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本系统发射机部分采用集成模拟调频芯片Si4713制作发射机模块，并通过Arduino单片机控制，合成调频信号并输送到天线，以达到模拟调频的目的，接收机部分使用集成调谐芯片Si4703制作接收机，通过STM32单片机控制，人为设定载波频率，解调得到音频信号。
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作品报告 摘要：本设计实现的无线话筒扩音系统，可以实现在一定距离内进行语音传输与扩音的功能。系统由信号采集电路、发射机、接收机和扩音系统四部分组成。音频信号经过信号采集处理后，发射机接收并采用模拟调频方式产生传输信号，通过普通收音机或自制接收机的解调，可以获得基带音频信号，扩音系统可手动选择对两个话筒分别扩音或混声扩音，通过功放放大后扬声器输出。当无线话筒开机时，会自动检测当前信道占用情况，若发射机受到其他信号干扰，无线话筒可以自动U型你咋其他载波频率以规避干扰信号，并带有LED提示。 关键词：模拟调频；无线传输；规避干扰
一、系统方案 1. 比较与选择 1.1 模拟调频设计方案 方案一：采用锁相环调制器产生模拟调制信号，用模拟复合音频信号做压控振荡器VCO的控制信号，锁相环用来稳频，可以产生题目要求范围内的频率调制信号。 方案二：使用可以满足题目需求的集成模拟调频芯片Si4713制作发射机模块，并通过Arduino单片机控制，合成调频信号并输送到天线，以达到模拟调频的目的。 方案选择：方案一，载频稳定度很高，但是低频调制特性差；方案二，Si4713是具有集成VCO的频率合成器，电路简单，可以使用单片机方便的调节载波频率。综合考虑，使用方案二。 1.2 接收机设计方案 方案一：通过频率检波器将等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，再用振幅检波器进行振幅检波，从而提取出音频信号。 方案二：使用集成调谐芯片Si4703制作接收机，通过STM32单片机控制，人为设定载波频率，解调得到音频信号。 方案选择：方案一，参数较难控制，且抗干扰能力较差；方案二，电路相对简单，抗干扰能力强，能方便地调节载波频率。综合考虑，使用方案二。 2. 方案描述 系统框图如图1所示。驻极体话筒将声波的振动转换为相应的音频电压信号，经过OPA365放大后送入基于Si4713的集成调频发射机，利用Arduino控制载波参数。开机时若当前频段存在干扰信号，则自动随机产生新的载波频率并利用LED提示，调制后的信号通过天线发射出去。基于STM32和集成调谐芯片Si4703搭建的接收机电路可以从调制信号中恢复出音频信号，并将其放大后输入功放电路，最后通过扬声器播放出来。 图 1 系统框图 二、理论分析与计算
1. 通信距离分析 电磁波在空气中传播有功率损耗，因此要获得足够大的通信距离，应该将发射机的输出功率设置为足够大的值，由WIM传输模型，近似可得： 其中 Lp为传输损耗，定义为发射机功率与接收机功率的比值的对数， f为电磁波频率，d 为传输距离，单位分别为dB、MHz、km。由能量守恒可知： 其中 Prec、Pout、Pl分别为接收机功率，发射机功率和传输损耗功率。若要达到10米以上的通信距离，带入公式可计算得发射机功率应设置为3dBm以上。 2. 负载功率分析 在8 负载下，要求最大音频输出功率为0.5W，由P=U^2/R 可知最大音频输入时，负载两端的电压有效值为2V，进而可得功率放大器的输出电压峰峰值为2.83V， 3. 自动规避干扰分析 发射机开机时，通过预先设定频率值，获取当前环境下信道占用以及信号干扰情况，若干扰情况严重，则采取伪随机数的算法使发射机载波频率跳转至另一数值，如此反复，直至当前环境下载波在当前频率受干扰情况达到允许值。系统通过LED反映规避情况，若LED亮，则系统仍在寻找受干扰情况较小的载波频率，若LED灭，则表示系统发射机的载波受干扰情况已达到允许范围，即自动规避完成。 三、电路与程序设计 1. 信号采集电路设计 信号采集电路如图2所示。OPA365的最低供电电压为2.2V，满足系统两节干电池的供电要求，单位增益带宽50MHz，可以实现对音频信号的无失真放大。音频信号带宽为40Hz~15KHz，高通滤波器的截止频率为 所以可取 图2 信号采集电路 2.发射机电路设计 发射机电路如图3所示。Si4713内部集成了VCO频率合成器，并内置AFC自动频率控制模块，从而可产生带宽达76~108MHz的载波。输入音频信号与芯片产生的载波经过内部乘法器处理，实现FM频率调制，产生调制信号，并通过TXO引脚天线输出。 图3 发射机电路 3.接收机电路设计 接收机电路如图4所示。Si4703可对频率调制信号解调产生音频信号。进入天线的微弱信号与调谐信号在芯片内部乘法器处理后通过可编程增益放大器，之后经过数学运算实现解调，以提取出音频信号，最后实现双声道输出。 图4 接收机电路 4. 软件程序设计 发射机与接收机程序设计流程图分别如图5、图6所示。无线话筒开机后，先检测信道占用情况。在确保干扰较小后，通过人机接口设置参数从而设定用户要求的频率，并显示实时参数。接收机则在启动设备后，检测用户接收信号的方式，即手动设置或自动接收，将接收状态通过人机接口显示出来，并通过人机接口选择扩音方式以进行相应处理。 图 5 发射机程序设计流程图
图 6 接收机程序设计流程图 四、测试方案与测试结果 1. 测试环境 示波器： Tektronix MDO2002B型数字示波器； 信号发生器： RIGOL DG4162型160M任意波形发生器； 电 源： ZhongCe DF1743003C型稳压源。 2. 测试方案 2.1 信号传输测试方案 接入音频信号源，设定要求范围内的十个频点，经过自制接收机收听音频信号，改变发射机和接收机的距离，直到听到声音出现明显失真，记录此时二者的距离。 2.2 输出功率测试方案 接入音频信号源，改变输入信号的幅值，在接收机的输出接上 负载电阻，用示波器的两路分别测量负载两端的信号，显示在图像上，二者大致有 相位差，测量得到两路信号的波峰和波谷的差值，即为负载两端的电压，计算得输出功率并记录。 2.3 自动规避功能测试方案 设定两个发射机的载波频率相同，取要求范围内的五个频点，先打开一个发射机，待其稳定后打开第二个发射机，观察能否自动切换到其他频率，记录第二个发射机的实际频率，并判断切换时间是否小于1s。 2.4 带宽测试方案 使用信号发生器产生频率在40Hz至15kHz的正弦信号接入预留接口，输出至发射机的测试接口，用示波器观察并记录接收机测试接口处信号，对比两信号，判断失真情况。 3. 测试结果与数据 3.1 信号传输测试 表1 信号传输测试表 3.2 输出功率测试 表2 输出功率测试表 3.3 自动规避功能测试 表3 自动规避功能测试表
4. 测试结果分析
4.1 信号传输测试分析：由数据结果知，在要求的频率范围内，通信距离大于10米，满足题目要求。限制通信距离的因素主要有发射功率有限、信道干扰以及天线的增益等等。 4.2 输出功率测试分析：由数据结果知，最大音频输出功率大于0.5W，满足题目要求。 4.3 自动规避功能测试分析：由数据结果知，发射机检测到信号干扰时，可以在1s内自动规避干扰，切换到其他载波频率进行工作，满足题目要求。 4.4 带宽测试分析：观察得到对于40Hz至15kHz的音频信号输入，输出均无明显失真，即该系统的音频信号带宽符合题目要求。 五、参考文献 [1]. 罗杰,谢自美.电子线路-设计·实验·测试(第五版),2015,电子工业出版社. [2]. 康华光.电子技术基础(模拟部分)(第六版).2013,高等教育出版社. [3]. [美]BruceCarter.运算放大器权威指南(第四版)2014,人民邮电出版社. [4]. 樊昌信.通信原理(第六版)2001，国防工业出版社.
最后作品图片：
同时推荐一下华科王老师出版的书籍，详细介绍了VerilogHDL及其仿真 《FPGA应用开发与仿真》
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