原创 【博客大赛】基于nRF24Z1的数字无线话筒设计

无线话筒发射端为可携带的便携式话筒，主要由无线数字音频 nRF24Z1、A/D转换器、MCU 等组成。当nRF24Z1作为发射端时，其MODE引脚必须接到高电平，I²S接口作数字音频输入接口。无线话筒输入的主信号源选用有良好声学性能、贴片电容式硅麦克风，通过前置放大，作为A/D主要的模拟音频信号源；另外可自带CD机等其他任何标准的立体声音源作为另一组模拟音频信号源。MCU除了通过 I²C兼容接口控制nRF24Z1和A/D转换器外，还处理Play(放音/静音/睡眠)、Micup(话筒增益增大)、Micdown(话筒增益减小)按键和指示灯的工作提示。无线话筒接收端为固定式接收端，由无线数字音频nRF24Z1、CPU、D/A转换器和音频功率放大电路组成。当nRF24Z1用作音频接收器时，MODE引脚必须为低电平，I²S接口作数据音频输出接口。设计系统流程如4.1所示。

图4.1  无线话筒系统设计流程总框图

无线发射模块主要包括电源供电部分、声音信号的模数转换部分、载波发射部分、MCU控制部分，另外在整个电路的印制板设计中还要考虑抗干扰能力。

当nRF24Zl作为音频的发射器时，须将MODE引脚置为高电平，在本设计中将MODE引脚接VDD，使nRF2421成为一个ATX，其片内功能结构如图4.2所示。1²S接口或S/PDIF接口可以用作音频数据的输入接口，1²S接口由CLK、DATA和WS三个引脚组成，S/PDIF接口只需要SPDIO一个引脚，在声源与nRF2421距离比较近时推荐使用1²S接口，反之推荐使用S/PDIF接口。其电路图如4.2图所示，

图4.2  发射模块电路总框图

nRF24Z1的时钟选择外接16M晶振，晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振馈电阻，是为了保证反相器输入端的工作点电压在VDD/2，这样在振荡信号反馈在输入端时，能保证反相器工作在适当的工作区。虽然去掉该电阻时，振荡电路仍工作了，但是如果从示波器看振荡波形就会不一致了，而且可能会造成振荡电路因工作点不合适而停振，所以千万不要省略此电阻。该电阻是为了使本来为逻辑反相器的器件工作在线性区，以获得增益，在饱和区是没有增益的，而没有增益是无法振荡的。如果用芯片中的反相器来做振荡，必须外接这个电阻，对于CMOS而言可以是lM以上，对于TTL则比较复杂，视不同类型而定。

为了简化设计思路，本设计方案中在接收部分nRF24Zl还是工作于从模式，其初始化及控制由外部的单片机完成。接收模块的射频部分，当nRF24Z1作为音频的接收器时，需将MODE引脚置为低电平，在该设计中将MODE引脚接VDD，使nRF24Z1成为一个ARX，其他部分与发射模块基本相同。nRF24Zl作为接收模块时电路图如4.5所示 

图4.5  接收模块电路图