基于STC单片机和MC145170的VHF调频发射机设计

吴家烜

（黎明职业大学信息与电子工程学院，福建泉州362000）

基于STC单片机和MC145170的VHF调频发射机设计

吴家烜

（黎明职业大学信息与电子工程学院，福建泉州362000）

基于PLL频率合成的原理，研究了一种采用STC12C5A60S2单片机和MC145170实现VHF调频发射机的方法，提出硬件电路设计，可通过按键直接设置频率，并用LCD1602液晶显示发射频率，输出频率为60～90 MHz。最终实现基于STC单片机和锁相环的VHF调频发射机。

单片机；锁相环；调频

调频发射机广泛应用于FM广播、无线MIC、无线监控等，实现调频发射机的方法有多种多样，主要有基于直接频率合成技术、DDS技术、锁相环频率合成技术等。其中基于锁相环频率合成技术是目前使用最为广泛和成熟的技术，且具有性价比高、发射指标好、输出频率范围大及杂散抑制特性好等特点。

本文所讨论的就是一种基于PLL频率合成的原理，研究采用STC12C5A60S2单片机和MC145170实现VHF调频发射机的设计。

1 电路原理

基于锁相环频率合成器的调频发射机最重要的部分就是锁相环频率合成器。PLL（Phase Locked Loop）电路是用于生成与输入信号相位同步的新的信号电路。锁相环主要由3部分组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF），压控振荡器（VCO），其结构如图 1所示［1-2］。

图1 PLL频率合成器

由图1可知，晶振经过分频器分频后产生的标准输入频率fR与fv输出信号的分频信号进行相位比较，输出一个与其相位差成正比的误差电压，误差电压经低通滤波器滤除其中的高频成分和噪声，作为VCO的控制信号。VCO受控制电压影响，其输出频率向参考频率靠近，最终消除频率差而锁定［3］。

2 调频发射机设计

2.1 系统框图

基于PLL的调频发射机系统框图如图2所示。

图2 基于PLL的调频发射机系统框图

由图2可以看出，本电路的锁相环部分主要由锁相环芯片MC145170和VCO芯片MC1648两个芯片组成的锁相环频率合成电路，而MCU部分负责输送控制命令和实现显示键盘功能。晶振产生本振信号输送到芯片MC145170内部的分频器和鉴相器处理，而MC1648芯片产生一个压控振荡也送到MC145170芯片内部的分频器和鉴相器进行处理，在芯片MC145170的第13管脚输出一个信号，再经过环路滤波器，得到一个直流分量，该直流分量控制压控振荡器，从而达到了锁相目的。音频输入加载在VCO振荡电路上，射频信号通过一个高频放大器后发射出去。

2.2 关键电路设计及实现

2.2.1 环路滤波器设计与实现

为了简化电路设计，采用无源环路滤波器电路，电路如图3所示。由MC145170数据手册［4］可知，由

可求得环路滤波器参数R1、R2及C1。

图3 无源环路滤波器设计

2.2.2 VCO振荡器及高频放大设计

VCO振荡器及高频放大电路设计如图4所示。本电路的VCO部分采用MC1648集成VCO来实现。MC1648的最高振荡频率为225 MHz，可以满足本设计要求。从MC1648的差分振荡取出信号，送给MC145170用于分频后锁相，以稳定频率。根据振荡频率公式可以得到输出频率值，其电感是固定的。本设计中的调频载波频率变化范围为60～90 MHz，中心频率fo为75 MHz，波段覆盖范围为Kf=90/60=1.5，变容二极管的变比为Kc=Cmax/Cmin，一般要求Kc≥（Kf）2=2.25即可，本设计中采用变容二极管BB910可以满足要求。其中谐振频率的计算公式为

其中，电容C为两个变容二极管的串联值，高频放大电路采用高频三极管9018进行放大即可。

图4 VCO振荡器及高频放大设计

2.2.3 锁相环芯片和单片机控制设计

锁相环芯片和单片机控制部分电路图如图5。本电路的控制由单片机STC12C5A60S2为MCU，此单片机有4组I/O口，现分配P2为数据线，P1作为扫描式按键使用，P0作为LCD1602液晶的显示控制。单片机通过按键设置频率值，按下确定后，液晶会显示频率并通过数据线将控制数据送到MC145170，从而调整频率。

图5 MC145170设计与单片机连接

该发射机的编程对象主要是对MC145170进行的，其主程序流程如图6所示。为了保证该芯片正确工作，编程前需对芯片进行复位操作。复位后，就可以按照C、N、R的顺序进行3个寄存器的操作。这里取R的值为100，选定鉴相器工作频率为晶振频率的1/100（即100 kHz）。N值可按所需要的频率编程，由于本发射机的输出频率范围是60～90 MHz，因此该数值的设定值应在600～900之间。

图6 主程序流程

2.3 电路测试

首先将音频输入断开后的测试频率合成输出，调整MC145170旁的晶振的补偿电容，让单片机的频率设置值和频谱仪上扑捉的频率值一致。最后用RIGOL公司的DSA815频谱分析仪进行测试80 MHz时的输出特性，如图7所示。由图7可知，输出频率与单片机设置值一致，符合设计要求。且在60～90 MHz范围内频率可调。

图7 80 MHz时的输出频谱

3 小结

研究了一种采用STC12C5A60S2单片机和MC145170实现VHF调频发射机的方法，给出关键电路的设计和计算、测试结果。该电路结构简单，测试结果表明，频率设置范围为60～90 MHz，工作可靠高，成本较为低廉，且便于调试，其设计方法在无线电通信领域具有一定的应用价值。

［1］赵秋明.VHF波段频率合成器的设计与实现［J］.大众科技,2012（4）:26-28.

［2］远坂俊昭.锁相环（PLL）电路设计与应用［M］.何希才,译.北京:北京科学出版社,2006.

［3］平均芬.声表面波叉指换能器的研究与设计［J］.光电技术应用,2011（8）:45-48.

［4］余利志.带串口的锁相环频率合成器MC145170的应用［J］.电子产品世界,2002（16）:93-95.

Design of VHF FM transmitter based on STC MCU and MC145170

WU Jia-xuan
（Department of Information and Electronic Engineering,Liming Vocational University,Quanzhou 362000,China）

Based on the principle of PLL frequency synthesis,research a method of using STC12C5A60S2 MCU and MC145170 VHF FM transmitter,the paper proposes the design of the hardware circuit.This design can set up frequency and display with LCD1602.The output frequency range is from 60 MHz to 90 MHz,and we finally realized the VHF FM transmitter based on STCmcu and PLL.

MCU;PLL;FM

TN83

A

1008-0171（2017）05-0021-04

2017-03-27

泉州市科技局科技资助项目（2016G053）；福建省教育厅资助项目（JB12295）

吴家烜（1980-），男，福建泉州人，黎明职业大学讲师。

【责任编辑：任小平 renxp90@163.com】