毕业论文调频无线音箱设计说明.docx

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毕业论文调频无线音箱设计说明

一、绪论

一、选题背景

音箱，在我们日常生活中随处可见，如果我们把显示器比喻成多媒体设备的眼睛，那么音箱就是多媒体设备的嘴巴。

音箱给我们带来美妙的声音，质量好的音箱不仅仅使声音播放

效果良好，更重要的是，它能将电影以及音乐中所有的能量和激情全部传递给你，让你有身临其境的感觉。

随着多媒体技术的发展，音箱从最初的2．0双声道发展到现在的7．1声道。

从单一的“发声器”发展到时下的多媒体用途，从普通的立体声音效技术发展到目前的DTS、EAX4、THX等复杂的环绕音效技术，跟随这些进步而来的却是大量繁杂如蜘蛛网般的连线。

为音箱布线时候既要考虑音箱的摆位，还得考虑线路的问题，有时甚至不得不穿墙凿壁。

还有另一个不便在于，当我们要在阳台或客厅欣赏电脑中的音乐时，要怎么做呢？

将电脑旁的音箱音量调大，让声音跨越房间“飘”到耳朵里?

这样恐怕会严重干扰到他人。

随着人们生活水平不断提高，在选择各种家电产品的时候，己经从简单的使用需要逐渐向简洁、美观、个性化发展，显然传统音箱繁复的连线显然无法满足人们对简约、时尚的追求。

但无线传输技术出现，使得人们向无线领域迈进，逐渐摆脱连接线或是传输线缆的束缚。

二、无线音箱的运用及意义

自上世纪90年代中，世界著名音响制造商美国雷克顿公司成功地推出了无线音响系统以来，无线音箱又有了许多进步，现在市面上已经出现了许多无线音箱，它们使用的技术几乎都是基于2．4GHzISM（IndustryScienceMedicine，工业／科学／医疗）这一全世界公开通用的无线频段。

从设计上来看主要分为两种，一种是使用特定发送装置，并在音箱上装配相应接受装置的产品。

另一种则是以蓝牙A2DP（AdvanceAudioDistributionProfile）协议为基础的产品。

前一类产品支持点对点或点对多点的传输模式，并具有多个可选的频点。

为避免在2．4GHz公共频段上容易出现的干扰对音质的影响，这类产品通常具有频点选择功能（俗称“跳频”功能），如果在工作过程中出现较大噪音，即在当前频点存在干扰影响输出音质时，可选择新的工作频点，以保持产品良好的使用效果。

无线音频传输模块产品包括发送和接收两个模块，发送模块被植入音源设备或做成独立的发送装置与音源设备相连，通过无线传输技术在接收模块一端接收音频数据，并通过解码、校验等处理，输出高品质的立体声音频数据。

不过，它的缺点在于无法和流行的蓝牙音频设备进行连接。

后一类产品通过蓝牙A2DP协议进行无线音频信号传输，同样具有“跳频”功能，更适合与同样支持A2DP协议的音源设备相连（如蓝牙音乐手机）。

A2DP协议能够让两个同样支持蓝牙音频传输的装置互相连接，无论是蓝牙1．1或1．2版，都能传输16bits，44．1kHzCD音质的音频信号。

二、设计理论基础

1、系统框图

无线信号

发射

无线信号接收

电子电位器

功

放

红外发射

红外接收

单片机

2、工作原理分析

调频与调幅

　调频：

它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种调制方式。

音频信号的改变往往是周期性的，一个最容易理解音频调制技术的范例是小提琴和揉弦，揉弦通过手指和手腕在琴弦上快速颤动，使琴弦的长度发生快速变化，从而最终影响小提琴声音的柔和度。

与“FM无线电波”相同，“FM合成理论”同样也有着发音体（载体）和调制体两个元素。

发音体或称载波体，是实际发出声音的频率振荡器；调制体或称调制器，负责调整变化载波所产生出来的声音。

载波频率、调制体频率以及调制数值大小，是影响FM合成理论的重要因素。

最基本的FMinstrument包括两个正弦曲线振荡器，一个是稳定不变的载波频率fc（CarrierFrequnecy）振荡器；一个是调制频率fm（ModulationFrequency）振荡器。

载波频率被加在调制振荡器的输出上。

载波振荡器是一个带有fc频率的简单的正弦波频率，当调制器发生时，来自调制振荡器的信号，即带有fm频率的正弦波，驱使载波振荡器的频率向上或向下变动，比如，一个250Hz正弦波的调制波，调制一个1000Hz正弦波的载波，那么意味着载波所产生的1000Hz的频率，每秒要接受250次的影响产生的调制。

制体和载波体都是有频率、振幅、波形的周期性或准周期性振荡器。

　　在频率调制技术中，调制体的振幅同样对频率调制起关键作用，调制体振幅影响着载波频率调制后变化的深度，假如调制信号的振幅是0，就不会出现任何调制，因此说，就像在振幅调制（AM）中，调制体的频率对载波体的振幅有影响一样，在频率调制（FM）中，载波的频率变化同样受调制体振幅大小变化的影响。

　　因此，在频率调制过程中，我们可以发现：

1.调制体的频率影响载波体的频率的速度变化。

2.调制体的振幅影响载波频率的深度变化。

3.调制体的波形（或音色）影响载波频率的波形变化。

4.载波体的振幅在频率调制过程中保持不变。

　调幅：

英文是AmplitudeModulation（AM）。

调幅也就是通常说的中波，范围在503---1060KHz。

调幅是用声音的高低变为幅度的变化的电信号。

距离较远，受天气因素影响较大，适合省际电台的广播。

调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。

也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。

这时候在接收端可以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来就可以得到调制信号了。

由于本文制作无线音箱，而调频制具有良好的抗噪声能力，所以选用调频方式。

中心频率：

Wc=1/（LC）^1/2为不加调制信号时的振荡频率。

调制度

失真度

无线信号发射模块

1、无线发射芯片——BA1404

1.1、芯片BA1404简介

BA1404/1404F是日本东洋电具制作所（RohmCo.Ltd.）生产的调频立体声发射集成电路。

此电路将立体声调制、FM调制和RF放大器等功能集成在一个芯片上。

仅仅需要很少的外围元器件就能够获得良好的立体声调频信号。

1.2、芯片BA1404主要特点

采用低电压、低功耗设计，电压在1V至3V之间，典型值为1.25V，最大功耗500mW，静态电流为3mA。

立体声调制、FM调制、RF放大等多个功能集成在一国芯片上，所需外围元件少。

两声道分离度高，典型值为45dB。

 输入阻抗为540Ω（fin=1kHz），输入增益为377dB（Vin=0.5mV）。

典型射频输出电压为600mV。

1.3、芯片BA1404引脚功能及工作原理

BAl404的引脚功能如表1所列，图1为BA1404结构功能框图它主要由前置音频放大器（AMP），立体声调制器（MPX），FM调制器及射频放大器组成。

图1BA1404结构功能框图

◆引脚功能

引脚

名称

功能

1

R-CHINPUT

右声道音频输入

2

AFBIAS

音频放大器偏置

3

AFGND

音频放大器地

4

OSCBIAS

38kHz振荡器偏置

5、6

XTAL

晶振

7

RFOUT

射频放大器输出

8

RFGND

射频放大器地

9、10

OSC

射频振荡网络

11

VREF

基准参考电压

12

MODIN

调制信号输入端

13

PILOTOUT

导频信号输出端

14

MPXOUT

双声道复合信号输出端

15

VCC

电源

16、17

MPXBALANCE

声道平衡

18

L-CHINPUT

右声道音频输入

◆极限参数

参数

符号

极限值

单位

电源电压

VCC

3.6

V

耗散功率

Pd

500（注）

mW

工作温度范围

Topr

-25至75

℃

存储文档范围

Tstg

-50至125

℃

表1BA1404引脚功能及极限参数

立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。

输人为05mV时，增益高达37dB，频带宽度为19kHz。

如输人信号中存在频率高于19kHz的成分，则必须在输人端加一个低通滤波器，否则两个声道的分离度会下降。

在立体声调制组．振荡器输出的38kHz信号用于立体声调制。

通常在16、17脚接一可调电阻，以获得最佳的通道分离度。

立体声混合信号（MPX输出信号）与导频输出信号（PILOTOuT）合成后的调制信号通过12脚进人射频振荡器并对载波进行FM调制，经射频放大后输出射频信号，射频信号的典型值在600mv左右。

BA1404内部还提供了一个参考电压单元VR。

采用低电压、低功耗设计，电压在1V至3V之间，典型值为1.25V，最大功耗500mW，静态电流为3mA。

两声道分离度高，典型值为45dB。

 输入阻抗为540Ω（fin=1kHz），输入增益为377dB（Vin=0.5mV）。

典型射频输出电压为600mV。

立体声音频信号经加重和匹配网络由1、2脚输入，经放大后进入FM立体声混合器，产生一个由L+R主信号和L-R的副信号组成的立体声复合信号经缓冲放大后从14脚输出（16、17脚可对复合信号的参数调节，可控制左右平衡度）；4、5、6脚的外部分立元件与内部电路组成38KHZ振荡器产生38KHZ信号经缓冲放大后分别供给混合器和1/2分频器，38KHZ信号经分频器得到一个19KHZ的导频信号从13脚输出；从13、14脚输出复合信号和导频信号经匹配网络由11脚进入FM调制器（9、10脚的外围分产元件确定振荡频率）产生一个调频信号，经放大后由7脚输出；2脚为AF偏置，3脚为AF接地点，8脚是RF接地点，15脚为电源正极。

（注：

11脚输出一个参考电压方便外围分立元件对振荡频率进行控制，这里没采用。

）第7脚的信号最后经μpc1651放大输出。

由于本文使用FM调频作为发射信号，且BA1404芯片立体声调制、FM调制、RF放大等多个功能集成在一个芯片上，所需外围元件少，而且引脚少，所以选用BA1404芯片。

1.4、以BA1404为主体的无线发射电路

发射电路设计注意以下几点：

（1）为了能够使发射机和FM接收机的频率响应相互匹配，在输人端需加预加重网络．其时间系数为5of％。

（2）在l3、l4脚，立体声调制器输出的立体声混合信号和导频信号进行合成时．有可能造成立体声通道的分离度恶化．所以必须注意l2、13、14脚外围元件的值。

（3）OSC振荡网络的输出频率范围如果在76～108MHz内，可在D5mm的铁芯上用oo5ram的漆包线绕25圈左右，使clj的电容值为47pF。

7脚上的RF匹配网络也应如此。

（4）为了简化应用，可以采取以下措施：

●将16、17脚悬空。

因为集成块内部已经保证了较高的通道分离度，接可调电阻只是为了优化。

●不用变容二极管微调发射频率，在变容管处直接短路，这样．可以省去R3和D1。

●可以略去7脚上的RF匹配网络，直接和VCC相接

图2所示的BA1404应用电路的发射范围可以达到方圆数百米，如果再想加大其发射距离，可以在射频输出端再加一射频放大器，可以用分立元件，也可以直接选用MAXIM公司的RF功率放大电路MAx26l1或MAX2650，它们都适合与BA1404匹配。

2、无线接收芯片——MC3367

2.1、芯片MC3367简介

MC3367是一种新颖的低电压调频接收芯片，它由振荡器、混频器、中频放大器、中频限幅器和正交鉴频器等组成。

由于该芯片具有电源电压低、灵敏度高、功耗低、低电压监视等特点，所以在频率为75MHz的窄带音响设备和数据接收系统中广泛应用。

同时，也成为无绳电话等通讯设备中的首选器件。

2.2、芯片MC3367主要特点

电源电压低；

灵敏度高；

信噪比为12dB时，信号源灵敏度为0．5V；

功耗低、输入频带宽；

具有线性稳压电源；

具有工作和备用两种工作状态；

内含自偏置音频缓冲器和电压增益为3．2的数据缓冲器；

内含低电压检测电路；

内含频移键控（FSK）的数据整形比较器：

；

采用标准28脚表面封装（SOIC）。

2.3、芯片MC3367引脚功能及工作原理

MC3367的引脚功能如表2所列，图2为MC3367内部功能框图，它主要由主要由低电压监测电路、数据缓冲器、音频缓冲器、比较器、基准电压源、线性稳压器、正交解调器、中频放大器和混频器组成。

图2MC3367结构功能框图

引脚序号

引脚功能

引脚序号

引脚功能

1

混频器耦台

15

比较器输出

2

混频器输出

16

接收允许

3

混频器输入

17

Vreg

4

振荡器耦台

18

Vcc

5

振荡器基极

19

1.2V选择

6

振荡器发射极

20

低电压（电池）检测

7

Isle耦合

21

音频缓冲器输入

8

中频地线

22

音频缓冲器输出

9

Vcc2

23

第一级中频放大器输入

10

缓冲器输出

24

Vcc3

11

正交解调器

25

第一级中频放大器输出

12

正交解调器

26

数据缓冲器输入

13

解调地线

27

数据缓冲器输出

14

比较器输入

28

第二级中频放大器输入

表2MC3367引脚功能

当电源电压低于1．1v时，MC3367的2O脚上将呈现出一个NPN晶体管集电极的开路输出，这可以提高检测电路的断开电压。

当1．2V的选择脚连到MC3367电源时，通过编程可使低电压检测器在vcc<1．1V时断开，并以发光二极管指示低电压故障。

数据缓冲器是一个电压增益为3．2的同相放大器．为了能使它正常工作，必须给缓冲器外加一个直流偏置（约250mV），在实际电路中，通常利用一个单级RC滤波器就能给数据缓冲器提供必要的直流偏置和某些检测后的滤渡功能。

数据缓冲器也可设计为低通滤渡器，它在3dB时频率为200Hz。

音频缓冲器是一个电压增益为4．0的同相放大器。

当音频缓冲器和数据缓冲器作为有源滤波器使用时，它们可以合并使用，这样能同时接收声音和低速数据。

由于音频缓冲器是自偏置供电，所以，应为交流耦合输入。

比较器是一种集电极开路输出的同相放大器，它可以接收1200比特频移键控数据。

通常在引脚15和Vcc之间接一个上拉电阻，其值为100kl~，当负载电阻RL为1o0kn时，比较器的最高频率仅为25kHz。

比较器也是自偏置电路，因此，应为交流耦合输入

1.4、以MC3367为主体的无线接收电路

由MC3367和少量外围元件组成的接收机电路如图3所示。

可以看出，当射频或中频信号由天线接收后，首先经混频器混频放大，并把它变换为中频信号455kHz，然后将该信号送人中频陶瓷滤波器FL1。

经滤渡后的信号送人中频放大器输入端，再进入第二个中频滤波器FL2，经二次滤波后的信号馈人中频限幅放大器和检波电路，从而恢复原来的低频信号。

该信号经低频功率放大器MC34119D放大，并推动喇叭发出声音。

在该接收机电路中、FL1和FL2是中频（455kHz）陶瓷带通滤波器，它的输入、输出阻抗应在1_5kn～2Okn范围内选择。

它的设置能使电路获得最好的邻接信道和灵敏度。

L1、C1和C2是谐振网络。

当射频或中频输入时，它能在混频器输入和50n的阻抗之间提供良好的匹配。

Cc1和Cc3是射频耦合电容，在规定的输入和振荡频率下，阻抗应小于或等于2OneCc2亦是耦合电容，它能为振荡信号和混频器之间提供轻耦合。

在规定的振荡频率下，它的阻抗应在3kn～5kn之间。

为旁路电容，在希望的射频和本振频率下，它的阻抗应小于或等于20n。

LC1是一个中频谐振器，其频率为455kHz

红外模块

红外遥控有发送和接收两个组成部分。

发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。

红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头（如HS0038，它接收红外信号频率为38KHz，周期约26）接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，去控制相关对象，

本文采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，可由发送单片机来完成。

用图2（a）表示二进制信号中的高电平‘1’，其特征是脉冲中低电平与高电平的宽度均等于0．26ms，相当于lO个26的宽度；用图2（b）表示二进制信号中的低电平‘0’，其特征是脉冲中高电平的宽度等于0．26ms，而低电平的宽度是高电平的二倍，等于0．52ms，相当于20个26的宽度。

上述lO个和20个脉冲宽度还可适当调整，以适应不同数据传输速度的需要。

二进制信号的调制

二进制信号的解调二进制信号的解调由一体化红外接收头HS0038来完成，它把收到的红外信号（图4中波形D，也是图3中波形C）经内部处理并解调复原，输出图4中波形E（正好是对图3中波形A的取反），HS0038的解调可理解为：

在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。

一体化红外接收头HS0038的外部结构如图5所示，1脚GND接电源地，2脚VCC接+5V，3脚OUT为数据输出端（电平，反相输出），可直接与单片机相联。

二进制信号的解调

二进制信号的解调由一体化红外接收头HS0038来完成，它把收到的红外信号（图4中波形D，也是图3中波形C）经内部处理并解调复原，输出图4中波形E（正好是对图3中波形A的取反），HS0038的解调可理解为：

在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。

一体化红外接收头HS0038的外部结构如图5所示，1脚GND接电源地，2脚VCC接+5V，3脚OUT为数据输出端（电平，反相输出），可直接与单片机相联。

二进制信号的解码

二进制信号的解码由接收单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。

如图4，把波形E解码还原成数据信息101。

基于字节传输的红外遥控数据格式

在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度（每个脉冲周期26p．a）的高电平作为传输开始，接着发送8位数据（字节高位在前，低位在后），最后发送1O个脉冲宽度的低电平作为传输结束，如图6所示。

芯片HS0038简介

该HS0038B-系列微型红外遥控系统的接收器。

PIN二极管和前置放大器引线框架上组装，包装设计为环氧树脂红外滤光片。

解调输出信号可直接由微处理器解码。

HS0038B是标准的红外遥控器接收器系列，支持所有主要的传输码。

芯片HS0038

同时含有光检测器及前置放大器；

改进对电场干扰的屏蔽；

兼容TTL和CMOS；

输出低电平；

低功耗；

环境光抗扰能力高；

连续数据传输达（800比特/秒）；

芯片HS0038内部结构

芯片HS0038内部结构如图，其引脚功能1为信号输出端，2为接地端，3为电源端。

硬件电路设计

如图7，单片机采用AT89C2051，它是51系列8位单片机，内部有2KB的程序存储器，外部有P1和P3两个8位并口，选用晶振频率fose=24MI-Iz。

图7（a）中，SE303是红外发射二极管，当P1．0=1时，三极管9013导通，SE303通电发射红外线，实际上发射的是频率为38KHz的脉冲串；反之，三极管9013截止，SE303截止，不发射。

图7（b）中，一体化红外接收头HS0038的圆形面为红外接收面，它与SE303红外发射管的有效收发直射距离可达35m。

电子电位器——X9511

X9511是美国Xicor公司出产的一种按钮控制数控电位器，没有活动部分．避免了机械式的缺点。

在生产生活中得到广泛运用。

芯片X9511特点

●低功耗ＣＭＯＳ；

●按钮控制，使用方便，灵活；

●工作电流最大８ｍＡ，等待电流最大２００μＡ；

●具有温度补偿；

●在电位器两固定端可施加－５Ｖ至＋５Ｖ电压；

●３２个滑动抽头点，滑动端的位置由两个按钮控制；

●具有慢速和快速扫描方式，当按钮按下后又立即断开时，滑动抽头移动到向上或向下的相邻抽头位置，当按钮按下后不放（保持接通状态）时，滑动抽头点快速连续向上或向下移动；

●具有自动和手动储存滑动抽头位置的选项；

●滑动端位置数据可保存１００年。

芯片X9511引脚功能

X9511的内部结构框图如图2所示它由五位二进翻计数器、五位EaPROM、存贮与清除控制电路、32选1译码器电路、传辖门及电阻阵列等组成。

X9511内部功能框图

X9511引脚

计散器有PU_及PD两十辖入端PU为计数增加输人

端。

此端接地一次或输人一逻辑低电平（负脉冲）．计数器

按二进制增加．增加多少与辖入接地时间或负脉冲宽度有

关．其最大值为11111。

计数器到全1后，若继续使

Pu接地t计数值不变PD为计数量减小输入端。

PD端接

地趺或辖入逻辑低电平时，计敦器按二进制减小，减小

量与齄八端接地的时间或负脉冲宽度有关，减小到的最小值

为00000。

电阻阵列由31个等阻电阻串联组成。

其滑臂位置由计数器的5位数、32选1译码器厦由场技应营组成的传输门（电子开关）来控制。

当计数器的5位戢输人32选l译码器，使相应的32个输出中某一十为高电平时，与之相连接的墙效应管导通．滑臂连接在此位置上悄如．计数器为000O0时，滑臂在最低端计数器为1111l时．精臂在最高端若计数器在00111时，32选】的输出7被近通，7端输出高电平，与之相连接的场效应营导通．滑臂的位置在第7的位氨t当ASE端接地时．调整好的5位二进制计戢器的数自动存八EaPROM中．当断电后再上电时，E甲ROM贮存的数不会丢失．计数器输出的5位数不变．即电位器精臂的位置不舍因断电而改变精臂上升或下降的速度与PU、PD接地的时间有关：

接地时间在1秒钟之内为慢扫描方式{大于1秒则进人快扫描方式，滑臂上升或下降的速度加快从上进工作原理可知，与机械式电位器相比较、它的输出电阻变化是台阶式的（分32个台阶）{它存在一十滑臂电阻（即场效应管的导通电阻．其典型值为40ft）。

电子电位器的等效电路如图3所示，电位器调节特性如图4所

芯片X9511运用

红外编码

功放音响电路

芯片TDA2030简介

TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。

如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。

该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。

并具有内部保护电路。

芯片TDA2030特点

外接元件非常少；

输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）；

采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度；

开机冲击极小；

具有线性稳压电源；

内含各种保护电路，因此工作安全可靠。

主要保护电路有：

短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等；

TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

芯片TDA2030引脚功能

　1脚是正相输入端　　

2脚是反向输入端　

　3脚是负电源输入端　　

4脚是功率输出端　　

5脚是正电源输入端。

芯片TDA2030运用

TDA2030A具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之