xiàng)技術(shù)的融合。特別對(duì)于音頻信號(hào),，USB聲卡相比機(jī)箱內(nèi)的板載聲卡來(lái)說(shuō),，遠(yuǎn)離高頻干擾環(huán)境，音質(zhì)效果好,，且易于攜帶,；但是由于受到音頻接口線的影響，局限在一定的范圍內(nèi),，且無(wú)法同時(shí)與多人分享,，而短距離無(wú)線通信技術(shù)具有受地理?xiàng)l件限制小、可靠性高,、安全性好等優(yōu)點(diǎn),。
結(jié)合兩者技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)利用TI公司的PCM2702來(lái)實(shí)現(xiàn)USB音頻信號(hào)的采集,，利用Rohm公司的BH1417來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的立體聲無(wú)線傳輸,。可通過(guò)單片機(jī)同步顯示頻率,，并控制80～180 MHz 14段頻率的切換,，可實(shí)現(xiàn)10～100 m內(nèi)的高速音頻信號(hào)傳輸。
1 主要芯片介紹
1．1 PCM2702芯片
數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片PCM2702有2個(gè)數(shù)／模轉(zhuǎn)換輸出通道和1個(gè)一體化的USB接口控制器,，該接口符合USB1．0標(biāo)準(zhǔn),；采用最新開(kāi)發(fā)的SPAct(采樣期內(nèi)自適應(yīng)控制跟蹤)系統(tǒng)，能夠從USB接口的音頻數(shù)據(jù)中分離出一個(gè)穩(wěn)定的,、偏差較小的時(shí)鐘信號(hào)以協(xié)調(diào)PLL和DAC工作,。
PCM2702主要由3部分組成：Burr-Brown公司研制的增強(qiáng)型多層次δ-σ調(diào)制器,，8×重復(fù)采樣數(shù)字插值濾波器和模擬輸出低通濾波器。 PCM2702可以接收48 kHz,、44 kHz和32 kHz的16位立體聲或單聲道音頻數(shù)據(jù),；內(nèi)部集成有數(shù)字電位器的軟件靜音功能，通過(guò)USB的音頻等級(jí)需求可以控制電位器和靜音功能,。
1．2 BH1417芯片
BH1417是一款集立體聲FM,、頻率合成和RF放大器等功能于一體的大規(guī)模專(zhuān)用調(diào)頻發(fā)射集成電路。它可工作于87～108 MHz頻段,，與簡(jiǎn)單的外圍電路配合使用,，可發(fā)射音頻FM信號(hào)，配合普通的調(diào)頻立體聲接收機(jī)就可實(shí)現(xiàn)無(wú)線調(diào)頻立體聲傳輸,。FM立體聲發(fā)射器發(fā)射出的立體聲的信號(hào)分離度可達(dá)50 dB,，失真小于0．3％，而且電路的穩(wěn)定性大大加強(qiáng),。單單就收發(fā)效果而言,，已基本接近正規(guī)的FM電臺(tái)。
BH1417由5部分組成：音頻預(yù)處理電路(加重,、限幅和低通濾波),；基頻產(chǎn)生電路(晶振、分頻),；鎖相環(huán)電路(相位檢測(cè),、鎖頻)；頻率設(shè)定電路(高低電平轉(zhuǎn)換),；調(diào)頻發(fā)射電路,。外圍電路主要有頻率控制電路、壓控振蕩器組成的載波產(chǎn)生電路,，定時(shí)器以及一些耦合電容,。
BH1417將預(yù)加重電路、限幅電路,、低通濾波電路(LPF)一體化,，使音頻信號(hào)的質(zhì)量比分立元件(如BA1404、NJM2035等)的電路有很大改進(jìn),；采用鎖相環(huán)鎖頻,，并與調(diào)頻發(fā)射電路一體化，使得發(fā)射的頻率非常穩(wěn)定,；采用4路高低電平進(jìn)行頻率設(shè)定,，可設(shè)定14個(gè)頻點(diǎn)，使用非常方便,。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
USB音頻發(fā)射系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,。該系統(tǒng)主要由USB聲卡模塊,、無(wú)線發(fā)射模塊、單片機(jī)控制模塊,、鍵盤(pán)輸入模塊,、頻率顯示模塊和電源模塊等構(gòu)成。
當(dāng)USB聲卡模塊和計(jì)算機(jī)連接后,，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別,，并輸出立體聲音頻信號(hào)；音頻信號(hào)傳送至無(wú)線發(fā)射模塊,，經(jīng)過(guò)處理后，變換成調(diào)頻電波發(fā)射出去,。同時(shí),，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)控制調(diào)頻發(fā)射模塊的D0～D3四個(gè)引腳的高低電平，從而控制發(fā)射頻率,，同步將發(fā)射頻率顯示出來(lái),。
2．1 USB聲卡模塊
如圖2所示，USB聲卡模塊主要由帶有USB接口的16位立體聲數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片PCM2702和音頻運(yùn)算放大器OPA2134組成,。PCM2702外圍電路比較簡(jiǎn)單,，由數(shù)／模雙電源供電，在數(shù)模信號(hào)接地時(shí)采用磁珠或O Ω電阻進(jìn)行隔離,，有效降低數(shù)模信號(hào)之間的干擾,。在PCM2702模擬輸出端，考慮到信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力不夠,，采用音頻專(zhuān)用運(yùn)放OPA2134構(gòu)成一個(gè)多重反饋型低通濾波器,，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)一步放大和還原，輸出的音頻信號(hào)直接供無(wú)線發(fā)射模塊使用,?？紤]到整體音質(zhì)的效果，電路中與音頻信號(hào)相關(guān)的電容盡量選擇優(yōu)質(zhì)電容,。
2．2 無(wú)線發(fā)射模塊
如圖3所示,，無(wú)線發(fā)射模塊主要由大規(guī)模專(zhuān)用的調(diào)頻發(fā)射集成電路BH1417及簡(jiǎn)單外圍電路構(gòu)成。
(1)立體聲調(diào)制電路
音頻信號(hào)通過(guò)1腳,、22腳輸入后,，由BH1417的21、20,、19,、2、3,、4腳和外電路配合通過(guò)預(yù)加重電路,、限幅電路和低通濾波器后送到混合器中,。由 13腳、14腳輸入的接入7．6 MHz晶振的振蕩電路,，通過(guò)200分頻產(chǎn)生38 kHz的副載波信號(hào),。38 kHz副載波通過(guò)2分頻后產(chǎn)生19 kHz的導(dǎo)頻信號(hào)，左聲道減去右聲道的信號(hào)與38 kHz的副載波進(jìn)行平衡調(diào)制,，調(diào)制后的復(fù)合信號(hào)通過(guò)5腳輸出,。
(2)調(diào)頻發(fā)射電路
調(diào)頻發(fā)射電路采用頻率穩(wěn)定的鎖相環(huán)系統(tǒng)。BH1417的15,、16,、17、18腳輸入的頻率代碼經(jīng)過(guò)解碼和鑒相后,，由7腳輸出LC振蕩器的控制信號(hào) VCO,。此VCO控制外部分立元件組成的高頻振蕩電路產(chǎn)生FM調(diào)頻的載波信號(hào)，并通過(guò)2個(gè)三極管C9018對(duì)5腳輸出的復(fù)合立體聲信號(hào)進(jìn)行FM頻率調(diào)制,。調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)9腳輸入到BH1417,，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的射頻放大器放大后的射頻信號(hào)由11腳輸出。輸出后的信號(hào)可以直接接到發(fā)射天線上進(jìn)行發(fā)射,。 BH1417頻點(diǎn)發(fā)射對(duì)應(yīng)的高低電平如表1所列,。
(3)高頻振蕩電路
BH1417的5、7,、9,、10、12引腳配合與其連接的分立元件,，構(gòu)成調(diào)頻載波的頻率振蕩和射頻調(diào)制部分,；13、14腳需要外接7．6 MHz的晶體振蕩器,，提供給BH1417內(nèi)部的鑒相,、立體聲信號(hào)調(diào)制等部分所需要的穩(wěn)定時(shí)鐘；6,、8為電源部分,；11腳與外部連接的元件構(gòu)成調(diào)頻信號(hào)發(fā)射部分。
(4)三極管放大電路
BH1417的11腳信號(hào)輸出后,，采用9018來(lái)一級(jí)放大,。2．3單片機(jī)控制和頻率顯示模塊單片機(jī)控制和頻率顯示電路如圖4所示，主要由AT89C51,、鍵盤(pán)輸入和液晶顯示模塊組成,。單片機(jī)P2口的4個(gè)引腳分別連接BH1417的15、16、17,、18引腳,，通過(guò)鍵盤(pán)控制其高低電平，進(jìn)而控制BH1417 的頻率輸出,，同時(shí)將頻率顯示到1602液晶上,。
2．4 電源模塊
電源模塊電路如圖5所示。12 V直流輸入經(jīng)過(guò)LM78L05ACH穩(wěn)壓管,，5 V輸出,。電源部分主要為USB聲卡模擬輸出、音頻放大,、無(wú)線發(fā)射以及單片機(jī)控制和頻率顯示部分提供電源,。為了減少無(wú)線發(fā)射模塊對(duì)單片機(jī)控制和頻率顯示模塊的干擾，可在電源和接地之間加入磁珠或0 Ω電阻,。
3 軟件程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件流程如圖6所示,。系統(tǒng)上電后，單片機(jī)系統(tǒng)初始化,，P2的4個(gè)端口都為低,，設(shè)定為87．7 MHz發(fā)射,，同時(shí)在1602上顯示頻率,。而后進(jìn)入鍵盤(pán)循環(huán)掃描狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到鍵盤(pán)按下時(shí)判斷鍵值,，根據(jù)鍵值調(diào)整P2四個(gè)端口的電平高低,，進(jìn)而控制 BH1417的發(fā)射頻率，然后顯示頻率,。本系統(tǒng)的工作頻率分為14個(gè)頻段,，詳見(jiàn)表1。判斷鍵值來(lái)增加／減少頻率,。當(dāng)頻率達(dá)到88．9 MHz或106．7 MHz時(shí),，跳過(guò)PLL停止檔位。
4 系統(tǒng)制作,、調(diào)試及抗干擾措施
在系統(tǒng)的焊接中要注意貼片的焊接,，防止人體和烙鐵的靜電把芯片損壞。由于本系統(tǒng)是信號(hào)的傳輸,，所以在通用板上布局時(shí)要盡量減少信號(hào)線的長(zhǎng)度,，濾波電容盡量離輸出元器件近，以免產(chǎn)生多余的雜波,。
系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中,，由于本系統(tǒng)中有數(shù)字電路、模擬低頻和模擬高頻電路，注意相關(guān)電源的正確連接,，以免引起電路的異常和干擾,，且電源間要加去耦電路。先調(diào)試 USB聲卡模塊,。根據(jù)PCM2702的資料,，USB上電的時(shí)間要短，才能確保電腦正確地找到設(shè)備,，并安裝好,。然后，進(jìn)行無(wú)線發(fā)射模塊的調(diào)試,。由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有測(cè)頻儀器,，只好直接用精確度高的收音機(jī)直接接收測(cè)試。測(cè)試時(shí),，先將4個(gè)控制引腳用跳線接地,，確保能夠發(fā)射出無(wú)線信號(hào)后，再進(jìn)行頻率的校正和單片機(jī)控制顯示等,。
該系統(tǒng)對(duì)于抗干擾性有一定的要求,，所以在電源模塊中分別給出了數(shù)字、模擬低頻,、模擬高頻的電源端口,，加入磁珠和O Ω電阻以減少相互之間的干擾。電路設(shè)計(jì)時(shí),，各個(gè)模塊獨(dú)立成塊,，四周接地以減少電磁干擾等；且各個(gè)模塊中添加了必要的保護(hù)電路,，確保電路的穩(wěn)定性,、可靠性。
結(jié) 語(yǔ)
基于PCM2702與BH1417的USB音頻發(fā)射系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,，使得整個(gè)系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展性且可以分開(kāi)獨(dú)立使用,。盡管也有USB聲卡和 2．4 GHz構(gòu)成的無(wú)限USB聲卡方案，但是由于其頻率不可變且需要配套的接收設(shè)備,，無(wú)法做到與多人分享且保密性不強(qiáng),。使用調(diào)頻發(fā)射，可以利用現(xiàn)成的收音機(jī)接收,，頻率可調(diào)可以加強(qiáng)安全性,。