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利用PLL(LM567)做频率解调的实例

作者:佚名   来源:本站原创   点击数:x  更新时间:2012年10月10日   【字体:


    这是最近做的一个很有意思的案子,是一个玩具上用的蓝牙控制器。


    条件限定为:一个MONO的蓝牙音频模块,把它做成蓝牙遥控器,而且,控制的时候还要播放主机走蓝牙过来的声音。

    同时,这个蓝牙模块没有数据片可以走,直接输出载着直流的音频差分信号。

    讨论的结果就是,在要播放的声音里混音进人耳听不到的频率部分,然后在蓝牙音频模块输出端把数据解调出来。


解调部分

 

 
    核心部分就是LM567的解调端,中心频率设定在人耳基本听不到的18.5Khz

    核心的部分是音调检测,用了一款NS家很老的专门做音调检测的LM567。




 
其原理就是利用本地RC震荡产生一个频率,与输入频率进行鉴频,8脚是专门做鉴频输出用。

f0的公式电容用uF,电阻用KOmh,频率为kHz


 
算出来18.5Khz下
Cx=6.8nF
Rx=7.5K
但实际调试的时候RX建议用10K的微调电阻,因为其他器件可能会有误差

 
带宽跟C2和输入信号的有效值有关。
Vi是直接取蓝牙输出的还没过功放的小信号,振幅很小,所以实际上电路的带宽会很小,这是有利于做频率辨识的,以防谐波以及声音文件里夹杂的各种频率信号的干扰。
这里C2用的0.1uF,C3用的10uF。测量出来带宽在500~1kHz左右。

电源用5V,跟后端解码的单片机电压一致。
有18.5Khz输入的时候,8脚输出低电平。

焊好的板子如下~





声音部分

首先用一个叫做SweepGen的软件来做音频发生,用Total Recorder的虚拟声卡映射把生成的声音捕捉下来。

 

 
注意SweepGen和Total Recoder默认的电平和音量不是0db,记得调节到0db的原始声音状态。
SweepGen里面记得把波形设置成正弦,因为18.5Khz的方波的谐波能听出来。
编辑声音妥妥的就得靠Adobe Audition了,cool edit是它的前身。其实声音生产也可以用它,只是我没找到在哪生成正弦波形。

 
 
 

 
Audition里面可以看到,剪辑的声音频谱落点很明显。



解调部分

因为播放器在播放的时候可能会淡出淡入,以及蓝牙模块刚开始播放的时候会开启内部codec所以正式的编码数据前要加一段静音。

 
经过测试,18.5Khz的信号要维持50ms以上,LM567的输出低电平才跟着18.5Khz的持续时间接近,所以一帧数据长度暂时设置为50ms。

 
由于无输入的时候解调部分输出为高,所以同步头用一个低电平来做下降沿触发,在触发MCU这边的中断后对IO进行采样,1ms采样一次,50ms为一个帧,算上采样内执行延时,一帧共采样32次,超过16次为低就认为是0。

 
MCU用的是8051核的新塘N79E8132,2块钱一颗的单片机

 
采样的代码段:
for (cntbit=0;cntbit<8;cntbit++)
{
sample=0;
   for(samcnt=0;samcnt<32;samcnt++)
{
    sample=sample+(P0&0X1);        //
    Delay1ms(1);              //read process
}//
//printf("sample%d = %d \n",cntbit,sample);
if(sample <16)   //HIGH/LOW LEVEL SET
{
state_t=state_t | (0x1<<cntbit);   
}   
}

 
这里的delay是新塘的bsp包里用定时器标志位来做的,并且用一个IO反转测过执行延时才得出32次循环50ms的结果。
RC的频率是22M。
同步头设定为0101,后面四位作为命令位

 
比如01011110的波形就是下图

 
 

 

 

头尾1秒静音用来避免播放器的截头截尾效应导致数据不全。

 
下图是用示波器测蓝牙的音频输出和解调器的输出

 
 

 
黄色的CH1是解调器输出,蓝色的CH2是音频输入

 
下图是另外一组01011101的波形

 

 

 
基本出来这个波形,解调就不是问题了。

 

 
延时问题

如果你真的需要用LM567,以下这个问题你必须要考虑

 
咱们看图

 
 
 

 
LM567的鉴频脚 PIN8的锁定延时以及失锁以后恢复高电平的延时如图

 
锁定延时大概5ms

 
失锁的延时大概是10ms

 
而且锁定延时和失锁延时会浮动,不是每一次都一样。观察下来的结果,这个浮动多的时候会到上面数据的50%之多。

 
也就是表明,你的最小帧长度必须大于15ms的2倍+帧持续长度

 
这也是为什么一帧数据要50ms之长,并且要在一帧的采样周期里采样这么多次,还得用阈值来判别采样期间的电平的原因。
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