一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)。現(xiàn)有可見光音頻傳輸系統(tǒng)運行和維護(hù)成本高，抗干擾性差。本實用新型由麥克風(fēng)接收外界聲音，輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由調(diào)制模塊對數(shù)字量調(diào)制后借助發(fā)射電路模塊將調(diào)制信號加載到LED光上發(fā)射出去；由硅光電池接收調(diào)制光信號，并通過接收電路模塊將調(diào)制光信號轉(zhuǎn)化為電信號，解調(diào)模塊再將電信號解調(diào)后輸入波形整形模塊，還原出數(shù)字量，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，最后通過功率放大器放大后驅(qū)動揚聲器；調(diào)制模塊和解調(diào)模塊均采用CD4046鎖相環(huán)。本實用新型利用CD4046鎖相環(huán)進(jìn)行頻率的調(diào)制與解調(diào)，方便易行，利用LED光進(jìn)行信號傳輸，保密性好。
【專利說明】
一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種可見光音頻傳輸系統(tǒng)，尤其涉及一種利用鎖相環(huán)對數(shù)字信號 進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，它具有節(jié)能、環(huán)保、體積小、壽命長等諸多 優(yōu)點，有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著LED技術(shù)的不斷進(jìn)步，它被認(rèn)為會最終取代現(xiàn)有的照明設(shè) 備，并且由于它的高速可調(diào)制性，基于它的可見光通信技術(shù)也得到了很好的發(fā)展。
[0003] 音頻的傳輸方式有很多，現(xiàn)有的音箱或耳機(jī)等音頻播放設(shè)備主要分為有線和無線 兩大類。傳統(tǒng)的有線設(shè)備除了要接電源線以外還要接專門的音頻信號線，靈活性差且不方 便。而像基于WIFI、射頻或藍(lán)牙的無線設(shè)備要求特定的設(shè)備或場合下才可使用，且保密性不 好，易受外界干擾，這大大限制了這些無線設(shè)備的廣泛應(yīng)用，致使它們不能很好地得到推 廣。
[0004] 近年出現(xiàn)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)多采用復(fù)雜的調(diào)制和解調(diào)方式，使得系統(tǒng)的運行 和維護(hù)成本很高。有的系統(tǒng)雖然實現(xiàn)方式簡單，但是抗干擾性較差且不可靠。研究一種簡單 易行且穩(wěn)定可靠的音頻傳輸系統(tǒng)尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用鎖相環(huán)進(jìn)行頻率調(diào) 制和解調(diào)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)。
[0006] 本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：
[0007] 本實用新型包括發(fā)射部分的麥克風(fēng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制模塊和發(fā)射電路模塊，接 收部分的接收電路模塊、解調(diào)模塊、波形整形模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。所述的發(fā)射部分由麥克 風(fēng)接收外界聲音，輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由調(diào)制模塊對數(shù)字量進(jìn) 行調(diào)制后借助發(fā)射電路模塊將調(diào)制信號加載到LED光上發(fā)射出去;所述的接收部分由硅光 電池接收調(diào)制光信號，并通過接收電路模塊將調(diào)制光信號轉(zhuǎn)化為電信號，解調(diào)模塊再將電 信號解調(diào)后輸入到波形整形模塊，還原出發(fā)射部分的數(shù)字量，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模 擬音頻信號，最后通過功率放大器放大后驅(qū)動揚聲器工作;所述調(diào)制模塊和解調(diào)模塊的核 心均采用⑶4046鎖相環(huán)。
[0008] 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用第一語音編解碼芯片，型號為PT8A3121，第一語音編解 碼芯片的引腳OSCI與第一電容Cl和第一晶振的一端相連，第一電容Cl的另一端接第二電容 C2的一端并接地;第二電容C2和第一晶振的另一端均接第一語音編解碼芯片的引腳OS⑶； 第一語音編解碼芯片的引腳BIAS接引腳AIP、第三電容C3和第四電容C4的一端，第三電容C3 和第四電容C4的另一端均接地;麥克風(fēng)的一端接地，另一端與第一電阻Rl和第五電容C5的 一端相連，第一電阻Rl的另一端接供電電壓，C5的另一端與可變電阻R2的一個固定端相接； 可變電阻R2的活動端和另一個固定端直接與第一語音編解碼芯片的模擬輸入引腳AIN相 連，同時還經(jīng)第六電容C6和第三電阻R3的并聯(lián)電路與第一語音編解碼芯片的引腳AOUT構(gòu)成 反饋回路;第一語音編解碼芯片的引腳GND接地;第一語音編解碼芯片的引腳DVCC與AVCC均 接供電電壓，第七電容C7與第八極性電容C8的正極均接AVCC，第七電容C7的另一端與第八 極性電容C8的負(fù)極均接地;第一語音編解碼芯片的引腳DIR和FS分別通過一個控制開關(guān)接 地。
[0009] 所述調(diào)制模塊的核心是利用了 CD4046鎖相環(huán)來實現(xiàn)數(shù)字信號的頻率調(diào)制。模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)第六電阻R6輸入到第一運算放大器的反相輸入端。第一運算放大 器的正相輸入端接第四電阻R4和第五電阻R5的一端，第四電阻R4的另一端接供電電壓VCC， 第五電阻R5的另一端接地;第七電阻R7的一端接第一運算放大器的反相輸入端，另一端接 第一運算放大器的輸出端和第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的控制引腳VCIN;第一鎖相環(huán)的待比 較信號輸入引腳AIN接供電電壓，比較信號輸入引腳BIN與壓控振蕩器的輸出引腳VCOUT直 接連接，兩個振蕩電容接入引腳CA和CB通過第九電容C9連接，引腳Rl與第八電阻R8的一端 連接;第八電阻R8的另一端及第一鎖相環(huán)的引腳INH均接地。鎖相環(huán)的相位比較引腳PCl接 第十電容ClO后作為調(diào)頻信號輸出端，輸出瞬時頻率ω(〇=ω〇+Δ ω，其中，ω〇為壓控振蕩 器的輸出引腳VCOUT在第一運算放大器的參考電壓下工作的輸出頻率，由第九電容C9和第 八電阻R8決定；△ ω為壓控振蕩器的控制引腳輸入的信號電壓偏離參考電壓時的頻率偏移 量。
[0010] 所述調(diào)制模塊輸出的調(diào)頻信號經(jīng)第十二極性電容C12輸入發(fā)射電路模塊，并送到 穩(wěn)壓器的公共輸入端;第十電阻RlO的一端、可變電阻R9的一個固定端接穩(wěn)壓器的公共輸入 端;第十電阻RlO的另一端、第十三極性電容C13的正極以及發(fā)光二極管Dl的正極均接穩(wěn)壓 器的輸出端;可變電阻R9的活動端及另一個固定端、第十三極性電容C13的負(fù)極、發(fā)光二極 管Dl的負(fù)極連接并接地;穩(wěn)壓器的輸入端與第十一電容Cll的一端連接并接供電電壓;第十 一電容Cll的另一端接地;穩(wěn)壓器調(diào)制后的輸出電壓通過發(fā)光二極管Dl發(fā)射調(diào)制光信號。 [0011]所述的接收電路模塊利用硅光電池D2接收調(diào)制光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過 前置放大器和濾波去噪器對電信號進(jìn)行處理后再由濾波去噪器的電信號輸出端輸出。所述 前置放大器的反相輸入端接娃光電池D2的負(fù)極和第^ 電阻Rl 1的一端；前置放大器的輸 出端接第十一電阻Rll的另一端和濾波去噪器的反相輸入端;所述濾波去噪器的正相輸入 端接第十二電阻R12和第十三電阻R13的一端;第十二電阻R12的另一端接供電電壓;前置放 大器的正相輸入端、硅光電池D2的正極和第十三電阻R13的另一端均接地。
[0012]所述的解調(diào)模塊從第十四電容C14一端接收頻率不同的電信號，經(jīng)過第二運算放 大器放大后送入第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳ΑΙΝ。所述第二運算放大器的正相輸入端接第 十四電阻R14和第十五電阻R15的一端，第十四電阻R14的另一端接供電電壓VCC，第十五電 阻R15的另一端接地;所述第二運算放大器的反相輸入端接第十六電阻R16和第十七電阻 R17的一端，第十六電阻R16的另一端與第十四電容C14的另一端相接;第十七電阻R17的另 一端接第二運算放大器的輸出端和第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳ΑΙΝ;第二鎖相環(huán)的引腳BIN 接引腳VCOUT，引腳CA和CB接第十五電容C15的兩端，引腳Rl經(jīng)第十八電阻R18接地，引腳PC2 串聯(lián)第十九電阻R19和第十六電容C16后接地，引腳INH直接接地;第十九電阻R19和第十六 電容C16之間引出連線接第二鎖相環(huán)的引腳VCIN，并作為解調(diào)信號輸出端。設(shè)置第十五電容 C15和第十八電阻R18,使第二鎖相環(huán)中壓控振蕩器的中心頻率等于調(diào)制模塊的第一鎖相環(huán) 中壓控振蕩器的中心頻率ω〇。電信號輸入第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳AIN，與第二鎖相環(huán) 中壓控振蕩器的中心頻率ω〇形成固有頻差△ ω'，第二鎖相環(huán)的解調(diào)信號輸出端電壓 = ，其中u(t)為調(diào)制模塊的第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的控制引腳在t時刻 的電壓，l/ko為解調(diào)系數(shù)。
[0013]所述的波形整形模塊包括第三運算放大器、施密特觸發(fā)器和第一比較器Y;所述的 施密特觸發(fā)器包括第二比較器X、第一限幅二極管D3和第二限幅二極管D4。第二比較器X的 反相輸入端接解調(diào)模塊的解調(diào)信號輸出端，且第二比較器的反相輸入端經(jīng)第二十二電阻 R22接地;第二比較器的正相輸入端與第二十電阻R20和第二十一電阻R21的一端相連，第二 十電阻R20的另一端接第一限幅二極管D3的正極、第二限幅二極管D4的負(fù)極和第三運算放 大器的輸出端;第二比較器的輸出端接第二十三電阻R23和第二十四電阻R24的一端，第二 十三電阻R23的另一端接供電電壓；第二十四電阻R24的另一端接第一限幅二極管D3的負(fù) 極、第二十一電阻R21的另一端、第二限幅二極管D4的正極和第一比較器Y的反相輸入端;第 一比較器的正相輸入端和第三運算放大器的輸出端相連;第三運算放大器的反相輸入端直 接和它的輸出端相接;第一比較器的輸出端設(shè)為整形信號輸出端E且經(jīng)第二十七電阻R27與 供電電壓相連;第三運算放大器的正相輸入端接第二十五電阻R25和第二十六電阻R26的一 端，第二十五電阻R25的另一端接VCC，第二十六電阻R26的另一端接地;第十七電容C17與第 二十六電阻R26并聯(lián)。
[0014]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的核心為第二語音編解碼芯片，型號PT8A3121。解調(diào)模塊的整 形信號輸出端接第二語音編解碼芯片的引腳DATA;第二語音編解碼芯片的引腳OSCI與第十 八電容C18和第二晶振的一端相連，第十八電容C18的另一端接第十九電容C19的一端并接 地;第十九電容C19和第二晶振的另一端均接第二語音編解碼芯片的引腳0SC0;第二語音編 解碼芯片的引腳FS和DIR分別經(jīng)一個控制開關(guān)接地；第二語音編解碼芯片的引腳DVCC和 AVCC均接供電電壓，第二十三電容C23的一端與第二十四極性電容C24的正極均接AVCC，第 二十三電容C23的另一端與第二十四極性電容C24的負(fù)極均接地;第二語音編解碼芯片的引 腳GND接地。第二語音編解碼芯片的引腳BIP接引腳BIAS輸出的偏置電壓bias;第二語音編 解碼芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出引腳DAOUT串聯(lián)第二十電容C20和第二十八電阻R28、第二十九電 阻R29后接到第二語音編解碼芯片的引腳BIN;第二^^一電容C21的一端與第二十八電阻R28 和第二十九電阻R29的公共端相連，另一端接地;第二語音編解碼芯片的引腳BIN和模擬音 頻信號輸出引腳BOUT經(jīng)第二十二電容C22連接;第三十電阻R30的一端接第二十八電阻R28 和第二十九電阻R29的公共端，另一端和第二語音編解碼芯片的引腳BOUT-起接到第二十 五極性電容C25的正極;可變電阻R31的一個固定端與第二十五極性電容C25的負(fù)極相接，另 一個固定端與功率放大器的反相輸入端連接并接地;可變電阻R31的活動端接功率放大器 的正相輸入端;功率放大器的輸出端經(jīng)第二十六極性電容C26驅(qū)動揚聲器，同時經(jīng)第二十七 電容C27和第三十二電阻R32接地。當(dāng)引腳DIR變?yōu)楦唠娖綍r，在引腳DATA輸入的整形信號將 會轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號從模擬音頻信號輸出引腳BOUT輸出，并通過后續(xù)電路驅(qū)動揚聲器工 作。
[0015] 本實用新型具有的有益效果：
[0016] 本實用新型利用CD4046鎖相環(huán)進(jìn)行頻率的調(diào)制與解調(diào)，方便易行;輸入的模擬音 頻信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為數(shù)字信號，對數(shù)字信號進(jìn)行頻率調(diào)制具有很好的抗干擾性，使系統(tǒng) 更加穩(wěn)定可靠。利用LED光進(jìn)行信號的傳輸不但可以滿足照明的需要，而且可以避免信息的 泄露，保密性很好。當(dāng)在發(fā)射部分輸入音頻信號時，凡是光照射到的地方都可用接收裝置接 收到輸入的音頻，這樣加大了使用的靈活性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018] 圖2是本實用新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路圖。
[0019] 圖3-1是本實用新型的調(diào)制模塊電路圖。
[0020] 圖3-2是本實用新型的發(fā)射電路模塊電路圖。
[0021 ]圖4-1是本實用新型的接收電路模塊電路圖。
[0022] 圖4-2是本實用新型的解調(diào)模塊電路圖。
[0023] 圖5是本實用新型的波形整形模塊電路圖。
[0024] 圖6是本實用新型的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做詳細(xì)說明。
[0026] 參照圖1，一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射部分的麥克風(fēng)MIC、模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1、調(diào)制模塊2和發(fā)射電路模塊3,接收部分的接收電路模塊4、解調(diào)模塊5、波形整 形模塊6和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7。發(fā)射部分由麥克風(fēng)MIC接收外界聲音，輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1將 模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由調(diào)制模塊2對數(shù)字量進(jìn)行調(diào)制后借助發(fā)射電路模塊3將調(diào)制信號 加載到LED光上發(fā)射出去;接收部分由硅光電池接收調(diào)制光信號，并通過接收電路模塊4將 調(diào)制光信號轉(zhuǎn)化為電信號，解調(diào)模塊5再將電信號解調(diào)后輸入到波形整形模塊6,這樣就可 還原出發(fā)射部分的數(shù)字量，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，最后通過功率放大器 PA放大后驅(qū)動揚聲器Y工作。
[0027]圖2是模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1的電路圖，第一語音編解碼芯片（型號PT8A3121)的引腳OSCI 與第一電容Cl和第一晶振的一端相連，第一電容Cl的另一端接第二電容C2的一端并接地； 第二電容C2和第一晶振的另一端均接第一語音編解碼芯片的引腳0SC0;第一語音編解碼芯 片的引腳BIAS接引腳AIP、第三電容C3和第四電容C4的一端，第三電容C3和第四電容C4的另 一端均接地;麥克風(fēng)的一端接地，另一端與第一電阻Rl和第五電容C5的一端相連，第一電阻 Rl的另一端接供電電壓，C5的另一端與可變電阻R2的一個固定端相接;可變電阻R2的活動 端和另一個固定端直接與第一語音編解碼芯片的模擬輸入引腳AIN相連，同時還經(jīng)第六電 容C6和第三電阻R3的并聯(lián)電路與第一語音編解碼芯片的引腳AOUT構(gòu)成反饋回路;第一語音 編解碼芯片的引腳GND接地;第一語音編解碼芯片的引腳DVCC與AVCC均接供電電壓，第七電 容C7與第八極性電容C8的正極均接AVCC，第七電容C7的另一端與第八極性電容C8的負(fù)極均 接地;第一語音編解碼芯片的引腳DIR通過控制開關(guān)接地。當(dāng)引腳DIR為低電平時，麥克風(fēng)采 集到的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量由引腳DATA(A端)輸出。此外，第一語音編解碼芯片還提 供兩種采樣頻率(分別為第一晶振的晶振頻率的1/128和1/64)，可由引腳FS來完成選擇，弓丨 腳FS經(jīng)控制開關(guān)接地。
[0028] 圖3-1、3_2分別給出了發(fā)射部分的調(diào)制模塊和發(fā)射電路模塊電路圖。如圖3-1所 示，調(diào)制模塊的核心是利用了 CD4046鎖相環(huán)來實現(xiàn)數(shù)字信號的頻率調(diào)制。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊1轉(zhuǎn) 換后的數(shù)字量從A端輸入，經(jīng)第六電阻R6接到第一運算放大器(型號LM324)的反相輸入端。 第一運算放大器的正相輸入端接第四電阻R4和第五電阻R5的一端，第四電阻R4的另一端接 供電電壓VCC，第五電阻R5的另一端接地;第七電阻R7的一端接第一運算放大器的反相輸入 端，另一端接第一運算放大器的輸出端和第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的控制引腳VCIN;第一 運算放大器的參考電壓由R4和R5的比值調(diào)節(jié)，第一運算放大器的放大量由R7和R6的比值決 定。第一運算放大器的作用是調(diào)節(jié)壓控振蕩器的控制引腳電壓，從而改變壓控振蕩器的輸 出頻率。第一鎖相環(huán)的待比較信號輸入引腳AIN接供電電壓，比較信號輸入引腳BIN與壓控 振蕩器的輸出引腳VCOUT直接連接，兩個振蕩電容接入引腳CA和CB通過第九電容C9連接，弓丨 腳Rl與第八電阻R8的一端連接;第八電阻R8的另一端及第一鎖相環(huán)的引腳INH均接地，使壓 控振蕩器正常工作。鎖相環(huán)的相位比較引腳PCl接第十電容ClO后作為調(diào)頻信號輸出端B，輸 出瞬時頻率(〇(〇=?〇+八（〇，其中，(〇 ()為壓控振蕩器的輸出引腳￥0)1]1'在第一運算放大器 的參考電壓下工作的輸出頻率，由C9和R8綜合決定；△ ω為壓控振蕩器的控制引腳輸入的 信號電壓偏離參考電壓時的頻率偏移量。這樣，數(shù)字信號就調(diào)制為兩種頻率(〇代表一種，1 代表一種)的調(diào)頻信號。
[0029] 如圖3-2所示，調(diào)制模塊輸出的調(diào)頻信號經(jīng)第十二極性電容C12輸入發(fā)射電路模 塊，并送到穩(wěn)壓器(型號7805)的公共輸入端，其中第十二極性電容C12的正極接穩(wěn)壓器的公 共端，負(fù)極輸入調(diào)頻信號;第十電阻RlO的一端、可變電阻R9的一個固定端接穩(wěn)壓器的公共 輸入端;第十電阻RlO的另一端、第十三極性電容C13的正極以及發(fā)光二極管Dl的正極均接 穩(wěn)壓器的輸出端;可變電阻R9的活動端及另一個固定端、第十三極性電容C13的負(fù)極、發(fā)光 二極管Dl的負(fù)極連接并接地;穩(wěn)壓器的輸入端與第十一電容Cll的一端連接并接供電電壓； 第十一電容Cll的另一端接地;穩(wěn)壓器調(diào)制后的輸出電壓通過發(fā)光二極管Dl發(fā)射調(diào)制光信 號。
[0030] 圖4-1、4-2分別給出了接收部分的接收電路模塊4和解調(diào)模塊5電路圖。如圖4-1所 示，接收電路模塊利用硅光電池D2接收調(diào)制光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號。為了加大硅光電 池D2的接收范圍，還可在硅光電池上安裝菲涅爾透鏡。由于硅光電池D2輸出的電信號非常 微弱，因而需要通過前置放大器(型號0ΡΑ380)和濾波去噪器(型號0ΡΑ350)對電信號進(jìn)行處 理后再由濾波去噪器的電信號輸出端C輸出。前置放大器的反相輸入端接娃光電池D2的負(fù) 極和第十一電阻Rll的一端;前置放大器的輸出端接第十一電阻Rll的另一端和濾波去噪器 的反相輸入端;濾波去噪器的正相輸入端接第十二電阻R12和第十三電阻R13的一端;第十 二電阻Rl 2的另一端接供電電壓;前置放大器的正相輸入端、娃光電池D2的正極和第十三電 阻R13的另一端均接地。
[0031] 如圖4-2所示，解調(diào)模塊5的核心也是⑶4046鎖相環(huán)，它的解調(diào)原理是用鎖相環(huán)始 終對接收電路模塊傳來的電信號進(jìn)行頻率鎖定或跟蹤。從第十四電容C14 一端(C端)接收頻 率不同的電信號，經(jīng)過第二運算放大器(型號LM324)放大后送入第二鎖相環(huán)的信號輸入引 腳ΑΙΝ。第二運算放大器的正相輸入端接第十四電阻R14和第十五電阻R15的一端，第十四電 阻R14的另一端接供電電壓VCC，第十五電阻R15的另一端接地;第二運算放大器的反相輸入 端接第十六電阻R16和第十七電阻R17的一端，第十六電阻R16的另一端與第十四電容C14的 另一端相接;第十七電阻R17的另一端接第二運算放大器的輸出端和第二鎖相環(huán)的信號輸 入引腳AIN;第二鎖相環(huán)的引腳BIN接引腳VCOUT，引腳CA和CB接第十五電容C15的兩端，引腳 Rl經(jīng)第十八電阻R18接地，引腳PC2串聯(lián)第十九電阻R19和第十六電容C16后接地，引腳INH直 接接地;第十九電阻R19和第十六電容C16之間引出連線接第二鎖相環(huán)的引腳VCIN，并作為 解調(diào)信號輸出端D。設(shè)置C15和R18,使第二鎖相環(huán)中壓控振蕩器的中心頻率等于調(diào)制模塊的 第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的中心頻率 ω Q。電信號輸入第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳AIN，與 第二鎖相環(huán)中壓控振蕩器的中心頻率ω〇形成固有頻差△ ω'，而對于理想的鎖相環(huán)，有解 調(diào)信號輸出端電壓= ，其中u(t)為調(diào)制模塊的第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器 的控制引腳在t時刻的電壓，I /ko為解調(diào)系數(shù)。
[0032] 參看圖5,雖然解調(diào)模塊5解調(diào)后的波形大致與調(diào)制前的數(shù)字信號相同，但在高、低 電平處都有震蕩，所以還應(yīng)該對信號進(jìn)行波形整形。波形整形模塊6包括第三運算放大器 (型號LM324)、施密特觸發(fā)器和第一比較器Y(型號LM393);施密特觸發(fā)器包括第二比較器X (型號LM393)、第一限幅二極管D3和第二限幅二極管D4。第三運算放大器的作用是通過第二 十電阻R20和第二十一電阻R21的比值調(diào)節(jié)給施密特觸發(fā)器和第一比較器提供一個參考電 壓，該參考電壓與第一運算放大器的參考電壓相等。第二比較器X的反相輸入端接解調(diào)模塊 5的解調(diào)信號輸出端，且第二比較器的反相輸入端經(jīng)第二十二電阻R22接地;第二比較器的 正相輸入端與第二十電阻R20和第二十一電阻R21的一端相連，第二十電阻R20的另一端接 第一限幅二極管D3的正極、第二限幅二極管D4的負(fù)極和第三運算放大器的輸出端；第二比 較器的輸出端接第二十三電阻R23和第二十四電阻R24的一端，第二十三電阻R23的另一端 接供電電壓;第二十四電阻R24的另一端接第一限幅二極管D3的負(fù)極、第二十一電阻R21的 另一端、第二限幅二極管D4的正極和第一比較器Y的反相輸入端;第一比較器的正相輸入端 和第三運算放大器的輸出端相連;第三運算放大器的反相輸入端直接和它的輸出端相接； 第一比較器的輸出端設(shè)為整形信號輸出端E且經(jīng)第二十七電阻R27與供電電壓相連;第三運 算放大器的正相輸入端接第二十五電阻R25和第二十六電阻R26的一端，R25的另一端接 VCC，R26的另一端接地;第十七電容C17與第二十六電阻R26并聯(lián)；當(dāng)?shù)诙容^器X的反相輸 入端為高電平時，第二比較器的輸出端為低電平，D3導(dǎo)通，D4截止，第一比較器的輸出端為 高電平，只有第二比較器X的反相輸入端電壓小于低閾值電壓時才會發(fā)生電平的轉(zhuǎn)換；當(dāng)?shù)?二比較器X的反相輸入端為低電平時，第二比較器的輸出端為高電平，D4導(dǎo)通，D3截止，第一 比較器的的輸出為低電平，只有第二比較器X的反相輸入端電壓大于高閾值電壓時才會發(fā) 生電平的轉(zhuǎn)換。通過兩個限幅二極管的導(dǎo)通與截止，可以實現(xiàn)高、低閾值電壓的相互轉(zhuǎn)換， 容差為二者之差。這樣就實現(xiàn)了解調(diào)信號的方波整形。
[0033] 圖6是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7的電路圖。解調(diào)模塊5的整形信號輸出端接第二語音編解碼 芯片（型號PT8A3121)的引腳DATA;第二語音編解碼芯片的引腳OSCI與第十八電容C18和第 二晶振的一端相連，第十八電容C18的另一端接第十九電容C19的一端并接地;第十九電容 C19和第二晶振的另一端均接第二語音編解碼芯片的引腳OS⑶;第二語音編解碼芯片的引 腳FS和DIR分別經(jīng)一個控制開關(guān)接地;第二語音編解碼芯片的引腳DVCC和AVCC均接供電電 壓，第二十三電容C23的一端與第二十四極性電容C24的正極均接AVCC，第二十三電容C23的 另一端與第二十四極性電容C24的負(fù)極均接地;第二語音編解碼芯片的引腳GND接地。第二 語音編解碼芯片的引腳BIP接引腳BIAS輸出的偏置電壓bias;第二語音編解碼芯片的數(shù)模 轉(zhuǎn)換輸出引腳DAOUT串聯(lián)第二十電容C20和第二十八電阻R28、第二十九電阻R29后接到第二 語音編解碼芯片的引腳BIN;第二^^一電容C21的一端與R28和R29的公共端相連，另一端接 地;第二語音編解碼芯片的引腳BIN和模擬音頻信號輸出引腳BOUT經(jīng)第二十二電容C22連 接;第三十電阻R30的一端接R28和R29的公共端，另一端和第二語音編解碼芯片的引腳BOUT 一起接到第二十五極性電容C25的正極;可變電阻R31的一個固定端與C25的負(fù)極相接，另一 個固定端與功率放大器(型號LM386)的反相輸入端連接并接地;可變電阻R31的活動端接功 率放大器的正相輸入端;功率放大器的輸出端經(jīng)第二十六極性電容C26驅(qū)動揚聲器，同時經(jīng) 第二十七電容C27和第三十二電阻R32接地。當(dāng)引腳DIR變?yōu)楦唠娖綍r，在引腳DATA輸入的整 形信號將會轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號從模擬音頻信號輸出引腳BOUT輸出，并通過后續(xù)電路驅(qū)動 揚聲器工作。
【主權(quán)項】
1. 一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射部分的麥克風(fēng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、調(diào) 制模塊和發(fā)射電路模塊，接收部分的接收電路模塊、解調(diào)模塊、波形整形模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模 塊，其特征在于:所述的發(fā)射部分由麥克風(fēng)接收外界聲音，輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量，再由調(diào)制模塊對數(shù)字量進(jìn)行調(diào)制后借助發(fā)射電路模塊將調(diào)制信號加載到LED 光上發(fā)射出去;所述的接收部分由娃光電池接收調(diào)制光信號，并通過接收電路模塊將調(diào)制 光信號轉(zhuǎn)化為電信號，解調(diào)模塊再將電信號解調(diào)后輸入到波形整形模塊，還原出發(fā)射部分 的數(shù)字量，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，最后通過功率放大器放大后驅(qū)動揚聲 器工作;所述調(diào)制模塊和解調(diào)模塊的核屯、均采用CD4046鎖相環(huán)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用第一語音編解碼忍片，型號為PT8A3121，第一語音編解碼忍片的引腳 OSCI與第一電容Cl和第一晶振的一端相連，第一電容Cl的另一端接第二電容C2的一端并接 地;第二電容C2和第一晶振的另一端均接第一語音編解碼忍片的引腳OSCO;第一語音編解 碼忍片的引腳BIAS接引腳AIP、第S電容C3和第四電容C4的一端，第S電容C3和第四電容C4 的另一端均接地;麥克風(fēng)的一端接地，另一端與第一電阻Rl和第五電容巧的一端相連，第一 電阻Rl的另一端接供電電壓，C5的另一端與可變電阻R2的一個固定端相接;可變電阻R2的 活動端和另一個固定端直接與第一語音編解碼忍片的模擬輸入引腳AIN相連，同時還經(jīng)第 六電容C6和第S電阻R3的并聯(lián)電路與第一語音編解碼忍片的引腳AOUT構(gòu)成反饋回路;第一 語音編解碼忍片的引腳GND接地;第一語音編解碼忍片的引腳DVCC與AVCC均接供電電壓，第 屯電容C7與第八極性電容C8的正極均接AVCC，第屯電容C7的另一端與第八極性電容C8的負(fù) 極均接地;第一語音編解碼忍片的引腳DIR和FS分別通過一個控制開關(guān)接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào) 制模塊的核屯、是利用了 CD4046鎖相環(huán)來實現(xiàn)數(shù)字信號的頻率調(diào)制;模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字量經(jīng)第六電阻R6輸入到第一運算放大器的反相輸入端;第一運算放大器的正相輸入端 接第四電阻R4和第五電阻R5的一端，第四電阻R4的另一端接供電電壓VCC，第五電阻R5的另 一端接地;第屯電阻R7的一端接第一運算放大器的反相輸入端，另一端接第一運算放大器 的輸出端和第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的控制引腳VCIN;第一鎖相環(huán)的待比較信號輸入引腳 AI腳妾供電電壓，比較信號輸入引腳BIN與壓控振蕩器的輸出引腳VCOUT直接連接，兩個振蕩 電容接入引腳CA和CB通過第九電容C9連接，引腳Rl與第八電阻R8的一端連接;第八電阻R8 的另一端及第一鎖相環(huán)的引腳INH均接地;鎖相環(huán)的相位比較引腳PCl接第十電容ClO后作 為調(diào)頻信號輸出端，輸出瞬時頻率《(t) =CO 0+ A O，其中，O 0為壓控振蕩器的輸出引腳 VCOUT在第一運算放大器的參考電壓下工作的輸出頻率，由第九電容C9和第八電阻R8決定； A CO為壓控振蕩器的控制引腳輸入的信號電壓偏離參考電壓時的頻率偏移量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào) 制模塊輸出的調(diào)頻信號經(jīng)第十二極性電容C12輸入發(fā)射電路模塊，并送到穩(wěn)壓器的公共輸 入端;第十電阻RlO的一端、可變電阻R9的一個固定端接穩(wěn)壓器的公共輸入端;第十電阻RlO 的另一端、第十=極性電容C13的正極W及發(fā)光二極管Dl的正極均接穩(wěn)壓器的輸出端;可變 電阻R9的活動端及另一個固定端、第十=極性電容C13的負(fù)極、發(fā)光二極管Dl的負(fù)極連接并 接地;穩(wěn)壓器的輸入端與第十一電容Cll的一端連接并接供電電壓;第十一電容Cll的另一 端接地;穩(wěn)壓器調(diào)制后的輸出電壓通過發(fā)光二極管Dl發(fā)射調(diào)制光信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的 接收電路模塊利用娃光電池 D2接收調(diào)制光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過前置放大器和濾 波去噪器對電信號進(jìn)行處理后再由濾波去噪器的電信號輸出端輸出；所述前置放大器的反 相輸入端接娃光電池〇2的負(fù)極和第^ 電阻311的一端;前置放大器的輸出端接第^ 電 阻Rll的另一端和濾波去噪器的反相輸入端;所述濾波去噪器的正相輸入端接第十二電阻 R12和第十立電阻R13的一端;第十二電阻R12的另一端接供電電壓;前置放大器的正相輸入 端、娃光電池 D2的正極和第十=電阻Rl 3的另一端均接地。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的 解調(diào)模塊從第十四電容C14一端接收頻率不同的電信號，經(jīng)過第二運算放大器放大后送入 第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳AIN;所述第二運算放大器的正相輸入端接第十四電阻R14和第 十五電阻R15的一端，第十四電阻R14的另一端接供電電壓VCC，第十五電阻Rl 5的另一端接 地;所述第二運算放大器的反相輸入端接第十六電阻R16和第十屯電阻R17的一端，第十六 電阻R16的另一端與第十四電容C14的另一端相接;第十屯電阻R17的另一端接第二運算放 大器的輸出端和第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳AIN;第二鎖相環(huán)的引腳BIN接引腳VCOUT，引腳 CA和CB接第十五電容C15的兩端，引腳Rl經(jīng)第十八電阻R18接地，引腳PC2串聯(lián)第十九電阻 R19和第十六電容C16后接地，引腳INH直接接地;第十九電阻R19和第十六電容C16之間引出 連線接第二鎖相環(huán)的引腳VCIN，并作為解調(diào)信號輸出端;設(shè)置第十五電容C15和第十八電阻 R18,使第二鎖相環(huán)中壓控振蕩器的中屯、頻率等于調(diào)制模塊的第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的 中屯、頻率《0;電信號輸入第二鎖相環(huán)的信號輸入引腳AIN，與第二鎖相環(huán)中壓控振蕩器的 中屯、頻率《0形成固有頻差A(yù) ?/，第二鎖相環(huán)的解調(diào)信號輸出端電壓批）， 其中u(t)為調(diào)制模塊的第一鎖相環(huán)中壓控振蕩器的控制引腳在t時刻的電壓，1/ko為解調(diào) 系數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的 波形整形模塊包括第=運算放大器、施密特觸發(fā)器和第一比較器Y;所述的施密特觸發(fā)器包 括第二比較器X、第一限幅二極管D3和第二限幅二極管D4;第二比較器X的反相輸入端接解 調(diào)模塊的解調(diào)信號輸出端，且第二比較器的反相輸入端經(jīng)第二十二電阻R22接地;第二比較 器的正相輸入端與第二十電阻R20和第二十一電阻R21的一端相連，第二十電阻R20的另一 端接第一限幅二極管D3的正極、第二限幅二極管D4的負(fù)極和第S運算放大器的輸出端;第 二比較器的輸出端接第二十S電阻R23和第二十四電阻R24的一端，第二十S電阻R23的另 一端接供電電壓；第二十四電阻324的另一端接第一限幅二極管03的負(fù)極、第二^^一電阻 R21的另一端、第二限幅二極管D4的正極和第一比較器Y的反相輸入端;第一比較器的正相 輸入端和第=運算放大器的輸出端相連;第=運算放大器的反相輸入端直接和它的輸出端 相接;第一比較器的輸出端設(shè)為整形信號輸出端E且經(jīng)第二十屯電阻R27與供電電壓相連； 第=運算放大器的正相輸入端接第二十五電阻R25和第二十六電阻R26的一端，第二十五電 阻R25的另一端接VCC，第二十六電阻R26的另一端接地;第十屯電容C17與第二十六電阻R26 并聯(lián)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鎖相環(huán)的可見光音頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù) 模轉(zhuǎn)換模塊的核屯、為第二語音編解碼忍片，型號PT8A3121;解調(diào)模塊的整形信號輸出端接 第二語音編解碼忍片的引腳DATA;第二語音編解碼忍片的引腳OSCI與第十八電容C18和第 二晶振的一端相連，第十八電容C18的另一端接第十九電容C19的一端并接地;第十九電容 C19和第二晶振的另一端均接第二語音編解碼忍片的引腳OSCO;第二語音編解碼忍片的引 腳FS和DIR分別經(jīng)一個控制開關(guān)接地;第二語音編解碼忍片的引腳DVCC和AVCC均接供電電 壓，第二十S電容C23的一端與第二十四極性電容C24的正極均接AVCC，第二十S電容C23的 另一端與第二十四極性電容C24的負(fù)極均接地;第二語音編解碼忍片的引腳GND接地;第二 語音編解碼忍片的引腳BIP接引腳BIAS輸出的偏置電壓bias;第二語音編解碼忍片的數(shù)模 轉(zhuǎn)換輸出引腳DAOUT串聯(lián)第二十電容C20和第二十八電阻R28、第二十九電阻R29后接到第二 語音編解碼忍片的引腳BIN;第二^ 電容C21的一端與第二十八電阻R28和第二十九電阻 R29的公共端相連，另一端接地;第二語音編解碼忍片的引腳BIN和模擬音頻信號輸出引腳 BOUT經(jīng)第二十二電容C22連接;第S十電阻R30的一端接第二十八電阻R28和第二十九電阻 R29的公共端，另一端和第二語音編解碼忍片的引腳BOUT-起接到第二十五極性電容C25的 正極;可變電阻R31的一個固定端與第二十五極性電容C25的負(fù)極相接，另一個固定端與功 率放大器的反相輸入端連接并接地;可變電阻R31的活動端接功率放大器的正相輸入端;功 率放大器的輸出端經(jīng)第二十六極性電容C26驅(qū)動揚聲器，同時經(jīng)第二十屯電容C27和第立十 二電阻R32接地；當(dāng)引腳DIR變?yōu)楦唠娖綍r，在引腳DATA輸入的整形信號將會轉(zhuǎn)換為模擬音 頻信號從模擬音頻信號輸出引腳BOUT輸出，并通過后續(xù)電路驅(qū)動揚聲器工作。
【文檔編號】G10L19/008GK205545274SQ201620095514
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】張鈺, 衛(wèi)振奇, 胡萬鵬
【申請人】杭州電子科技大學(xué)