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基于單片機的數(shù)字fm收音機(畢業(yè)設計)-文庫吧

2024-08-05 08:35 本頁面


【正文】 FM模塊顯示模塊圖11 系統(tǒng)方案設計框圖 決定采用STC89C52,其主要特點如下: (1)增強型8051 單片機,6時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意選擇,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。(2) 工作電壓:~(5V 單片機)/~(3V 單片機)。(3) 工作頻率范圍:0~40MHz,相當于普通8051的0~80MHz,實際工作頻率可達48MHz[4]。 (4) 用戶應用程序空間為8K 字節(jié)。(5) 片上集成512 字節(jié)RAM。(6)通用I/O 口(32 個),復位后為:P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉,P0 口是漏極開路輸出,作為總線擴展用時,不用加上拉電阻,作為 I/O 口用時,需加上拉電阻。(7) ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應用可編程),無需專用編程器,無需專用仿真器,可通過串口(RxD/,TxD/)直接下載用戶程序。(8) 具有EEPROM 功能。(9) 具有看門狗功能。(10) 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、TT2[5]。(11) 外部中斷4 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。(12) 通用異步串行口(UART),還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。(13) 工作溫度范圍:40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)。(14) PDIP 封裝[6]。 無線模塊選擇是本設計的關(guān)鍵,有兩種方案可以選擇:方案 a 采用無線芯片TEA5767HN,自己設計外圍電路。方案 b 采用相關(guān)廠家生產(chǎn)的TEA5767模塊來實現(xiàn)。很顯然,第一種方案需要自己設計電路、畫PCB和焊接,而TEA5767HN芯片采用的是FVQFN40(耐熱的薄型四腳扁平封裝)封裝,在短時間內(nèi)和有限的條件下實現(xiàn)硬件功能的難度相當大。所以決定采用第二種方案——使用現(xiàn)成的模塊[7]。 ~,~。本設計中決定采用7805穩(wěn)壓芯片和AMS1117對系統(tǒng)進行供電,電源是9V的蓄電池,9V輸入電壓信號經(jīng)過7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后得到5V電壓,實現(xiàn)對單片機供電,實現(xiàn)對TEA5767的供電。 TEA5767音頻輸出具有立體聲方式,也可以采用單聲道輸出,具體方式可以通過編程設定,為簡化設計,本設計決定采用單聲道輸出,功放芯片使用LM386,供電采用5V供電。 方案a:使用LCD1602作為顯示器部分工業(yè)字符型液晶,能夠同時顯示16x02即32個字符。用液晶1602來顯示可實現(xiàn)液晶的動態(tài)點亮。因為只需要一片液晶就可以顯示,所以單片機控制兩個控制端時,最高控制端接地。用軟件作為液晶的驅(qū)動顯示,且具體譯碼由軟件控制。方案b:使用數(shù)碼管作為顯示部分數(shù)碼管按段數(shù)分可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多個小數(shù)點)。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。通過對其不同的管腳輸入相應的電流,會使其發(fā)亮,從而顯示出數(shù)字。由于兩個方案都可以實現(xiàn)同樣的功能,雖然方案b便宜但是從焊接角度來看方案b的連接線的十分多而且容易出錯,方案a設計簡單,反應速度較快,體積小顯示內(nèi)容豐富并且本次的設計需要顯示角度和一些字樣,如果采用方案b的話就需要很多數(shù)碼管這樣一來焊接時更容易出錯,所以決定選擇方案a。設計既要實現(xiàn)數(shù)字FM收音機的基本功能,又要盡量做到簡單廉價,綜合考慮各項因素,以上設計方案是可行的。 第2章 硬件電路 主控電路 1. 引腳描述 單片機的基本系統(tǒng)也稱為最小系統(tǒng),這種系統(tǒng)所選擇的單片機內(nèi)部資源已能滿足系統(tǒng)的硬件需求,不需外接存儲器或I/O接口,含有時鐘電路和復位電路,外由電源供電。這種單片機內(nèi)一定含有用戶的程序存儲器,用戶程序?qū)懭氲絻?nèi)部只讀程序存儲器。單片機STC89C52采用雙列直插封裝(DIP),有40個引腳。該單片機采用ATMEL公司的高密度非易失性存儲技術(shù)制造,與美國Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機的指令和引腳設置兼容。如圖21所示為STC89C52的引腳結(jié)構(gòu)圖。 圖21 STC89C52的引腳結(jié)構(gòu)圖STC89C52有40 條引腳,分為端口線、電源線、地線和控制線四類。STC89C52RC引腳功能說明[8]: (1)端口線(4*8=32條) STC89C52有四個并行I/O端口,每個端口有8條口線,用于傳送數(shù)據(jù)。 ①~:P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口,每個引腳能驅(qū)動8個TTL負載,對端口P0寫入“1”時,可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線。此時,P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時,P0端口接收指令字節(jié);而在校驗程序時,則輸出指令字節(jié)。驗證時,要求外接上拉電阻。② ~:這8條引腳和P0口的8條引腳類似,,當P1口作為通用I/O使用時,~,也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。③ ~:這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同,即它可以作為通用I/O口使用。它的第二功能和P0口的第二功能相配合,用于輸出片外存儲器的高8位地址,共同選中片外存儲器單元,但并不能像P0口那樣是可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。④ ~:這組引腳的第一功能和其余端口的第一功能相同。第二功能作控制用,每個引腳并不完全相同,如表21所示為P3口第二功能。表21 P3口第二功能端口引腳第二功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)(外中斷0)(外中斷1)T0(定時/計數(shù)器0)T1(定時/計數(shù)器1)(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)(2)電源線(1條)VCC為+5V電源線。(3)地線(1條)(4)控制線(6條) ①外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸入端。②ALE:地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時,鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時,此引腳也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下,ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而,特別強調(diào),在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,ALE脈沖將會跳過。如果需要,通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作將無效。這一位置“1”,ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則,ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位(地址位8EH的SFR的第0位)的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。③:允許訪問片外存儲器編程電源線,可以控制STC89C52使用片內(nèi)ROM還是使用片外ROM。若EA=1,則允許使用ROM;若EA=0,則允許使用片外ROM。④:片外ROM選通線,在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時,STC89C52自動在PSEN線上產(chǎn)生一個負脈沖,用于為片外ROM芯片的選通。其他情況下,PSEN線均為高電平封鎖狀態(tài)。 ⑤RST:復位電源線,可以使STC89C52處于復位工作狀態(tài)。通常,STC89C52的復位有自動上電復位和按鈕復位兩種。2. 時鐘電路的設計時鐘電路是計算機的心臟,它控制著計算機的工作節(jié)奏。單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的,本設計采用的就是典型值。單片機STC89C52內(nèi)部都有一個反相放大器,XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端,外接定時反饋元件以后就組成振蕩器,產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。定時反饋電路一般為石英晶振和電容組成的并聯(lián)回路。如果振蕩器已起振,則在XTAL2引腳上輸出3V左右的正弦波。如圖22所示為時鐘的電路圖,電容CC2大小為22PF。圖22 時鐘電路圖 3. 復位電路的設計 計算機在啟動運行是都需要復位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。單片機STC89C52有一個復位引腳RST,它是施密特觸發(fā)輸入,當振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平。使器件復位,只要RST保持高電平,單片機保持復位狀態(tài)。此時ALE、P0、PPP3口等都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?,退出復位,CPU從初始狀態(tài)開始工作。復位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為(SP=07),P0、PPP3為0FFH外,其它寄存器都為0。如圖23所示為復位電路圖,它能實現(xiàn)上電復位和手動復位的功能。 上電復位時,在圖23中,電容的的大小是10uF,電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式,(單片機的電源是5V,),需要的時間是10K*10UF=。,電容兩端的電壓時在0~。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5~(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)。,RST引腳所接收到的電壓是5V~。,單片機系統(tǒng)自動復位()。 手動復位時,電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V,這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V,RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候,開關(guān)導通,這個時候電容兩端形成了一個回路,電容被短路,所以在按鍵按下的這個過程中,電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移,,甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和,甚至更大,所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。圖23 復位電路圖 要使單片機工作起來,最基本的電路的構(gòu)成由單片機、時鐘電路等組成。單片機最小系統(tǒng)如圖24所示。圖24 單片機最小系統(tǒng) 音頻輸出電路功放模塊用的是LM386芯片。LM386芯片是專為低損耗電源所設計的功率放大器集成電路[9]。它的內(nèi)建增益為20,透過pin 1 和pin8腳位間電容的搭配,增益最高可達200。LM386可使用電池為供應電源,輸入電壓范圍可由4V~12V。LM386有LM386N1,LM386M1和LM386N4三種,本設計采用的是LM386N1。LM386的內(nèi)部電路圖如圖25所示,引腳排列圖如圖26所示。LM386極限值如表22所示。LM386在Vcc=6V,Rl=8Ω,f=1KHZ,Tamb=25℃時的電氣特性如表23所示。圖25 內(nèi)部電路圖圖26 引腳功能圖表22 LM386極限值(Tamb=25℃)表23 LM386電特性LM386 低電壓音頻功率放大器的典型應用如圖2圖2圖29所示。圖27 LM386 應用電路圖之增益=20圖28 LM386 應用電路圖之增益=200圖29 LM386 應用電路圖之增益=50在LM386其他管腳接法相同的情況下,圖27中當LM386的腳1和腳8空接時,電路增益為20。圖28中當LM386的腳1和腳8之間接10uF電容時,電路增益為200。,電路放大增益為50[10]。本設計采用的是放大增益為200的電路,電路工作于立體聲的電路形式下,功放模塊并不是直接與單片機控制模塊連接,它只是實現(xiàn)功率的放大和音頻的輸出,音頻信號從集成電路LM386的7腳輸入,經(jīng)過內(nèi)部功放電路放大后,由揚聲器發(fā)生時,就能發(fā)出所接收到的信號了。本設計介紹的功放電路簡單,自制方便。LM386集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的DVD等音頻放音用;功率不是很大但以可以滿足聽覺要求了,且有電路簡單、音質(zhì)好、電壓范圍寬等特點。 FM收音電路FM模塊的控核心芯片采用飛利浦公司的TEA5767HN數(shù)字立體聲FM芯片[11],該芯片把所有的FM功能都集成到一個用HVQFN40封裝的小方塊中?!?,;RF(調(diào)頻)接收頻率范圍是76~108MHz,(最強信號+噪聲)/噪聲的值在60dB左右,%左右;雙聲道音頻輸出的電壓在60~90mV左右。 TEA5767HN芯片主要具有以下特征:(1)集成高靈敏度的低噪聲放大器。(2)~108MHz的歐美頻段或76~91MHz的日本頻段,并且可預設接收日本108MHz的電視音頻信號的能力。(3)射頻具有自動增益控制功能,并且LC調(diào)諧振蕩器只需固定片裝電感。(4)內(nèi)置的FM解調(diào)器可以省去外部鑒頻器,并且FM的中頻選擇性可以在芯片內(nèi)部完成。(5)。(6)集成鎖相環(huán)調(diào)諧系統(tǒng)(7)可以通過I2C或三線串行總線來獲取中頻計數(shù)器值或接收的高頻信號電平,以便進行自動調(diào)諧功能。(8)SNC[12](立體聲噪音抑制)、HCC(高頻衰減控制)、靜音處理等可以通過串行數(shù)字接口進行控制。(9)免費調(diào)諧立體聲解碼器。(10)自動調(diào)節(jié)溫度范圍(在VCCA,VCC(VCO)和VCCD=5V)。在方案設計時就已經(jīng)確定FM部分采用按照推薦的應用設計電路圖生產(chǎn)的模塊。本設計FM模塊采用封裝完整版收音機模塊,外接引腳只有10個,只需要關(guān)注引腳而不需要關(guān)注模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu),開發(fā)方便簡單。下圖210是模塊的引腳封裝,表24為引腳功能簡介(引出引腳的功能和芯片引腳的定義完全相同)。圖210 TEA5767模塊引腳圖表24 TEA5767模塊引腳定義表引腳號符 號簡介10ANT天線接口9GND接地8R右聲道輸出7L左聲道輸出6GND接地5VCC電源正極4NC無效端口3GND接地2CLK總線時鐘線輸入1DATA總線數(shù)據(jù)線輸入/輸出圖211 TEA5767模塊電路連接圖上圖所示為TEA5767模塊的FM電路連接圖。圖中。R_OUT
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