一种基于锁相环的可见光音频传输系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于锁相环的可见光音频传输系统。现有可见光音频传输系统运行和维护成本高，抗干扰性差。本实用新型由麦克风接收外界声音，输入到模数转换模块将模拟量转换为数字量，再由调制模块对数字量调制后借助发射电路模块将调制信号加载到LED光上发射出去；由硅光电池接收调制光信号，并通过接收电路模块将调制光信号转化为电信号，解调模块再将电信号解调后输入波形整形模块，还原出数字量，再由数模转换模块转换成模拟音频信号，最后通过功率放大器放大后驱动扬声器；调制模块和解调模块均采用CD4046锁相环。本实用新型利用CD4046锁相环进行频率的调制与解调，方便易行，利用LED光进行信号传输，保密性好。
【专利说明】
一种基于锁相环的可见光音频传输系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种可见光音频传输系统，尤其涉及一种利用锁相环对数字信号 进行调制与解调的可见光音频传输系统。
【背景技术】
[0002] LED被称为第四代照明光源或绿色光源，它具有节能、环保、体积小、寿命长等诸多 优点，有着广泛的应用前景。随着LED技术的不断进步，它被认为会最终取代现有的照明设 备，并且由于它的高速可调制性，基于它的可见光通信技术也得到了很好的发展。
[0003] 音频的传输方式有很多，现有的音箱或耳机等音频播放设备主要分为有线和无线 两大类。传统的有线设备除了要接电源线以外还要接专门的音频信号线，灵活性差且不方 便。而像基于WIFI、射频或蓝牙的无线设备要求特定的设备或场合下才可使用，且保密性不 好，易受外界干扰，这大大限制了这些无线设备的广泛应用，致使它们不能很好地得到推 广。
[0004] 近年出现的可见光音频传输系统多采用复杂的调制和解调方式，使得系统的运行 和维护成本很高。有的系统虽然实现方式简单，但是抗干扰性较差且不可靠。研究一种简单 易行且稳定可靠的音频传输系统尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种利用锁相环进行频率调 制和解调的可见光音频传输系统。
[0006] 本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：
[0007] 本实用新型包括发射部分的麦克风、模数转换模块、调制模块和发射电路模块，接 收部分的接收电路模块、解调模块、波形整形模块和数模转换模块。所述的发射部分由麦克 风接收外界声音，输入到模数转换模块将模拟量转换为数字量，再由调制模块对数字量进 行调制后借助发射电路模块将调制信号加载到LED光上发射出去;所述的接收部分由硅光 电池接收调制光信号，并通过接收电路模块将调制光信号转化为电信号，解调模块再将电 信号解调后输入到波形整形模块，还原出发射部分的数字量，再由数模转换模块转换成模 拟音频信号，最后通过功率放大器放大后驱动扬声器工作;所述调制模块和解调模块的核 心均采用⑶4046锁相环。
[0008] 所述的模数转换模块采用第一语音编解码芯片，型号为PT8A3121，第一语音编解 码芯片的引脚OSCI与第一电容Cl和第一晶振的一端相连，第一电容Cl的另一端接第二电容 C2的一端并接地;第二电容C2和第一晶振的另一端均接第一语音编解码芯片的引脚OS⑶； 第一语音编解码芯片的引脚BIAS接引脚AIP、第三电容C3和第四电容C4的一端，第三电容C3 和第四电容C4的另一端均接地;麦克风的一端接地，另一端与第一电阻Rl和第五电容C5的 一端相连，第一电阻Rl的另一端接供电电压，C5的另一端与可变电阻R2的一个固定端相接； 可变电阻R2的活动端和另一个固定端直接与第一语音编解码芯片的模拟输入引脚AIN相 连，同时还经第六电容C6和第三电阻R3的并联电路与第一语音编解码芯片的引脚AOUT构成 反馈回路;第一语音编解码芯片的引脚GND接地;第一语音编解码芯片的引脚DVCC与AVCC均 接供电电压，第七电容C7与第八极性电容C8的正极均接AVCC，第七电容C7的另一端与第八 极性电容C8的负极均接地;第一语音编解码芯片的引脚DIR和FS分别通过一个控制开关接 地。
[0009] 所述调制模块的核心是利用了 CD4046锁相环来实现数字信号的频率调制。模数转 换模块转换后的数字量经第六电阻R6输入到第一运算放大器的反相输入端。第一运算放大 器的正相输入端接第四电阻R4和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端接供电电压VCC， 第五电阻R5的另一端接地;第七电阻R7的一端接第一运算放大器的反相输入端，另一端接 第一运算放大器的输出端和第一锁相环中压控振荡器的控制引脚VCIN;第一锁相环的待比 较信号输入引脚AIN接供电电压，比较信号输入引脚BIN与压控振荡器的输出引脚VCOUT直 接连接，两个振荡电容接入引脚CA和CB通过第九电容C9连接，引脚Rl与第八电阻R8的一端 连接;第八电阻R8的另一端及第一锁相环的引脚INH均接地。锁相环的相位比较引脚PCl接 第十电容ClO后作为调频信号输出端，输出瞬时频率ω(〇=ω〇+Δ ω，其中，ω〇为压控振荡 器的输出引脚VCOUT在第一运算放大器的参考电压下工作的输出频率，由第九电容C9和第 八电阻R8决定；△ ω为压控振荡器的控制引脚输入的信号电压偏离参考电压时的频率偏移 量。
[0010] 所述调制模块输出的调频信号经第十二极性电容C12输入发射电路模块，并送到 稳压器的公共输入端;第十电阻RlO的一端、可变电阻R9的一个固定端接稳压器的公共输入 端;第十电阻RlO的另一端、第十三极性电容C13的正极以及发光二极管Dl的正极均接稳压 器的输出端;可变电阻R9的活动端及另一个固定端、第十三极性电容C13的负极、发光二极 管Dl的负极连接并接地;稳压器的输入端与第十一电容Cll的一端连接并接供电电压;第十 一电容Cll的另一端接地;稳压器调制后的输出电压通过发光二极管Dl发射调制光信号。 [0011]所述的接收电路模块利用硅光电池D2接收调制光信号并将其转换为电信号，通过 前置放大器和滤波去噪器对电信号进行处理后再由滤波去噪器的电信号输出端输出。所述 前置放大器的反相输入端接娃光电池D2的负极和第^ 电阻Rl 1的一端；前置放大器的输 出端接第十一电阻Rll的另一端和滤波去噪器的反相输入端;所述滤波去噪器的正相输入 端接第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端;第十二电阻R12的另一端接供电电压;前置放 大器的正相输入端、硅光电池D2的正极和第十三电阻R13的另一端均接地。
[0012]所述的解调模块从第十四电容C14一端接收频率不同的电信号，经过第二运算放 大器放大后送入第二锁相环的信号输入引脚ΑΙΝ。所述第二运算放大器的正相输入端接第 十四电阻R14和第十五电阻R15的一端，第十四电阻R14的另一端接供电电压VCC，第十五电 阻R15的另一端接地;所述第二运算放大器的反相输入端接第十六电阻R16和第十七电阻 R17的一端，第十六电阻R16的另一端与第十四电容C14的另一端相接;第十七电阻R17的另 一端接第二运算放大器的输出端和第二锁相环的信号输入引脚ΑΙΝ;第二锁相环的引脚BIN 接引脚VCOUT，引脚CA和CB接第十五电容C15的两端，引脚Rl经第十八电阻R18接地，引脚PC2 串联第十九电阻R19和第十六电容C16后接地，引脚INH直接接地;第十九电阻R19和第十六 电容C16之间引出连线接第二锁相环的引脚VCIN，并作为解调信号输出端。设置第十五电容 C15和第十八电阻R18,使第二锁相环中压控振荡器的中心频率等于调制模块的第一锁相环 中压控振荡器的中心频率ω〇。电信号输入第二锁相环的信号输入引脚AIN，与第二锁相环 中压控振荡器的中心频率ω〇形成固有频差△ ω'，第二锁相环的解调信号输出端电压 = ，其中u(t)为调制模块的第一锁相环中压控振荡器的控制引脚在t时刻 的电压，l/ko为解调系数。
[0013]所述的波形整形模块包括第三运算放大器、施密特触发器和第一比较器Y;所述的 施密特触发器包括第二比较器X、第一限幅二极管D3和第二限幅二极管D4。第二比较器X的 反相输入端接解调模块的解调信号输出端，且第二比较器的反相输入端经第二十二电阻 R22接地;第二比较器的正相输入端与第二十电阻R20和第二十一电阻R21的一端相连，第二 十电阻R20的另一端接第一限幅二极管D3的正极、第二限幅二极管D4的负极和第三运算放 大器的输出端;第二比较器的输出端接第二十三电阻R23和第二十四电阻R24的一端，第二 十三电阻R23的另一端接供电电压；第二十四电阻R24的另一端接第一限幅二极管D3的负 极、第二十一电阻R21的另一端、第二限幅二极管D4的正极和第一比较器Y的反相输入端;第 一比较器的正相输入端和第三运算放大器的输出端相连;第三运算放大器的反相输入端直 接和它的输出端相接;第一比较器的输出端设为整形信号输出端E且经第二十七电阻R27与 供电电压相连;第三运算放大器的正相输入端接第二十五电阻R25和第二十六电阻R26的一 端，第二十五电阻R25的另一端接VCC，第二十六电阻R26的另一端接地;第十七电容C17与第 二十六电阻R26并联。
[0014]所述数模转换模块的核心为第二语音编解码芯片，型号PT8A3121。解调模块的整 形信号输出端接第二语音编解码芯片的引脚DATA;第二语音编解码芯片的引脚OSCI与第十 八电容C18和第二晶振的一端相连，第十八电容C18的另一端接第十九电容C19的一端并接 地;第十九电容C19和第二晶振的另一端均接第二语音编解码芯片的引脚0SC0;第二语音编 解码芯片的引脚FS和DIR分别经一个控制开关接地；第二语音编解码芯片的引脚DVCC和 AVCC均接供电电压，第二十三电容C23的一端与第二十四极性电容C24的正极均接AVCC，第 二十三电容C23的另一端与第二十四极性电容C24的负极均接地;第二语音编解码芯片的引 脚GND接地。第二语音编解码芯片的引脚BIP接引脚BIAS输出的偏置电压bias;第二语音编 解码芯片的数模转换输出引脚DAOUT串联第二十电容C20和第二十八电阻R28、第二十九电 阻R29后接到第二语音编解码芯片的引脚BIN;第二^^一电容C21的一端与第二十八电阻R28 和第二十九电阻R29的公共端相连，另一端接地;第二语音编解码芯片的引脚BIN和模拟音 频信号输出引脚BOUT经第二十二电容C22连接;第三十电阻R30的一端接第二十八电阻R28 和第二十九电阻R29的公共端，另一端和第二语音编解码芯片的引脚BOUT-起接到第二十 五极性电容C25的正极;可变电阻R31的一个固定端与第二十五极性电容C25的负极相接，另 一个固定端与功率放大器的反相输入端连接并接地;可变电阻R31的活动端接功率放大器 的正相输入端;功率放大器的输出端经第二十六极性电容C26驱动扬声器，同时经第二十七 电容C27和第三十二电阻R32接地。当引脚DIR变为高电平时，在引脚DATA输入的整形信号将 会转换为模拟音频信号从模拟音频信号输出引脚BOUT输出，并通过后续电路驱动扬声器工 作。
[0015] 本实用新型具有的有益效果：
[0016] 本实用新型利用CD4046锁相环进行频率的调制与解调，方便易行;输入的模拟音 频信号经模数转换，成为数字信号，对数字信号进行频率调制具有很好的抗干扰性，使系统 更加稳定可靠。利用LED光进行信号的传输不但可以满足照明的需要，而且可以避免信息的 泄露，保密性很好。当在发射部分输入音频信号时，凡是光照射到的地方都可用接收装置接 收到输入的音频，这样加大了使用的灵活性。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型的结构框图。
[0018] 图2是本实用新型的模数转换模块电路图。
[0019] 图3-1是本实用新型的调制模块电路图。
[0020] 图3-2是本实用新型的发射电路模块电路图。
[0021 ]图4-1是本实用新型的接收电路模块电路图。
[0022] 图4-2是本实用新型的解调模块电路图。
[0023] 图5是本实用新型的波形整形模块电路图。
[0024] 图6是本实用新型的数模转换模块电路图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本实用新型做详细说明。
[0026] 参照图1，一种基于锁相环的可见光音频传输系统，包括发射部分的麦克风MIC、模 数转换模块1、调制模块2和发射电路模块3,接收部分的接收电路模块4、解调模块5、波形整 形模块6和数模转换模块7。发射部分由麦克风MIC接收外界声音，输入到模数转换模块1将 模拟量转换为数字量，再由调制模块2对数字量进行调制后借助发射电路模块3将调制信号 加载到LED光上发射出去;接收部分由硅光电池接收调制光信号，并通过接收电路模块4将 调制光信号转化为电信号，解调模块5再将电信号解调后输入到波形整形模块6,这样就可 还原出发射部分的数字量，再由数模转换模块7转换成模拟音频信号，最后通过功率放大器 PA放大后驱动扬声器Y工作。
[0027]图2是模数转换模块1的电路图，第一语音编解码芯片（型号PT8A3121)的引脚OSCI 与第一电容Cl和第一晶振的一端相连，第一电容Cl的另一端接第二电容C2的一端并接地； 第二电容C2和第一晶振的另一端均接第一语音编解码芯片的引脚0SC0;第一语音编解码芯 片的引脚BIAS接引脚AIP、第三电容C3和第四电容C4的一端，第三电容C3和第四电容C4的另 一端均接地;麦克风的一端接地，另一端与第一电阻Rl和第五电容C5的一端相连，第一电阻 Rl的另一端接供电电压，C5的另一端与可变电阻R2的一个固定端相接;可变电阻R2的活动 端和另一个固定端直接与第一语音编解码芯片的模拟输入引脚AIN相连，同时还经第六电 容C6和第三电阻R3的并联电路与第一语音编解码芯片的引脚AOUT构成反馈回路;第一语音 编解码芯片的引脚GND接地;第一语音编解码芯片的引脚DVCC与AVCC均接供电电压，第七电 容C7与第八极性电容C8的正极均接AVCC，第七电容C7的另一端与第八极性电容C8的负极均 接地;第一语音编解码芯片的引脚DIR通过控制开关接地。当引脚DIR为低电平时，麦克风采 集到的模拟音频信号转换为数字量由引脚DATA(A端)输出。此外，第一语音编解码芯片还提 供两种采样频率(分别为第一晶振的晶振频率的1/128和1/64)，可由引脚FS来完成选择，弓丨 脚FS经控制开关接地。
[0028] 图3-1、3_2分别给出了发射部分的调制模块和发射电路模块电路图。如图3-1所 示，调制模块的核心是利用了 CD4046锁相环来实现数字信号的频率调制。模数转换模块1转 换后的数字量从A端输入，经第六电阻R6接到第一运算放大器(型号LM324)的反相输入端。 第一运算放大器的正相输入端接第四电阻R4和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端接 供电电压VCC，第五电阻R5的另一端接地;第七电阻R7的一端接第一运算放大器的反相输入 端，另一端接第一运算放大器的输出端和第一锁相环中压控振荡器的控制引脚VCIN;第一 运算放大器的参考电压由R4和R5的比值调节，第一运算放大器的放大量由R7和R6的比值决 定。第一运算放大器的作用是调节压控振荡器的控制引脚电压，从而改变压控振荡器的输 出频率。第一锁相环的待比较信号输入引脚AIN接供电电压，比较信号输入引脚BIN与压控 振荡器的输出引脚VCOUT直接连接，两个振荡电容接入引脚CA和CB通过第九电容C9连接，弓丨 脚Rl与第八电阻R8的一端连接;第八电阻R8的另一端及第一锁相环的引脚INH均接地，使压 控振荡器正常工作。锁相环的相位比较引脚PCl接第十电容ClO后作为调频信号输出端B，输 出瞬时频率(〇(〇=?〇+八（〇，其中，(〇 ()为压控振荡器的输出引脚￥0)1]1'在第一运算放大器 的参考电压下工作的输出频率，由C9和R8综合决定；△ ω为压控振荡器的控制引脚输入的 信号电压偏离参考电压时的频率偏移量。这样，数字信号就调制为两种频率(〇代表一种，1 代表一种)的调频信号。
[0029] 如图3-2所示，调制模块输出的调频信号经第十二极性电容C12输入发射电路模 块，并送到稳压器(型号7805)的公共输入端，其中第十二极性电容C12的正极接稳压器的公 共端，负极输入调频信号;第十电阻RlO的一端、可变电阻R9的一个固定端接稳压器的公共 输入端;第十电阻RlO的另一端、第十三极性电容C13的正极以及发光二极管Dl的正极均接 稳压器的输出端;可变电阻R9的活动端及另一个固定端、第十三极性电容C13的负极、发光 二极管Dl的负极连接并接地;稳压器的输入端与第十一电容Cll的一端连接并接供电电压； 第十一电容Cll的另一端接地;稳压器调制后的输出电压通过发光二极管Dl发射调制光信 号。
[0030] 图4-1、4-2分别给出了接收部分的接收电路模块4和解调模块5电路图。如图4-1所 示，接收电路模块利用硅光电池D2接收调制光信号并将其转换为电信号。为了加大硅光电 池D2的接收范围，还可在硅光电池上安装菲涅尔透镜。由于硅光电池D2输出的电信号非常 微弱，因而需要通过前置放大器(型号0ΡΑ380)和滤波去噪器(型号0ΡΑ350)对电信号进行处 理后再由滤波去噪器的电信号输出端C输出。前置放大器的反相输入端接娃光电池D2的负 极和第十一电阻Rll的一端;前置放大器的输出端接第十一电阻Rll的另一端和滤波去噪器 的反相输入端;滤波去噪器的正相输入端接第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端;第十 二电阻Rl 2的另一端接供电电压;前置放大器的正相输入端、娃光电池D2的正极和第十三电 阻R13的另一端均接地。
[0031] 如图4-2所示，解调模块5的核心也是⑶4046锁相环，它的解调原理是用锁相环始 终对接收电路模块传来的电信号进行频率锁定或跟踪。从第十四电容C14 一端(C端)接收频 率不同的电信号，经过第二运算放大器(型号LM324)放大后送入第二锁相环的信号输入引 脚ΑΙΝ。第二运算放大器的正相输入端接第十四电阻R14和第十五电阻R15的一端，第十四电 阻R14的另一端接供电电压VCC，第十五电阻R15的另一端接地;第二运算放大器的反相输入 端接第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端，第十六电阻R16的另一端与第十四电容C14的 另一端相接;第十七电阻R17的另一端接第二运算放大器的输出端和第二锁相环的信号输 入引脚AIN;第二锁相环的引脚BIN接引脚VCOUT，引脚CA和CB接第十五电容C15的两端，引脚 Rl经第十八电阻R18接地，引脚PC2串联第十九电阻R19和第十六电容C16后接地，引脚INH直 接接地;第十九电阻R19和第十六电容C16之间引出连线接第二锁相环的引脚VCIN，并作为 解调信号输出端D。设置C15和R18,使第二锁相环中压控振荡器的中心频率等于调制模块的 第一锁相环中压控振荡器的中心频率 ω Q。电信号输入第二锁相环的信号输入引脚AIN，与 第二锁相环中压控振荡器的中心频率ω〇形成固有频差△ ω'，而对于理想的锁相环，有解 调信号输出端电压= ，其中u(t)为调制模块的第一锁相环中压控振荡器 的控制引脚在t时刻的电压，I /ko为解调系数。
[0032] 参看图5,虽然解调模块5解调后的波形大致与调制前的数字信号相同，但在高、低 电平处都有震荡，所以还应该对信号进行波形整形。波形整形模块6包括第三运算放大器 (型号LM324)、施密特触发器和第一比较器Y(型号LM393);施密特触发器包括第二比较器X (型号LM393)、第一限幅二极管D3和第二限幅二极管D4。第三运算放大器的作用是通过第二 十电阻R20和第二十一电阻R21的比值调节给施密特触发器和第一比较器提供一个参考电 压，该参考电压与第一运算放大器的参考电压相等。第二比较器X的反相输入端接解调模块 5的解调信号输出端，且第二比较器的反相输入端经第二十二电阻R22接地;第二比较器的 正相输入端与第二十电阻R20和第二十一电阻R21的一端相连，第二十电阻R20的另一端接 第一限幅二极管D3的正极、第二限幅二极管D4的负极和第三运算放大器的输出端；第二比 较器的输出端接第二十三电阻R23和第二十四电阻R24的一端，第二十三电阻R23的另一端 接供电电压;第二十四电阻R24的另一端接第一限幅二极管D3的负极、第二十一电阻R21的 另一端、第二限幅二极管D4的正极和第一比较器Y的反相输入端;第一比较器的正相输入端 和第三运算放大器的输出端相连;第三运算放大器的反相输入端直接和它的输出端相接； 第一比较器的输出端设为整形信号输出端E且经第二十七电阻R27与供电电压相连;第三运 算放大器的正相输入端接第二十五电阻R25和第二十六电阻R26的一端，R25的另一端接 VCC，R26的另一端接地;第十七电容C17与第二十六电阻R26并联；当第二比较器X的反相输 入端为高电平时，第二比较器的输出端为低电平，D3导通，D4截止，第一比较器的输出端为 高电平，只有第二比较器X的反相输入端电压小于低阈值电压时才会发生电平的转换；当第 二比较器X的反相输入端为低电平时，第二比较器的输出端为高电平，D4导通，D3截止，第一 比较器的的输出为低电平，只有第二比较器X的反相输入端电压大于高阈值电压时才会发 生电平的转换。通过两个限幅二极管的导通与截止，可以实现高、低阈值电压的相互转换， 容差为二者之差。这样就实现了解调信号的方波整形。
[0033] 图6是数模转换模块7的电路图。解调模块5的整形信号输出端接第二语音编解码 芯片（型号PT8A3121)的引脚DATA;第二语音编解码芯片的引脚OSCI与第十八电容C18和第 二晶振的一端相连，第十八电容C18的另一端接第十九电容C19的一端并接地;第十九电容 C19和第二晶振的另一端均接第二语音编解码芯片的引脚OS⑶;第二语音编解码芯片的引 脚FS和DIR分别经一个控制开关接地;第二语音编解码芯片的引脚DVCC和AVCC均接供电电 压，第二十三电容C23的一端与第二十四极性电容C24的正极均接AVCC，第二十三电容C23的 另一端与第二十四极性电容C24的负极均接地;第二语音编解码芯片的引脚GND接地。第二 语音编解码芯片的引脚BIP接引脚BIAS输出的偏置电压bias;第二语音编解码芯片的数模 转换输出引脚DAOUT串联第二十电容C20和第二十八电阻R28、第二十九电阻R29后接到第二 语音编解码芯片的引脚BIN;第二^^一电容C21的一端与R28和R29的公共端相连，另一端接 地;第二语音编解码芯片的引脚BIN和模拟音频信号输出引脚BOUT经第二十二电容C22连 接;第三十电阻R30的一端接R28和R29的公共端，另一端和第二语音编解码芯片的引脚BOUT 一起接到第二十五极性电容C25的正极;可变电阻R31的一个固定端与C25的负极相接，另一 个固定端与功率放大器(型号LM386)的反相输入端连接并接地;可变电阻R31的活动端接功 率放大器的正相输入端;功率放大器的输出端经第二十六极性电容C26驱动扬声器，同时经 第二十七电容C27和第三十二电阻R32接地。当引脚DIR变为高电平时，在引脚DATA输入的整 形信号将会转换为模拟音频信号从模拟音频信号输出引脚BOUT输出，并通过后续电路驱动 扬声器工作。
【主权项】
1. 一种基于锁相环的可见光音频传输系统，包括发射部分的麦克风、模数转换模块、调 制模块和发射电路模块，接收部分的接收电路模块、解调模块、波形整形模块和数模转换模 块，其特征在于:所述的发射部分由麦克风接收外界声音，输入到模数转换模块将模拟量转 换为数字量，再由调制模块对数字量进行调制后借助发射电路模块将调制信号加载到LED 光上发射出去;所述的接收部分由娃光电池接收调制光信号，并通过接收电路模块将调制 光信号转化为电信号，解调模块再将电信号解调后输入到波形整形模块，还原出发射部分 的数字量，再由数模转换模块转换成模拟音频信号，最后通过功率放大器放大后驱动扬声 器工作;所述调制模块和解调模块的核屯、均采用CD4046锁相环。2. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述的 模数转换模块采用第一语音编解码忍片，型号为PT8A3121，第一语音编解码忍片的引脚 OSCI与第一电容Cl和第一晶振的一端相连，第一电容Cl的另一端接第二电容C2的一端并接 地;第二电容C2和第一晶振的另一端均接第一语音编解码忍片的引脚OSCO;第一语音编解 码忍片的引脚BIAS接引脚AIP、第S电容C3和第四电容C4的一端，第S电容C3和第四电容C4 的另一端均接地;麦克风的一端接地，另一端与第一电阻Rl和第五电容巧的一端相连，第一 电阻Rl的另一端接供电电压，C5的另一端与可变电阻R2的一个固定端相接;可变电阻R2的 活动端和另一个固定端直接与第一语音编解码忍片的模拟输入引脚AIN相连，同时还经第 六电容C6和第S电阻R3的并联电路与第一语音编解码忍片的引脚AOUT构成反馈回路;第一 语音编解码忍片的引脚GND接地;第一语音编解码忍片的引脚DVCC与AVCC均接供电电压，第 屯电容C7与第八极性电容C8的正极均接AVCC，第屯电容C7的另一端与第八极性电容C8的负 极均接地;第一语音编解码忍片的引脚DIR和FS分别通过一个控制开关接地。3. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述调 制模块的核屯、是利用了 CD4046锁相环来实现数字信号的频率调制;模数转换模块转换后的 数字量经第六电阻R6输入到第一运算放大器的反相输入端;第一运算放大器的正相输入端 接第四电阻R4和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端接供电电压VCC，第五电阻R5的另 一端接地;第屯电阻R7的一端接第一运算放大器的反相输入端，另一端接第一运算放大器 的输出端和第一锁相环中压控振荡器的控制引脚VCIN;第一锁相环的待比较信号输入引脚 AI脚妾供电电压，比较信号输入引脚BIN与压控振荡器的输出引脚VCOUT直接连接，两个振荡 电容接入引脚CA和CB通过第九电容C9连接，引脚Rl与第八电阻R8的一端连接;第八电阻R8 的另一端及第一锁相环的引脚INH均接地;锁相环的相位比较引脚PCl接第十电容ClO后作 为调频信号输出端，输出瞬时频率《(t) =CO 0+ A O，其中，O 0为压控振荡器的输出引脚 VCOUT在第一运算放大器的参考电压下工作的输出频率，由第九电容C9和第八电阻R8决定； A CO为压控振荡器的控制引脚输入的信号电压偏离参考电压时的频率偏移量。4. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述调 制模块输出的调频信号经第十二极性电容C12输入发射电路模块，并送到稳压器的公共输 入端;第十电阻RlO的一端、可变电阻R9的一个固定端接稳压器的公共输入端;第十电阻RlO 的另一端、第十=极性电容C13的正极W及发光二极管Dl的正极均接稳压器的输出端;可变 电阻R9的活动端及另一个固定端、第十=极性电容C13的负极、发光二极管Dl的负极连接并 接地;稳压器的输入端与第十一电容Cll的一端连接并接供电电压;第十一电容Cll的另一 端接地;稳压器调制后的输出电压通过发光二极管Dl发射调制光信号。5. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述的 接收电路模块利用娃光电池 D2接收调制光信号并将其转换为电信号，通过前置放大器和滤 波去噪器对电信号进行处理后再由滤波去噪器的电信号输出端输出；所述前置放大器的反 相输入端接娃光电池〇2的负极和第^ 电阻311的一端;前置放大器的输出端接第^ 电 阻Rll的另一端和滤波去噪器的反相输入端;所述滤波去噪器的正相输入端接第十二电阻 R12和第十立电阻R13的一端;第十二电阻R12的另一端接供电电压;前置放大器的正相输入 端、娃光电池 D2的正极和第十=电阻Rl 3的另一端均接地。6. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述的 解调模块从第十四电容C14一端接收频率不同的电信号，经过第二运算放大器放大后送入 第二锁相环的信号输入引脚AIN;所述第二运算放大器的正相输入端接第十四电阻R14和第 十五电阻R15的一端，第十四电阻R14的另一端接供电电压VCC，第十五电阻Rl 5的另一端接 地;所述第二运算放大器的反相输入端接第十六电阻R16和第十屯电阻R17的一端，第十六 电阻R16的另一端与第十四电容C14的另一端相接;第十屯电阻R17的另一端接第二运算放 大器的输出端和第二锁相环的信号输入引脚AIN;第二锁相环的引脚BIN接引脚VCOUT，引脚 CA和CB接第十五电容C15的两端，引脚Rl经第十八电阻R18接地，引脚PC2串联第十九电阻 R19和第十六电容C16后接地，引脚INH直接接地;第十九电阻R19和第十六电容C16之间引出 连线接第二锁相环的引脚VCIN，并作为解调信号输出端;设置第十五电容C15和第十八电阻 R18,使第二锁相环中压控振荡器的中屯、频率等于调制模块的第一锁相环中压控振荡器的 中屯、频率《0;电信号输入第二锁相环的信号输入引脚AIN，与第二锁相环中压控振荡器的 中屯、频率《0形成固有频差A ?/，第二锁相环的解调信号输出端电压批）， 其中u(t)为调制模块的第一锁相环中压控振荡器的控制引脚在t时刻的电压，1/ko为解调 系数。7. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述的 波形整形模块包括第=运算放大器、施密特触发器和第一比较器Y;所述的施密特触发器包 括第二比较器X、第一限幅二极管D3和第二限幅二极管D4;第二比较器X的反相输入端接解 调模块的解调信号输出端，且第二比较器的反相输入端经第二十二电阻R22接地;第二比较 器的正相输入端与第二十电阻R20和第二十一电阻R21的一端相连，第二十电阻R20的另一 端接第一限幅二极管D3的正极、第二限幅二极管D4的负极和第S运算放大器的输出端;第 二比较器的输出端接第二十S电阻R23和第二十四电阻R24的一端，第二十S电阻R23的另 一端接供电电压；第二十四电阻324的另一端接第一限幅二极管03的负极、第二^^一电阻 R21的另一端、第二限幅二极管D4的正极和第一比较器Y的反相输入端;第一比较器的正相 输入端和第=运算放大器的输出端相连;第=运算放大器的反相输入端直接和它的输出端 相接;第一比较器的输出端设为整形信号输出端E且经第二十屯电阻R27与供电电压相连； 第=运算放大器的正相输入端接第二十五电阻R25和第二十六电阻R26的一端，第二十五电 阻R25的另一端接VCC，第二十六电阻R26的另一端接地;第十屯电容C17与第二十六电阻R26 并联。8. 根据权利要求1所述的一种基于锁相环的可见光音频传输系统，其特征在于:所述数 模转换模块的核屯、为第二语音编解码忍片，型号PT8A3121;解调模块的整形信号输出端接 第二语音编解码忍片的引脚DATA;第二语音编解码忍片的引脚OSCI与第十八电容C18和第 二晶振的一端相连，第十八电容C18的另一端接第十九电容C19的一端并接地;第十九电容 C19和第二晶振的另一端均接第二语音编解码忍片的引脚OSCO;第二语音编解码忍片的引 脚FS和DIR分别经一个控制开关接地;第二语音编解码忍片的引脚DVCC和AVCC均接供电电 压，第二十S电容C23的一端与第二十四极性电容C24的正极均接AVCC，第二十S电容C23的 另一端与第二十四极性电容C24的负极均接地;第二语音编解码忍片的引脚GND接地;第二 语音编解码忍片的引脚BIP接引脚BIAS输出的偏置电压bias;第二语音编解码忍片的数模 转换输出引脚DAOUT串联第二十电容C20和第二十八电阻R28、第二十九电阻R29后接到第二 语音编解码忍片的引脚BIN;第二^ 电容C21的一端与第二十八电阻R28和第二十九电阻 R29的公共端相连，另一端接地;第二语音编解码忍片的引脚BIN和模拟音频信号输出引脚 BOUT经第二十二电容C22连接;第S十电阻R30的一端接第二十八电阻R28和第二十九电阻 R29的公共端，另一端和第二语音编解码忍片的引脚BOUT-起接到第二十五极性电容C25的 正极;可变电阻R31的一个固定端与第二十五极性电容C25的负极相接，另一个固定端与功 率放大器的反相输入端连接并接地;可变电阻R31的活动端接功率放大器的正相输入端;功 率放大器的输出端经第二十六极性电容C26驱动扬声器，同时经第二十屯电容C27和第立十 二电阻R32接地；当引脚DIR变为高电平时，在引脚DATA输入的整形信号将会转换为模拟音 频信号从模拟音频信号输出引脚BOUT输出，并通过后续电路驱动扬声器工作。
【文档编号】G10L19/008GK205545274SQ201620095514
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】张钰, 卫振奇, 胡万鹏
【申请人】杭州电子科技大学