简介
第⼗五届智能车竞赛中的信标组别使⽤了新的作为车模导引信号。如何在还没有正式出品之前就开始车模信号接收和处理模块的调试是很多同学关⼼的问题。
在之前，同学们通过⾳箱播放⽂件来模拟信标发出的声⾳，调试相应的麦克风阵列。这种⽅式⽐较简单，但还是缺少信标中的调频⽆线发送的同步⾳频信号，这使得信标的检测精度降低，响应速度缓慢了。 下⾯介绍⼀种使⽤⼀款⼋管脚（SOP8封装）单⽚机 STC8G1K08来制作简化版的信标信号板，⽤于车模的调试。
功能定义
根据的要求，信号板需要具有以下四个⽅⾯的功能：
1. 能够产⽣符合要求的，来驱动⾳频功放通过扬声器发出声⾳；并通过调频信号发送同步⽆线信号；
2. 发送调频⽆线信号，提供给车模接收同步⾳频信号；并作⽆线导航。
3. 驱动扬声器发送Chirp声⾳信号。
4. 与信标控制板连接，检测控制板上的脉冲信号控制信号发送；
为了简化设计，信号板只需要能够产⽣Chirp信号，并通过调频⽆线发送即可。使⽤⼀个普通的调频收⾳机接收调频⽆线信号，并发出Chirp声响，作为实际信标的位置。通过外部连接⼀个开关来确定是否发出声响。
如果调试多个信标时，可以使⽤多个调频收⾳机，分别放在不同的地点。有⼈⼯打开或者关闭，模拟多个信标导航的情形。
1. STC8G1K08单⽚机资源
STC8G1K08单⽚机，SOP8封装，除了电源（VCC），底线（GND）之外，其余管脚都可以使⽤，除了可以做普通的IO之外，还可以为内部的AD，TIMER，SPI， I2C，CCP等模块提供外部端⼝。
含油尼龙衬板⽤于发送调频⽆线信号的使⽤I2C总线控制，使⽤到8G1K的I2C总结接⼝（P3.3:SDA, P3.2:SCL）。
由于8G1K08没有DA输出，可以使⽤其内部CCP模块产⽣PWM（P5.4:CCP2）信号，通过低通滤波来产⽣Chirp模拟信号。
输⼊端⼝P5.5(INT3)可以⽤于判断外部的开关信号确定是否发送信号。
最后还剩下UART的两个引脚，可以⽤于芯⽚程序下载。并作为普通的IO⼝来使⽤。
▲ STC8G1K08端⼝功能配置
▲ STC8G1K08端⼝功能配置
2. STC8G1K08 MCU板设计
设计硬件⼯程⽂件：
D:\zhuoqing\AltiumDesigner\SmartCar\2020\BEACONSTC8G1K08.PcbDoc *
（1） ⽆线调频电路：
⽆线调频电路包括调频信号发⽣IC（QN8027）电路以及⽆线信号功率放⼤部分。调频信号发⽣采⽤了QN8027集成电路设计，⼤⼤减少了外围电路设计以及调试过程。使⽤12MHz晶体提供标准的参考
振荡频率。 从单⽚机输出的Chirp信号经过RA1,RA2分压之后，形成⼤约峰峰值为1V的模拟信号加在⾳频双声道输⼊端⼝ALI（PIN10），ARI（PIN9）。
▲ FM电路设计
▲ FM电路设计
产⽣的调频信号通过电容C6耦合到⾼频三极管T1(9018)进⾏功率放⼤输出，输出射频信号经过电容C3耦合到天线。
（2）PWM低通滤波电路：
由8G1K08产⽣的PWM信号，需要经过低通滤波形成模拟信号。为了提⾼信号的质量，需要提⾼PWM的频率以及PWM的控制占空⽐的位数。在单⽚机主频⼀定的情况下，这两个参数相互牵连，它们之间满⾜：在实际设计中，上述参数为：
设计RC低通滤波器的截⽌频率⽐低⼀个数量级左右。取C=0.1uF，R=220Ω，那么低通滤波器的截⽌频率为：
（3）电源电路：
由于QN8027只能⼯作在3.3V电压下。8G1k08单⽚机可以⼯作的电压范围⽐较宽，但是为了能够⼯作在35MHz的主频下，其电压VCC 需要等于5V。另外，为了提⾼调频信号发射功率，电路的⼯作电压也需要更好⼀些。最后选择VCC= 5V。
因此需要单独使⽤⼀个3.3V的稳压芯⽚为AN8027提供电源。此外使⽤电阻-⼆极管钳位电路将单⽚机I2C的5V信号转换成3.3V信号接⼊QN8027。
▲ 电源电路与I2C总线接⼝电路
（4）原理图总图：完整的电路原理图如下图所⽰：
▲ 原理图设计
（5）PCB设计：下图给出了快速制版布置的PCB版图，以及焊接之后的测试电路板。在调频⽆线输出端⼝，使⽤⼀条20厘⽶的多股铜丝线作为天线。
▲ PCB设计电路图
电路板下⾯有六针插座，便于在⾯包板上完成调试。调试完之后，便可以通过该接⼝连接⼯作电源以及外部的控制信号了。
六针的定义为：
序号
功能描述1
VCC ⼯作电源+5V 2
GND 电源地3
TXD MCU串⼝输出4
RXD MCU串⼝输⼊5
INT3开关量输⼊，控制信号板⼯作6CHIRP ⾳频信号输出，内阻200欧姆
f PWM b PWM f OSC f =OSC f ×PWM 2b PWM
f =OSC 35×10Hz
6b =PWM 6bit
f =PWM f /2=OSC 6546.765kHz
f PWM f =s =RC 1
=220×0.1×10−6145.5kHz
▲ 电源电路与I2C 总线接⼝电路
树脂制品▲ 原理图设计
▲ PCB 设计电路图
电路功能调试
软件⼯程⽂件：
D:\zhuoqing\window\C51\STC\Tools\BeaconSTC8G1KSOP8\BeaconSTC8G1KSOP8.uvproj
typec转usb1. PWM 输出下图实测在PWM设置为0x1f，输出为50%时，PWM波形以及对应的频率。
▲ CCP2上的PWM波形输出
中央排水系统
2. Chirp 信号
设置单⽚机TIMER0，产⽣10kHz的中断，在中断程序中交替发送0.2048秒的Chirp信号以及0.2048秒的静⾳。
1-甲基环戊醇
Chirp信号数据是建⽴在程序去中的2048字节长度的表格，预先通过PYTHON语⾔⽣成6bit的数据。
Chirp⽣成的公式为：
然后将x[n]转化成0~63的整形数。
下⾯是经过RC低通滤波之后的Chirp⾳频模拟信号。
3. 射频信号
▲ CCP2上的PWM 波形输出
同温同压下
t =n n ⋅t =s =f s n
n ⋅10−4
x n =[]sin 2π⋅⋅t +f ⋅t [(t 1f −f end start 21n 2start n )]
▲ PWM 滤波后的Chirp 信号
使⽤DSA815频谱仪，外接⼀根拉杆天线，接收到信号板发送的调频⽆线信号，频谱的中⼼在95.1MHz。
调频信号的强度⼤于本地调频⼴播的⽆线信号10倍以上，即使该信号与调频⼴播电台重叠，信号板发送的调频信号也能够压制住调频⼴播电台的信号。
下⾯是通过调频收⾳机在95.1MHz接收到的⾳频信号。
▲ 信号板发送的调频⽆线信号的频谱
▲ 调频收⾳机接收到的信号
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