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。當采用USB接口連接設備與計算機時,，無需重新設置系統(tǒng),，也不必打開機殼來調整接口卡的指撥開關，計算機會自動識別接口設備,，同時下傳給外設的驅動程序,。USB接口具有即插即用、速度快,、易擴展等優(yōu)點,，已成為現(xiàn)今個人計算機上最重要的接口之一，更是一般消費性電子產品上不可或缺的接口,。

　　短距離無線通信具有抗干擾能力強,、可靠性高、安全性好,、受地理條件限制較少,、安裝施工簡便靈活等特點，應用非常廣泛,，如汽車遙控門鑰,、無線抄表、無線點菜,、遙控遙測,、小區(qū)自動化等。多媒體的成熟大大推動了上述兩項技術的融合,。特別對于音頻信號,，USB聲卡相比機箱內的板載聲卡來說，遠離高頻干擾環(huán)境,，音質效果好，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，且無法同時與多人分享,，而短距離無線通信技術具有受地理條件限制小,、可靠性高、安全性好等優(yōu)點,。

　　結合兩者技術的優(yōu)點,，本設計利用TI公司的PCM2702來實現(xiàn)USB音頻信號的采集，利用Rohm公司的BH1417來實現(xiàn)音頻信號的立體聲無線傳輸,?？赏ㄟ^單片機同步顯示頻率，并控制80～180 MHz 14段頻率的切換，可實現(xiàn)10～100 m內的高速音頻信號傳輸,。

　　1 主要芯片介紹

　　1．1 PCM2702芯片

　　數(shù)／模轉換芯片PCM2702有2個數(shù)／模轉換輸出通道和1個一體化的USB接口控制器,，該接口符合USB1．0標準；采用最新開發(fā)的SPAct(采樣期內自適應控制跟蹤)系統(tǒng),，能夠從USB接口的音頻數(shù)據(jù)中分離出一個穩(wěn)定的,、偏差較小的時鐘信號以協(xié)調PLL和DAC工作。

　　PCM2702主要由3部分組成：Burr-Brown公司研制的增強型多層次δ-σ調制器,，8×重復采樣數(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),；內部集成有數(shù)字電位器的軟件靜音功能,，通過USB的音頻等級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)模專用調頻發(fā)射集成電路,。它可工作于87～108 MHz頻段，與簡單的外圍電路配合使用,，可發(fā)射音頻FM信號,，配合普通的調頻立體聲接收機就可實現(xiàn)無線調頻立體聲傳輸。FM立體聲發(fā)射器發(fā)射出的立體聲的信號分離度可達50 dB,，失真小于0．3％,，而且電路的穩(wěn)定性大大加強。單單就收發(fā)效果而言,，已基本接近正規(guī)的FM電臺,。

　　BH1417由5部分組成：音頻預處理電路(加重、限幅和低通濾波),；基頻產生電路(晶振,、分頻)；鎖相環(huán)電路(相位檢測,、鎖頻),；頻率設定電路(高低電平轉換)；調頻發(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生電路，定時器以及一些耦合電容,。

　　BH1417將預加重電路,、限幅電路、低通濾波電路(LPF)一體化,，使音頻信號的質量比分立元件(如BA1404,、NJM2035等)的電路有很大改進,；采用鎖相環(huán)鎖頻，并與調頻發(fā)射電路一體化,，使得發(fā)射的頻率非常穩(wěn)定,；采用4路高低電平進行頻率設定，可設定14個頻點,，使用非常方便,。

　　2 硬件電路設計

　　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,、無線發(fā)射模塊,、單片機控制模塊、鍵盤輸入模塊,、頻率顯示模塊和電源模塊等構成,。

　　當USB聲卡模塊和計算機連接后，計算機自動識別,，并輸出立體聲音頻信號,；音頻信號傳送至無線發(fā)射模塊，經過處理后,，變換成調頻電波發(fā)射出去,。同時，單片機系統(tǒng)會控制調頻發(fā)射模塊的D0～D3四個引腳的高低電平,，從而控制發(fā)射頻率,，同步將發(fā)射頻率顯示出來。

　　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)／模轉換芯片PCM2702和音頻運算放大器OPA2134組成,。PCM2702外圍電路比較簡單，由數(shù)／模雙電源供電,，在數(shù)模信號接地時采用磁珠或O Ω電阻進行隔離,，有效降低數(shù)模信號之間的干擾。在PCM2702模擬輸出端,，考慮到信號的驅動能力不夠,，采用音頻專用運放OPA2134構成一個多重反饋型低通濾波器，同時對信號進一步放大和還原,，輸出的音頻信號直接供無線發(fā)射模塊使用?？紤]到整體音質的效果,，電路中與音頻信號相關的電容盡量選擇優(yōu)質電容。

　　2．2 無線發(fā)射模塊

　　如圖3所示,，無線發(fā)射模塊主要由大規(guī)模專用的調頻發(fā)射集成電路BH1417及簡單外圍電路構成,。

 　　(1)立體聲調制電路

　　音頻信號通過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預加重電路、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200分頻產生38 kHz的副載波信號,。38 kHz副載波通過2分頻后產生19 kHz的導頻信號,，左聲道減去右聲道的信號與38 kHz的副載波進行平衡調制，調制后的復合信號通過5腳輸出,。

　　(2)調頻發(fā)射電路

　　調頻發(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過解碼和鑒相后，由7腳輸出LC振蕩器的控制信號 VCO,。此VCO控制外部分立元件組成的高頻振蕩電路產生FM調頻的載波信號,，并通過2個三極管C9018對5腳輸出的復合立體聲信號進行FM頻率調制。調制后的信號通過9腳輸入到BH1417,，經過內部的射頻放大器放大后的射頻信號由11腳輸出,。輸出后的信號可以直接接到發(fā)射天線上進行發(fā)射。 BH1417頻點發(fā)射對應的高低電平如表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，構成調頻載波的頻率振蕩和射頻調制部分,；13,、14腳需要外接7．6 MHz的晶體振蕩器，提供給BH1417內部的鑒相,、立體聲信號調制等部分所需要的穩(wěn)定時鐘,；6、8為電源部分,；11腳與外部連接的元件構成調頻信號發(fā)射部分,。

　　(4)三極管放大電路

　　BH1417的11腳信號輸出后,，采用9018來一級放大。2．3單片機控制和頻率顯示模塊單片機控制和頻率顯示電路如圖4所示,，主要由AT89C51,、鍵盤輸入和液晶顯示模塊組成。單片機P2口的4個引腳分別連接BH1417的15,、16,、17、18引腳,，通過鍵盤控制其高低電平,，進而控制BH1417 的頻率輸出，同時將頻率顯示到1602液晶上,。

　　2．4 電源模塊

　　電源模塊電路如圖5所示,。12 V直流輸入經過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、無線發(fā)射以及單片機控制和頻率顯示部分提供電源,。為了減少無線發(fā)射模塊對單片機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 軟件程序設計

　　系統(tǒng)軟件流程如圖6所示,。系統(tǒng)上電后,，單片機系統(tǒng)初始化，P2的4個端口都為低,，設定為87．7 MHz發(fā)射,，同時在1602上顯示頻率。而后進入鍵盤循環(huán)掃描狀態(tài),，當檢測到鍵盤按下時判斷鍵值,，根據(jù)鍵值調整P2四個端口的電平高低，進而控制 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個頻段，詳見表1,。判斷鍵值來增加／減少頻率,。當頻率達到88．9 MHz或106．7 MHz時，跳過PLL停止檔位,。

　　4 系統(tǒng)制作,、調試及抗干擾措施

　　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)是信號的傳輸,，所以在通用板上布局時要盡量減少信號線的長度，濾波電容盡量離輸出元器件近,，以免產生多余的雜波,。

　　系統(tǒng)調試過程中，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,。先調試 USB聲卡模塊。根據(jù)PCM2702的資料,，USB上電的時間要短,，才能確保電腦正確地找到設備，并安裝好,。然后,，進行無線發(fā)射模塊的調試。由于實驗室沒有測頻儀器,，只好直接用精確度高的收音機直接接收測試,。測試時，先將4個控制引腳用跳線接地,，確保能夠發(fā)射出無線信號后,，再進行頻率的校正和單片機控制顯示等。

　　該系統(tǒng)對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,。電路設計時，各個模塊獨立成塊,，四周接地以減少電磁干擾等,；且各個模塊中添加了必要的保護電路，確保電路的穩(wěn)定性,、可靠性,。

　　結 語

　　基于PCM2702與BH1417的USB音頻發(fā)射系統(tǒng)采用模塊化的設計方法，使得整個系統(tǒng)具有一定的擴展性且可以分開獨立使用,。盡管也有USB聲卡和 2．4 GHz構成的無限USB聲卡方案,，但是由于其頻率不可變且需要配套的接收設備，無法做到與多人分享且保密性不強,。使用調頻發(fā)射,，可以利用現(xiàn)成的收音機接收,，頻率可調可以加強安全性。