（D 题）无线话筒扩音系统（本科） - 嘉立创EDA开源硬件平台

1．任务 设计制作一个短距无线话筒扩音系统，用于会场扩音。
2．要求

（1）无线话筒采用模拟调频方式，载波频率范围为 88MHz~108MHz，最大频偏为 75kHz，音频信号带宽为 50 Hz~15 kHz，天线长度小于 0.5 米。可以用普 通调频广播收音机收听话筒信号，音频信号应无明显失真。无线话筒采用 2 节 1.5V 电池独立供电。 （15 分）
（2）无线话筒载波频率可以在 88MHz~108MHz 间任意设定，频道频率间隔 200kHz。 （15 分）
（3）制作与无线话筒相应的接收机，通信距离大于 10m。8Ω负载下，最大 音频输出功率为 0.5W。接收机可以用成品收音机改制。 （15 分）
（4）再制作一只满足上述要求的无线话筒。通过手动分别设置两只话筒的 载波频率，使两只话筒可以同时使用，并改进接收机，手动控制实现分别对两只 话筒扩音或混声扩音。 （25 分）

（5）两只无线话筒在开机时可以自动检测信道占用情况，如果发现相互存 在干扰或存在其他电台干扰，可以通过自动选择载波频率规避干扰信号。响应时间小于 1 秒。 （30 分）
（6）设计报告： （20 分）

题目分析

        该系统由发送装置和接收装置组成。发送端能够实现语音信号的输入以及可控载频的模拟调制以及发送并且能够实现自动规避信道干扰，接收端能够接收两路不同的语音信号，并实现分别扩音或混音。发送装置和接收装置均由电池单电源供电，经电源转换模块后满足各电路模块的供电要求。

       发送装置主要包括麦克风放大模块、FM发送模块以及电源转换模块。接收装置主要包括FM接收模块、加法器模块、音频混响器模块、电源转换模块以及音频滤波功放模块。接收装置接收到FM信号，MCU通过控制FM接收模块实现对信号的解调，然后通过加法器实现对两路音频信号的混音，最后通过音频功放模块实现扩音，由电源转换模块实现各电路模块的供电需求。总体硬件流程图如图1，在发送端的合路电路输出端、发送天线前端、电池单电源供电输出点预留测 试端口，用于观察合路信号波形、观测已调信号的带宽和测量发送端功耗。

图1 硬件流程图

原理图设计说明

MAX9814

语音放大模块

方案一： 采用通用运放放大

使用电源给麦克风提供偏置，然后采用同相放大电路对麦克风信号进行放大。运算放大器具有使用方便、增益稳定的特点，性能较好。

方案二： 采用 MAX9814 放大

MAX9814 是一款低成本、高音质麦克风放大器，内置自动增益控制（AGC）

以及低噪声麦克风偏置。该器件集成低噪声前置放大器、可变增益放大器（VGA） 、输出放大器、麦克风偏压发生器以及 AGC 控制电路。

综合以上两种方案，方案二可直接提供麦克风偏执并具有极低的噪声，性能优异，故选择方案二。

TPS5430

RDA5820

发射机主芯片选择

方案一： 采用集成芯片 QN8027

QN8027的音级频响范围为50Hz至18kHz，发射频率范围为76.0MHz至108.0MHz，发射功率为100mW，3.0V～5.0V工作电压，在开阔地带测得覆盖半径为100米。

方案二： 采用集成芯片 RDA5820NS

RDA5820NS 是锐迪科半导体推出的一款集成 FM 收发器，内部包含一套全集成的 FM 收发系统，可由两节干电池直接供电，频率覆盖 60MHz～108MHz。只需要对其内部寄存器进行配置，便可完成发射参数的配置。通过配置，RDA5820NS 还可以在收发机之间切换， 非常适合完成开机信道检测的功能。

综合以上两种方案, 考虑到发送端需要自动规避信道干扰的设计需求，故选择方案二。

OPA1177

加法器模块

方案一：采用 OP07 制作加法器

采用通用运算放大器OP07制作加法器。OP07增益带宽积典型值为0.6MHz,

具有低噪声,低偏置的特点，但是OP07转换速率较低（0.3V/uS），大信号带宽较小。

方案二： 采用 OPA1177 制作加法器

采用 TI 公司的零漂移放大器 OPA1177制作加法器。OPA1177失调漂移(典型值)(uv/℃):0.100，转化速率 0.3 V/uS。

综合以上两种方案，方案二性能较好，故选择方案二。

CD2399混频

方案一： 使用单片机进行混音

接收到的信号可以通过 IIS 总线直接得到数字音频信号，采用MCU对采集到的音频信号进行延时、衰减、相加可以得到数字混音信号，之后通过DAC直接输出混音后的信号。

方案二： 采用集成芯片实现混音

综合以上两种方案，方案一较为灵活，但实现较为复杂，不易在比赛期间完成，方案二实现简单，故选择方案二。

QN8025

FM接收模块

方案一：使用集成芯片QN8025

 QN8025是一款高性能、低功耗的单片机立体声调频接收器，专为手机、MP3播放器和便携式收音机而设计。电路集成度高，调试难度低。

方案二：使用集成芯片RDA5820

利用RDA5820的收发一体功能，同发射机一致。

考虑到电路调试难度以及成本，选择方案一。

AD603

PCB设计说明

A. 创建网络表

1. 确定器件的封装不能选错．

2. 注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则： A. 单板左边和下边的延长线交汇点。 B. 单板左下角的第一个焊盘。 板框四周倒圆角，倒角半径5mm。特殊情况参考结构设计要求。

3. 根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。根 据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区。

4. 布局操作的基本原则 A. 遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优 先布局． B. 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件． C. 布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短，关键信号线最短;高电压、大电流信号 与小电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信 号分开；高频元器件的间隔要充分． D. 相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局； E. 按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；

软件说明

发送端：

实物展示说明

接收端

发射端