收音机的论文
作为收音机重要组成部分的调谐电路和本振电路一直采用传统的电容，电感手动调台方式。近年来随着无线电通信技术的迅速发展，锁相环和频率合成技术在各个领域得到了广泛的应用。由于锁相环具有跟踪性、窄带滤波特性和锁定状态无剩余频差存在，因此在频率合成技术中采用锁相环路可以产生频率准确度很高的振荡信号源。利用这种振荡信号源产生的频率作为收音机电路的调谐频率和本振频率可以实现数字化收音。利用单片机控制锁相环路中的分频就可以改变振荡信号员的输出频率，以达到调台的目的。 一．方案论证和比较
1.调谐方案的选择
由于已经指定使用CXA1019S和BU2614，并已经给出了典型连接的方法。本机直接选用该方案，方案原理如图：采用PLL频率合成器产生本振.输入回路把接收到的信号送入混频器[2]，和PLL产生的本振信号混频，经中放调谐放大后送到鉴频器鉴频，然后把解调后的信号经音频功放推动扬声器.
2.控制系统的选择：
(1)使用数字电路，逻辑门配合键盘和拨码开关来手动调节本振频率。此方案可能实现，但是使用的逻辑
门数量巨大，且不具有自动搜索台等较复杂的功能。
(2)使用单片机作为控制器来控制锁相环产生本振信号，而且键盘电路，LCD等可以方便的和单片机接口[3]。该方案利用单片机的强大功能可以完成控制部分的要求。我们选用此方案。
系统总原理框图如下：
二．原理分析和理论计算：
1.调频信号的分析：
（1）调频信号的一般表达式为：
Ufm (t) = U cos ф(t)
式中U 是FM波的振幅，ф(t) 是FM信号的瞬时相位；
且ф(t) ＝ωc t + Kf ∫UΩ(t)dt
其中ωc －FM波的中心角频率，即载波频率
Kf －FM波的调频灵敏度
UΩ(t) －调制信号
（2）调频信号的带宽：
B ＝2 ( m + 1 ) F
其中m 是调频指数，F 是调制信号的频率
（3）调频信号的解调：
调频信号的解调就是利用鉴频器从调频波Ufm (t)中恢复出原调制信号UΩ(t)的过程。
鉴频器的类型和种类很多，有振幅鉴频器，相位鉴频器，比例鉴频器，正交鉴频器。SONY 的CXA1019S 则采用正交鉴频的方法，所谓正交鉴频即将输入FM 信号经移相网络后生成与原FM 信号正交的参考信号电压，它与输入FM 信号电压同时加入乘法器，乘法器输出再经过低通滤波器滤波后，便可还原原调制信号。
（4）调频制中的噪声﹑门限效应：
实际上，信道内存在噪声和干扰是不可避免的，它们在经过前级带通滤波器后，与有用信号一起加至 解调器，这使解调器输出端除了有用的FM 信号外，必然伴随有干扰和噪声。这将影响信号传输的质量，在严重的情况下，有用信号甚至完全淹没在噪声中，而无法进行
调频信号的接收[4]。这个一定的数值的输入信噪比，就是所谓门限值。当输入Si /Ni 低于这
个门限值时所发生的现象叫做调频信号解调时的门限效应。
2.超外差收音机基本工作原理及其优点：
超外差收音机的基本工作原理是：天线接收到的电台信号，经过输入回路调谐后送变频器的输入端，与本机振荡器产生的信号进行混频，产生一个新的频率，即中频信号，此信号经过中频信号放大器和鉴频器解调输出。
优点：
1：由于电台信号经混频后变成频率较低的中频信号，该信号容易得到比较大的放大量，而且任何电台的信号都能得到相等得放大量，因此灵敏度可以做得很高。
2：由于采用差频作用，外来信号必须和本机振荡信号相差为预定得差频才能进入电路，再加上选频回路和中频放大谐振回路，因此混入收音机得干扰信号会被抑制，从而提高了选择性[4]。
3．超外差收音机的干扰：
本题采用超外差式FM 收音机，这种方式能使收音机的性能得到改善，但同时混频器又会给收音机带来干扰问题。理想情况下，混频器的输出只有输入信号Fc 与本地振荡的频率Fl 混出的中频分量Fc-Fl 或Fl-Fc，而实际中还有其它的许多频率分量也会经混频器输出，这就有可能产生下面的干扰:
(1).信号与本振的自身组合干扰.
当采用本振频率f l 高于信号频率f c 时，
即f l － f c ＝f i 时有公式:
(p,q 是非负整数) 当Fc/Fl(或者说变频比)一定时，并能到合适的p,q
就会形成干扰，而阶数越小，干扰越严重(p+q>1).在接收频带一定的情况下，提高中频可以减小这种干扰的数目和阶数.
(2).外来干扰与本振的组合干扰.
这种干扰是由混频器的非线性而形成的假中频.
如果干扰频率Fj 满足上式，就能形成干扰.式中, Fl 由接收的信号频率决定,
用
q p p f f l c
-±=1
代入上式，可得
这一类干扰主要有中频干扰，镜像干扰及其它副波道干扰.中频干扰是一阶干扰，但因10.7MHZ 难通过本电路的前端电路，因此其影响可忽略不计。影响本设计的主要是镜像干扰.镜像干扰是二阶干扰。对于Fl>Fc 的电路，当外来干扰频率Fj= Fl+Fi 时,Uj 与Ul 共同作用在混频器的输入端，也会产生差频Fj-Fl=Fi，从而会在接收机输出端听到干扰电台的声音.
同理，对于Fl<Fc 的变频电路，镜频
镜频的一般关系式为:
可见要使收音机的镜像抑制比大于20dB ，对于一次变频的 收音机而言，选频网络非常
重要。本机中频为 10.7MHz ，选用高本振为98.7MHz ~ 118.7MHz ，则其镜像频率为 109.4MHz ~ 129.4MHz.
4．调频收音机的常识：
广播调制接收机的通频带B 确定为200 kHz 。 这是因为发送调频信号的Δfm=75 kHz,Fmax =15 MHz，由此算得的发送FM 信号的带宽Bfm=180kHz，再考虑发射机，接收机的载频不稳定度后，为接收机通频带留有±10kHz 的裕度，因而把接收机的通频带B 定为200kHz [5]。
广播调制接收机的中频信号频率值fI 选为10.7MHz，选择足够高的中频频率，才能保证中频回路在考虑了收，发载频不稳定度后通过带宽达180kHz 的调制信号。10.7MHz 的中频频率值，略大工于调频广播频段范围（108-88=20MHz ）的一半，这样可以避免镜像干扰。例如，当fc=88MHz 时，本机振荡频率fl=fc+10.7MHz，镜像干扰频率为f 镜像=fl+fI=fc+2fI=88+2×10.7=109.4MHz，这个镜像干扰频率已处于本机最高的接收频率108MHz 以外，因而可以避免fc=88MHz 上的镜像干扰[6]。当然，更能
抑制fc>88MHz 其它工作频率上的镜像干扰。
频率控制字5．PLL 频率合成方式
锁相环（PLL ）是一个相位跟踪系统，它包括三个基本部件： 鉴相器（PD ），环路滤波器（LF ），压控振荡器（VCO ）；有时还包括前置分频器。其原理方框图如图：
当环路锁定时，输入信号的频率等于反馈信号的频率，即Fr=Fn，而反馈信号是VCO 输出信号经过N 分频后的信号，即Fo=N*Fn, 所以得到: Fo=N*Fr.
为达到要求的显示载波频率误差小于等于5KHz，本机选取频率步进为5KHz.使用PLL 频率合成器产生本振的方案使本振频率容易在单片机控制下实现频率步进扫描.预置电台，存储电台等多种功能.基于PLL 频率合成器的方案有诸多优点[7].
i
c i l j f f f f f 2-=-=i
l j f f f 2±=
三．硬件系统的实现：
1.FM解调电路
CXA1019S是一片专门为AM/FM收音机设计的集成电路芯片。它提供了从射频放大，混频，中频放大，正交鉴频到音频功放输出的全部功能，所需的外围元件较少。我们选用其FM收音的典型电路，如图：
FM信号经过BPF后从13管脚进入。第10管脚接出的是一个中心频率可变的谐振网络，它对由用户设定所要接收的信号频率进行谐振。中心频率由加在变容二极管两端的电压控制，而控制电压又取自于PLL电路中环路滤波器滤出的直流电压。而第8管脚接本振回路，它接出的谐振网络是对本振频率，即接收的信号频率加上中频频率起谐振，控制电压依旧是PLL电路中环路滤波器滤出的直流电压。调节电路时将这部分电路调整好至关重要。接收信号和本振信号在内部混频后差出了10.7MHz的中频信号由15管脚送出，送到10.7MHz的陶瓷滤波器的输入端，经过陶瓷滤波器后，滤去了除10.7MHz中频信号以外的其他频率分量的信号，这时10.7MHz的中频信号再从18管脚送入CXA1019S。第3管脚接出的是一个10.7MHz的陶瓷谐振器，它对10.7MHz中频信号起90°相移的作用。正交鉴频后经过音频信号放大，功率放大后输出。
在具体制作过程中，我们发现如果直接使用给出的电路图，输出功率不能达到100mW，我们将第28管脚到音箱之间接的10uF的电解电容换成了220uF的电解电容，使输出最大功率超过了100mW，达到了要求。
2．锁相环电路
锁相频率合成技术是本机的关键技术之一.BU2614是FM频段的锁相频率合成器，它内含高速前置分频器，可以对频率高达130MHz的VCO进行分频，且具低功耗，多种参考频率的选择，锁定检测等功能。本机中频为10.7MHz，选取高本振，利用BU2614提供98.7～118.7MHz的本振信号[8]。其电路连接图如下：
CE, CLK,DA TA端前端接上的1K电阻和1000pF电容起了低通滤波的作用，A T89C52给锁相环送控制字时脉冲宽度是微秒级的，所以要被滤除，在实际电路中我们将3个1000pF 的电容断路。PDout输出经过一个低通滤波器后再经过一个放大电路输出控制电压。由2SC2412构成的放大电路实际上起了拓宽电压范围的作用。
BU2614的PDout端在输入频率大于内部参考频率时，它输出脉冲电压，脉冲电压经过低通滤波，放大后得到了控制电压再控制VCO减小振荡频率，最后形成锁定。而再输入频率小于其内部参考频率时，它输出的是低电平，经过分析，PDout在输出低电平后，使2SC2412工作到了截止区，使工作电压成为控制电压加入到VCO上，使VCO输出了最高频率，最高频率反馈到BU2614后又成为了输入频率大于参考频率的情况，最终达到锁定[9]。
3．电源部分
本机可采用稳压电源供电，也可直接在电源板上接两节5号电池供电。我们采用MAXIM公司的DC-DC变换芯片MAX731来得到+5V电压。它是PWM工作模式，工作的开关频率为170KHz，效率达87%，最大功率可达1W。采用MAX743得到+12电压，
MAX743也是PWM 工作方式，开关频率200KHz，最大输出电流可达125mA 。为了屏蔽其辐射采用金属盒封装，并在输出端加上一个低通滤波器. 用穿芯电容与外围连接.有效的防止了它们工作时产生的大量谐波的干扰[10]。
4. 前端带通网络
器件清单中所提供的BPF 经过BT －
3GII 扫频仪测试时，发现它的频率特性如
下图：
根据混频原理，设
X1=A1cos ω1t X 2= A 2cos ω2 t
其中X 1为本振信号，X 2为输入信
号，则混频输入为
Y = A 1cos ω1 t×A2 cos ω2t =0.5 A 1 A 2 [cos(ω1+ω2)t+cos(ω1-ω2)t]
从上式可看出每一个带内频点都对应有一个镜像频率，该镜像频率进入混频器与本振混频产生的中频与接收频率产生的中频相等，造成很强的镜像干扰，影响整机的镜像抑制比。
为了满足要求的镜像抑制比>20dB 的要求，我们加入一个带通网络，它由具有稳定增益，并有较低的噪声的双栅场效应管BF982和带通滤波器组成的[9]。
如图，天线接收到的信号经过电容耦合至BF982的栅极。调节R1,R2的阻值可以调节电路的增益。BF982后接双调谐带通滤波器。在实际制作中我们将滤波器的通频带调节在88MHz ~ 108MHz 。
5. 电台检测电路：
CXA1019S 有一个DETOUT 管脚，它是可以作为收到电台检测的管脚。实际制作过程中经过测试，如果收到FM 信号，DETOUT 端的直流电压在1.35V 左右。依据这个电压值，我们在DETOUT 端引出另一路先接一射随器后进行AD 采用，在程序中进行均值滤波后和
1.35V 进行比较来完成电台检测的功能。
6．单片机：
我们采用了A TMEL 公司的A T89C52。它具有8K EEPROM 数据存储区，256字节的RAM 单元，与MCS51兼容的内核，使用比较方便。
7．显示模块：
显示部分是采用了字符型液晶显示模块：
DCM162A ，和数码管相比有以下优点：功耗
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议