【正文】 1 程序部分 ............................................................................ 39 function ........................................................................... 39 IIC 通信協(xié)議 .................................................................. 40 LCD5110 ........................................................................ 44 LCD5110 字庫 ............................................................... 50 main ................................................................................ 55 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 1 前言 當(dāng)下 ，隨著數(shù)碼科技的 不斷的 發(fā)展，獨(dú)立的半導(dǎo)體收音機(jī)已漸漸淡出了人們?nèi)粘Ｉ畹囊暰€，取而代之的是小巧精致的數(shù)字音頻播放器 像MP3MP4S 手機(jī)等都自帶收音機(jī) 。在這種環(huán)境 下，收音機(jī)更加受到了無線電行業(yè)、專業(yè)電子技術(shù)機(jī)構(gòu)和無線電發(fā)燒團(tuán)體人員的關(guān)注。收音機(jī)的存在方式也發(fā)生了變化，從原來的獨(dú)立式半導(dǎo)體發(fā)展成了內(nèi)嵌到其他音頻設(shè)備的模塊化產(chǎn)品。現(xiàn)今的用戶對于收音機(jī)技術(shù)上的要求相對較高，這也促使了收音機(jī)的控制方式需要不斷改進(jìn)、音質(zhì)水品等技術(shù)指標(biāo)也需要不斷提高。 本 文論述和實(shí)際開發(fā) 了一套完整的 FM 調(diào)制接收系統(tǒng)，系統(tǒng)通過專用收音芯片進(jìn)行解調(diào)，主控芯片通過相應(yīng)通信協(xié)議對其進(jìn)行頻率選擇控制、音量控制，選定頻率后，頻率信息由液晶屏顯示，音頻信號經(jīng)由功率放大模塊放音，能夠獨(dú)立完成立體聲收音和放音 功能。系統(tǒng)以主控芯片為核心，控制收音模塊、顯示模塊、音頻放大模塊，完成一套多功能、立體聲、音量控制的數(shù)字收音機(jī) 。 本文深入結(jié)合單片機(jī)軟硬件技術(shù)，闡述了 這 款數(shù)字立體聲收音機(jī)的設(shè)計過程。首先介紹了設(shè)計的工作原理和涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，其次分別從硬件和軟件兩方面詳細(xì)介紹并說明了該設(shè)計的結(jié)構(gòu)，最后對設(shè)計成品進(jìn)行了各項(xiàng)測試，并對設(shè)計成果的應(yīng)用范圍進(jìn)行了估計。 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 2 1 FM 收音機(jī)概述 發(fā)射系統(tǒng)的簡單概述 高頻電子技術(shù)的研究對象是產(chǎn)生、發(fā)射、接收和處理高頻信號的有關(guān)電路，主要解決無線廣播、電視和通信中發(fā)射和 接收高頻信號的有關(guān)技術(shù)問題。在無線電通信中，聲音、圖像等基帶信號不可能直接通過天線發(fā)送到天空中去的。根據(jù)天線理論，只有當(dāng)天 線的幾何長度能與欲發(fā)射的電磁波長近似相等時，天線才能有效的輻射電磁波。如聲音 的頻率是 400~1000Hz,相應(yīng)的電磁波長為 750~300km,要制作如此大的天線是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，要進(jìn)行無線電通信必須利用高頻振蕩，使其波長與實(shí)際天線尺寸相近，同時 還要設(shè)法使此高頻振蕩“攜帶”要傳送的基帶信號從天線輻射出去。 圖 無線電發(fā)射機(jī)方框圖 接收系統(tǒng)的簡單概述 調(diào)頻無線技 接收機(jī)，使用的是 FM（調(diào)頻）方式。不過收音機(jī)的調(diào)頻使用的是模擬信號，相對而言失真比較明顯，采用調(diào)頻無線技術(shù)的音響多數(shù)使用數(shù)字方式。簡單的說是將模擬音頻信號通過 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將信號對載波進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射，接 收端則使用同樣頻率接收，通過 DA 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后放大輸出到揚(yáng)聲器。 載波是無線發(fā)射器的中心頻率， FM 調(diào)制就是指用聲音信號對載波波形的頻率參數(shù)進(jìn)行控制，使載波信號帶有聲音信息。調(diào)頻無線技術(shù)比較成熟，小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 3 實(shí)現(xiàn)的成本比較低。其缺點(diǎn)是無線電波容易受到干擾，當(dāng) 周圍有頻率比較接近的無線電波時會產(chǎn)生 明顯的失真。為避免這種情況，音響的無線調(diào) 頻載波頻率非常高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無線廣播的載波頻率 。 圖 無線電接收方框圖 典型數(shù)字式收音機(jī)模塊組成 本設(shè)計就是用單片機(jī)控制集成了上述所有 FM 功能的專用芯片，并在諾基亞 5110 液晶上顯示當(dāng)前的頻率信息，設(shè)計一個數(shù)字 FM 收音機(jī)系統(tǒng)。 本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由控制模塊、 FM 模塊、電源模塊、顯示模塊和功放模塊組成，系統(tǒng)的整體方案框圖如下圖 13： 圖 系統(tǒng)方案設(shè)計框圖 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 4 收音機(jī)的調(diào)制方案簡單介紹和該方案原理簡單介紹 收音機(jī)的 調(diào)制方案簡單介紹 收音機(jī)的主要性能指標(biāo)： 一、頻率范圍 頻率范圍是指收音機(jī)能夠接收到的信號的頻率范圍。 二、靈敏度 當(dāng)收音機(jī)的輸出功率達(dá)到額定功率時，在輸入端所需要的最小信號的強(qiáng)度稱為靈敏度，單位為（微伏）。它用于表示收音機(jī)接收微弱信號的能力。顯然這個輸入信號越小，收音機(jī)的靈敏度越高。 三、選擇性 選擇性表示收音機(jī)從包括各種頻率的復(fù)雜信號中選出有用信號而抑制其他干擾信號的能力，選擇性以輸入信號失諧177。 9kHz 時靈敏度下降的程度來表示，單位為 dB（分貝）。 dB 數(shù)越大，表示收音機(jī)的選擇性越強(qiáng)。 四、 輸出功率 輸出功率是指收音機(jī)輸送給揚(yáng)聲器的音頻信號的功率，單位為 W （瓦），也可用 mW 表示， 1W=1000mW。輸出功率越大，收音機(jī)能發(fā)出的聲音越響所謂調(diào)制，就是指用音頻信號去改變載波信號的幅度，頻率或者相位，使他們按照音頻信號的規(guī)律變化，即將聲音信息寄載在載波的幅度，頻率或者相位參數(shù)上。發(fā)送端發(fā)射的是被音頻信號調(diào)制的載波（稱為已調(diào)波）而不是直接發(fā)送音頻信號。當(dāng)然，在接收時，就可以從接收到飛已調(diào)波中解調(diào)出其所帶的音頻信號。調(diào)制的目的是為了能可靠地和有效地發(fā)射，傳送和接收信號。 現(xiàn)在收音機(jī)的調(diào)制方式主 要用兩種： AM：改變載波的振幅稱振幅調(diào)制。 AM 是指對信號進(jìn)行幅度調(diào)制。一般做法就是先在原信號上疊加一個直流信號以保證信號 f(t)+A0，然后乘上一個高頻的余弦信號，即得到 g(t)=[f(t)+A]coswt。在頻域上的效果就是將原信號的頻譜移動到 w 處，以適合信道傳輸?shù)淖罴杨l率范圍。g(t)的包絡(luò)線即 f(t)+A,用一個簡單的包絡(luò)檢測電路就可以接收并還原信號了。 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 5 FM：改變載波的頻率稱頻率調(diào)制。本次方案選用的是 FM 調(diào)制。理由有以下幾點(diǎn)： 1) 在同樣的頻率、功率等條件下，用調(diào)頻方式傳輸信號比調(diào)幅方式要遠(yuǎn)得多。因 為調(diào)幅方式的載頻電平要高出噪聲電平三四十分貝才能得到良好的圖像指標(biāo)，而調(diào)頻方式只要高出噪聲電平幾分貝即可。 2) 調(diào)頻比調(diào)幅抗干擾能力強(qiáng)：外來的各種干擾、加工業(yè)和天電干擾等，對已調(diào)波的影響主要表現(xiàn)為產(chǎn)生寄生調(diào)幅，形成噪聲。調(diào)頻制可以用限幅的方法，消除干擾所引起的寄生調(diào)幅。而調(diào)幅制中已調(diào)幅信號的幅度是變化的，因而不能采用限幅，也就很難消除外來的干擾。 3) 另外，信號的信噪比愈大，抗干擾能力就愈強(qiáng)。而解調(diào)后獲得的信號的信噪比與調(diào)制系數(shù)有關(guān)，調(diào)制系數(shù)越大，信噪比越大。由于調(diào)頻系數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)幅系數(shù)，因此，調(diào)頻波信噪比高，調(diào)頻廣 播中干擾噪聲小。 4) 調(diào)頻波比調(diào)幅波頻帶寬。 調(diào)頻廣播收音機(jī)的原理 一個典型的調(diào)頻廣播收音機(jī)的電路原理圖如下： 圖 調(diào)頻廣播收音機(jī)電路原理圖 一、 調(diào)頻高頻頭電路 路、高頻放大電路和變頻電路。調(diào)頻高頻頭的作用是選擇所要接收的調(diào)頻電臺信號，并將它放大、混頻，變成載頻為 的中頻信號，自動增益控制 高頻放大器 混頻器 中頻放大器 限幅器 鑒頻器 音頻放大器 調(diào)諧器 本地振蕩器 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 6 然后輸送到中頻放大器。 ii. 輸入電路 調(diào)頻收音機(jī)輸入回路的作用是從天線接收到的各種高頻信號中選擇 出調(diào)頻波段的信號，它分為固定調(diào)諧式輸入回路和可變調(diào)諧式輸入回路兩種電路形式。 高頻放大電路的主要作用是對高頻調(diào)頻信號進(jìn)行放大，以提高調(diào)頻收音機(jī)的接收靈敏度。高頻放大電路一般采用共基放大電路，這是因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率高，適用于高頻率放大，并且共基電路的輸入阻抗低，容易與天線的阻抗相匹配。 變頻電路的作用是把高頻調(diào)頻信號變換成載頻固定為 的中頻信號。 電路 AFC 電路是調(diào)制收音機(jī)的特殊電路，它的作用是當(dāng)本振頻在工作過程中發(fā)生漂移時，能自動地控制本地振頻率回 到原來的正確頻率上，使調(diào)頻收音機(jī)處于最付佳狀態(tài)。 二、 中頻放大電路 調(diào)頻收音機(jī)的中放電路與調(diào)幅收音機(jī)的主要區(qū)別：一是調(diào)諧回路的諧振頻率不同，二是調(diào)頻中放電路不加自動增益控制，使中放電路保持較大的增益，以便實(shí)現(xiàn)限幅。 三、限幅器 限幅器的作用 限幅器的作用就是抑制這種寄生調(diào)幅干擾。 常用限幅器 分立元件電路中一般采用二極管限幅電路或三極管限幅電路，集成電路內(nèi)部一般采用差動限幅電路。 四、 鑒頻器 鑒頻器的作用 鑒頻器的作用是對調(diào)頻信號進(jìn)行解調(diào)，還原產(chǎn)生原調(diào)制信號，對調(diào)頻收音機(jī)來講，是從 的中頻信號中解調(diào)得到音頻信號。 鑒頻的方法 先把等幅的調(diào)頻信號經(jīng)線性變換電路轉(zhuǎn)換為幅度隨調(diào)頻信號的頻率變化規(guī)律而變化的調(diào)頻調(diào)幅信號，這時調(diào)頻信號的幅度變化就是解調(diào)所需的音頻信號，然后再用檢波器從調(diào)頻調(diào)幅波中把音頻信號解調(diào)出來。 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 7 2 方案論證與硬件選擇 本方案涉及到的硬件選擇 本 設(shè)計 采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由控制模塊、 FM 模塊、電源模塊、顯示模塊和功放模塊組成，系統(tǒng)的整體方案框圖如下圖 ： 圖 FM 模塊選擇 采用相關(guān)廠家生產(chǎn)的 TEA5767 模塊來實(shí)現(xiàn) 。 控制模塊選擇 采用宏晶科技生產(chǎn)的 STC89C52 芯片 來實(shí)現(xiàn)。 功放模塊選擇 TDA2822。 顯示模塊選擇 諾基亞 5110 液晶顯示當(dāng)前收音機(jī)的頻率。 電源模塊采用二種供電回路 無線芯片的選擇 采用 TEA5767 芯片， TEA5767 是飛利浦公司生產(chǎn)的一款收音機(jī)芯片，很多手機(jī)， MP MP4 里的收音機(jī)功能都是于他實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)下，生產(chǎn) FM radio 的廠商有特別多，但是在這么多的廠商里面最好用的就是飛利浦公司提供的 TEA5767，這種芯片為低電壓 、低功耗和低價位的全集成單芯片立體聲無線電的 產(chǎn)品，只需要極少的外部元器件，并且基本上不需要外部對高頻信號的手動調(diào)準(zhǔn)，并且其頻帶范圍寬，可以完全免小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 8 費(fèi)調(diào)到歐洲、美國和日本的調(diào)頻波段。 TEA5767 方案選擇 TEA5767 芯片，通過 I2C 協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)按鍵對TEA5767 進(jìn)行初始化輸入接收頻段的頻率， TEA5767 內(nèi)部對信號濾波、放大、解調(diào)處理，輸出信號經(jīng)過功放進(jìn)行放大，插上耳麥即可收聽到電臺節(jié)目，接收頻率為 87M~108MHz 分別對應(yīng)數(shù)據(jù)為 9000、 0x339b。 本文使用 TEA5767 模塊來實(shí)現(xiàn)（使用現(xiàn)成的模塊）。 TEA5767 的 IIC 總線 I2C（ ?intel? IC）總線 10 多年前由 Philips 公司推出，是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。 控制模塊 控制模塊是本設(shè)計的核心，通過外圍電路和向 TEA5767 芯片寫入相關(guān)程序，控制部分要實(shí)現(xiàn)能夠改變收音機(jī)的接收頻率、工作模式、音量等各項(xiàng)參數(shù)的功能。 所以 必須需要一個微控制器才能達(dá)到要求，本設(shè)計采用 STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。 STC89C52 外形和引腳 本設(shè)計采用宏晶科技生產(chǎn)的 STC89C52 芯片，芯片采用 40 腳雙列直插式封裝， 32 個 I/O 口，芯片工作電壓 ~ ，工作溫度 070176。C（商業(yè)級），工作頻率可高達(dá) 30MHz，芯片的引腳和外形見下圖 小信號調(diào)頻收信機(jī)的電路設(shè)計 9 圖 STC89C52 芯片實(shí)物圖 圖 STC89C52芯片引腳圖 STC89C52 具體介紹如下： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 ②外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin1)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 EA/VPP(Pin31)：程序