毕业设计（论文）-基于单片机的数字调频收音机的设计1.doc

毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目：基于单片机的数字调频收音机的设计基于单片机的数字调频收音机的设计 学生姓名： 学 号： 所在学院： 专业班级： 届 别： 指导教师： 皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书 1.本人郑重承诺：所提交的毕业设计（论文） ，题目 基于单片 机的数字调频收音机 是本人在指导教师指导下独立完成的，没有 弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容； 2.毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可 靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源； 3. 毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观 点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况； 4.本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽 窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设 计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并 追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果； 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中， 被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接 受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。 学生（签名）： 日期： 年 月 日 目 录 前言 .2 1 设计方案 .2 1.1 单片机的选择.3 1.2 无线 FM 模块.3 1.3 显示模块的方案比较论证.3 1.4 显示模块的方案比较论证.4 2 单片机 AT89C52 的介绍 .4 2.1 单片机 AT89C52 的性能介绍.4 2.2 单片机复位电路相关设计.5 2.3 电源电路.6 3 FM 芯片简介.8 3.1 TEA5767 芯片简介 .8 3.2 TEA5767 寄存器描述.10 3.3 FM 模块介绍 .13 4 I2C 总线简介.14 5 硬件电路设计 .17 5.1 电路原理图.17 5.2 电路装配注意事项 .19 6 软件设计.19 6.1 软件设计思想.20 6.2 数码管控制子程序.21 6.3 收音机子程序.22 参考文献： .23 基于单片机的数字调频收音机的设计基于单片机的数字调频收音机的设计 学生：（指导老师：） （皖西学院信息工程学院） 摘要:科学技术的日益进步和发展，传统的收音机存在许多弊端如体积大、调谐不方便稳定性不好， 这些弊端导致传统收音机不能满足人们的生活需求，所以这次研究的课题是关于单片机的数字调频 收音机的，目的是为解决传统的调频收音机方案中存在的诸多弊端,本实验设计包含硬件电路、软 件设计流程和系统测试。数字调频立体收音机的 MCU 采用 AT89C52 单片机，其中单片机是本系统的 核心器件。设计中通过单片机 AT89C52 控制芯片 TEA5767 完成对调频广播(频率介于 88MHZ 到 108MHz 之间)的接收。设计方案中显示搜索频率芯片是 TEA5767,然后数码管直观的反应出来，频率 的调节是通过按键操作完成的。 关键词关键词: : 数字调频收音机；AT89C52；TEA5767；AT89C52 接口； Based on single chip FM radio Student: (Faculty Adviser：) (College of Biological and Pharmaceutical Engineering, West Anhui University) AbstractAbstract: With the progress and development of science and technology, the traditional radio volume big, shortcomings and so on tuning inconvenient stability is bad, cant meet the demand of peoples life, the design of topic is based on single chip microcomputer digital FM radio design to solve the problem existing in the traditional frequency modulation scheme is big, the shortcomings of tuning inconvenient, stability is bad, this experiment includes the design of hardware circuit, software design process, and system testing.Digital FM stereo radio USES AT89C52 MCU microcontroller, including MCU is the core component of this system.This experiment using BU2614 phase-locked loop frequency synthesizer with single-chip microcomputer AT89C52 interface, achieve 88 MHZ to 108 MHZ FM radio reception.This design with TEA5767 displaying search frequency, through digital tube display, and buttons adjust the frequency. 1 KeywordKeyword：Digital FM radio；AT89C51；TEA5767：AT89C52 前言 随着科学技术的进步，人们的日常的生活发生了翻天覆地的变化，同时人们的生 活水平也越来越高，同时收音机也深入人们的日常生活，但简单的独立的半导体收音 机不能满足人们的生活需要了，技术研究人员不断地研究使收音机的存在方式也在发 生变化，最早的收音机是独立式半导体构成的。但现如今都是单片机集成的。21 世纪 以来，通信技术的快速发展，在无线电通信的各个领域中都广泛的应用锁相环和频率 合成技术，而这一技术成为收音机的主要控制方式。本文主要介绍基于单片机的数字 调频收音机。 1 设计方案 这次主要设计个简易的数字调频收音机，调频主要的含义是频率调制，频率调制 也就是将原来等幅恒频的高频信号的频率，伴随着调制信号的幅度变化而变化，调频 收音机（FM Radio）就是接收这些频率调制的无线电信号并经过解调还原成原信号的 电子设备。调频收音机电路一般包括很多的部分，有接收天线、振荡器、混频器、 AGC（自动增益控制） 、中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电 路、搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路、音频输出电路等组成。设计中的 控制模块的主要器件是单片机 AT89C52，FM 模块的主要器件是芯片 TEA5767，功放模 块的主要器是 TDA2030。设计个简易的数字调频收音机系统框图如下： 基于单片机的数字调频收音机的设计 2 电源模块 显示模块控制模块FM模块 功放模块 图 1 系统的方案框图 1.1 单片机的选择 方案一: 单片机 AT89C52 是由美国的 ATmel 公司推出生产的低电压和具有高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的程序存储器和 256 bytes 的随机存 取数据存储器（RAM） ，器件生产按照 ATMEL 公司的技术生产标准即高密度和非易失性 存储，更重要的是兼容 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储 单元，单片机 AT89C52 功能强大可以提供给我们各种操作的空间。 方案二：系统的主要控制器要是采用 FPGA（可编辑逻辑阵列） 。虽然这个期间可 以完成多种繁杂的逻辑功能同时体积小、稳定性好。但 FPGA 价格昂贵。价格决定 FPGA 只会用在大规模繁杂的操作系统。 对这两种作比较，性能方面 FPGA 显示出其独特的优越性，但考虑到价格较高的 原因，所以决定选用更合适的 AT89C52 单片机同时。另外数字调频收音机操作系统较 为简单，FPGA 的高性能优势在收音机的操作系统上得不到体现，这就造成资源的浪费。 由于 AT89C52 完全能满足本设计系统的造作要求，性能方面满足，价格也很便宜。各 方面综合考虑单片机 AT89C52 更适合本次设计。 1.2 无线 FM 模块 关于无线模块的两种不同选择方案： 方案一: :采用无线芯片 TEA5767，并自己设计外围电路。 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 3 方案二：设计使用厂商生产的现成 TEA5767 模块。对比上述两种方案，方案一中 存在的难题就是自己设计电路还要进行焊接工作，众所周知芯片 TEA5767 采用独特的 FVQ FN40（耐热的薄型四脚扁平封装）封装，短时间内根本不可能实现硬件功能的。 本设计只能采用现成的 TEA5767 的模块，设计选择方案二。 1.3 显示模块的方案比较论证 方案一：设计选用数码管显示收音机的频率。数码管只有一个 8 位 I/O 端口，这 样接口就十分简单，一般数码管的价格便宜，使用寿命长，功耗也小。数码管的显示 亮度可以通过电流进行调整，数码管有较高的亮度能够清楚的显示亮度，便于用肉眼 进行观察。 方案二：LCD 液晶显示具有优点是：较数码管可以显示更多的数字或者字符，人机界 面更加优越，对操作系统的占有率低，对人机界面的优越性决定了液晶显示人性化的 一面。相比于数码管显示不足的地方是价格过高，亮度较低，不便于观察数据 1.4 显示模块的方案比较论证 芯片 TEA5767 音频输出方式有立体声方式和单声道输出方式，不同的输出方式的 程序设定不同，设计可以根据具体的需要设定，从降低设计的难度角度出发，设计中 采用单声道输出方式。 本设计的功放芯片是 TDA2030，另外供电电压是 5V。 2 单片机 AT89C52 的介绍 2.1 单片机 AT89C52 的性能介绍 基于单片机的数字调频收音机的设计 4 图 2 单片机 AT89C52 引脚分布图 性能介绍： （1）AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机。 （2）具有 4K 字节可反复擦写的程序存储器（PENROM）和 128 字节的存取存储器 （RAM） 。 （3）采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丢失存储数据。 （4）能和 MCS-51 系列的单片机兼容。 引脚说明： （1）AT89C52 共有 40 个引脚。 （2）引脚按功能分 3 类：电源和时钟引脚、编程控制引脚、I/O 口引脚。 （3）VCC（40）脚、GND（20 脚）-单片机电源引脚。 （4）XTAL1（19 脚） 、XTAL2（18 脚）-外接时钟引脚。 （5）RST（9 脚）-单片机复位引脚。 （6）I/O 口引脚-P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口。 单片机 AT89C52 通过内部方式和外部方式这两种不同的方式分别产生时钟。内部 放大器的主要组成部分是单片机 AT89C52 内部的高增益反相放大器，内部放大器的输 入端是引脚 XTAL1 而输出端是引脚 XTAL2。内部放大器和石英晶体都是自然振荡器重要 基于单片机的数字调频收音机的设计 5 组成部分。设计中值得注意的地方 1、电容的数值在 30pf 左右效果最佳。因为电容数 值对振荡器是否稳定和起振的快慢其决定性作用。2、选择的晶体的振荡频率必须在 1.2MHz 到 12MHZ 之间，在这个范围内的频率数值越大越好。频率越高代表系统的时钟 频率也会越快单片机的运行更加流畅。AT89C52 常选择振荡频率 12MHz 的石英晶体。下 面是单片机时钟电路图： XTAL1 XTAL2 C1 30pF C2 30pF NC 信号输入 XTAL1 XTAL2 12MHz （a）内部震荡电路 （b）外部震荡电路 图 3 时钟电路图 2.2 单片机复位电路相关设计 要对单片机进行初始化操作必须进行复位操作，复位操作是把高电平加到复位管 脚(RST)上，同时时间超过两个机器周期以上，一般的手动操作的时间会超过两个机器 周期。当系统进行复位操作时，单片机初始化为 0000H，同时也意味着程序从 0000H 处 开始执行。复位操作不仅能对系统进行正常的初始化还能摆脱程序运行时出现错误和 系统处于死锁的情况。 基于单片机的数字调频收音机的设计 6 D1 S1 R1 10K C1 0.1pF VCC 图 4 单片机复位电路 2.3 电源电路 电源是给电路供给电压的装置。通俗来说电源就是能把以其它形式存在的能量转 变成电能的实验装置。电源的主要做用就是给电路提供电能，所以电源别称电源供应 装置。维持计算机正常的工作的电能都是电源提供的。计算机工作的快慢和使用寿命 的长短都跟电源的功率大小、电压是否稳定多决定的。本系统电能来源是电源模块提 供。 设计系统中存在的难题就是步进电机的工作电压是 12V,单片机的工作电压是 5V。 要顺利完成此次设计必须解决这个问题，最终的解决办法就是给电路加上稳压芯片。 设计中用到的稳压芯片是 LM7805。它的主要作用就是 12V 电源处理后给单片机正常使 用。测试后的结果是 12V 的电压能满足原器件的运行要求。 调整管 基 准 电 路 启 动 电 路 放大 电路 保护 电路采 样 电 路 U1 U0 图 5 集成稳压器 7805 内部结构 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 7 方案中的电源电路组成部分分为：7805 集成稳压器、桥式整流电路滤波电容和指 示灯。该电路中核心的器件是 7805 稳压器，内部结构图如上图所示： (1)调整管 调整管的位置是在输入端和输出端之间部位，但负载电流存在波动时，调整便进 入工作状态，通过调节本身的集-射压降从而保持输出电压稳定。在本电路中，调整管 的主要组成元件是两个三极管，三极管复合组成调整管。复合组成的好处体现在使用 小数值的电流能调节带动大数值的输出电流，并且提高了输入电阻 (2)放大电路 放大电路是先把基准电压和从输出端采样得到的电压对比，再将其电压数值进行 放大然后送到调整管的基极。放大倍数愈大，则稳定性能愈好。本设计中的放大管也 是经过复合组成的，电路组态是采取有源负载的共射接法，能够对电压进行高倍数放 大。 (3)基准电源 基准电源是否稳定决定输出电压是否稳定。在这个稳压器中，基准源是具有间隙 式的，这样的基准源好处是噪声低、温漂低。并且多应用在集成稳压器中。 (4)采样电路 两个分压电阻构成采样电源，作用是把输出电压的部分送到放大电路的输入电路 中。 (5)启动电路 启动电路的功能是在直流输入电压输入的时候，确保调整管、放大电路、基准电 源能够获得工作电流并正常的工作，集成稳压电路能够正常工作的时候自动断开，没 及时断开将会影响稳压电路的正常工作。 (6)保护电路 集成稳压电路中的包含三种保护电路都集成在芯片内部，它们分别是：限流保护 电路、过热保护电路、过压保护电路。 基于单片机的数字调频收音机的设计 8 3 FM 芯片简介 3.1 TEA5767 芯片简介 关于 FM 模块的介绍如下。这模块的主要元件是由飞利浦公司生产的 TEA5767 芯 片。这个芯片采用 HVQFN40 封装，这种封装将具有全部的 FM 功能集成在一个大小不到 6*6 平方米的小方块上。下面是 TEA5767 的数据参数：TEA5767 的额定工作电压在 2.5 到 5 伏特之间。一般设定为 3V。接收的频率在 87MH 到 108MH 之间。下面是 TEA5767 的 具体引脚分布图和应用结构图： 图 6 TEA5767 芯片引脚分布 表格 1TEA5767 管脚定义 管脚定义管脚定义 1 空脚21空脚 2锁相环输出22左声道输出 3本振23右声道输出 4本振24软静音时间常数 5本振电源25检波输出 6数字地26基准 7数字电源27中频中心频率调整时间常数 8数据线28中频限幅器退藕 1 9时钟线29中频限幅退藕 2 10空脚30空脚 11三线读写控制31空脚 12总线模式选择32增益控制 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 9 13 总线使能端 33 模拟地 14 软口 1 34 模拟电源 15 软口 2 35 射频输入 1 16 晶振 36 高频地 17 晶振 37 射频输入 2 18 相位滤波 38 高放 AGC 时间常数 19 导频低通滤波 39 锁相环开关输出 20 空脚 40 空脚 图 7 TEA5767 应用结构框 TEA576 有如下的特征： （1）高敏捷、低噪声、低电压、低功耗的高频放大器。 （2）FM 模块中的混频器能接收欧美频段（87.5-108MHz）或日本频段（76-91MH） 。 （3 ）射频可以自动增益控制，而且 LC 调谐振荡器仅需要固定片装电感。 （4）内部存在 FM 解调器就不需要外部的鉴频器，同时在芯片内部就可以完成 FM 中频 选择性。 基于单片机的数字调频收音机的设计 10 （5）参考时钟有两种方式产生：（a）通过振荡器(32.7MHz 或 13MHz)产生。 （b）直接 从外部输入时钟信号（6.5MHz） 。 （6）集成锁相环调谐系统 （7）获取中频技术其数值和高频信号电平是通过 I2C 总线获得，可以进行自动调谐。 3.2 TEA5767 寄存器描述 编写程序的关键是理解芯片的寄存器。单片机和 TEA5767 之间有两种通信方式， （1）I2C 模式， （2）三线模式，这里采用 I2C 模式。TEA5767 的寄存器总共有五位，数 据进 行通信使得读写顺序：地址数据字节 1数据字节 2数据字节 3数据字 节 4数据字节 5，下面是芯片寄存器的说明。 （1）芯片寄存器地址格式如下 表格 2 芯片寄存器地址 IC 地址模式 110000R/非 W R/W=0 为读模式；R/W=1 为写模式 （2）在写模式下的 5 个数据字节的格式和各位的说明。 表格 3 数据字节1字说明 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） MUTESMPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8 表格 4 数据字节 1 位描述 位号符号 描述 7MUTE 值为0，左右声道正常工作；值为1，左右声道被静音； 6SM SM值为1，搜索模式；SM值为0，不再搜索模式。 5 到 0PLL13:8设定用于搜索和预设的可编程频率合成器。 表格 5 数据字节 2 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0 表格 6 数据字节 2 位描述 位号符号 描述 7到0PLL7:0设定用于搜索和预设的可编程频率合成器。 表格 7 数据字节 3 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） SUDSSL1SSL0HLSIMSMLMRSWP1 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 11 表格 8 数据字节 3 位描述 位号符号 描述 7SUD SUD的值为1，增加频率搜索；SUD的值为0，减小频率搜索。 6 和 5SLL1：0搜索停止标准：见下表。 4HLSI 高/低充电电流切换：HLSI=1，高充电电流； HLSI=0，低充电电流。 3MS 立体声/单声道：MS=1，单声道；MS=0，立体声。 2ML 左声道静音：ML=1，左声道静音并置立体声，ML=0，左声道正常。 1MR 右声道静音：MR=1，右声道静音并置立体声，MR=0，右声道正常。 0SWP1 软件可编程端口 1： SWP1=1， 端口1 高电平； SWP1=0， 端口1 低电平。 注：搜索停止标准设定 表格 9 搜索停止标准 SSL1SSL2 搜索停止标准 00 在搜索模式下禁止 01 低：ADC 值输出大小为 5 10 中：ADC 值输出大小为 7 11 高：ADC 值输出大小为 10 表格 10 数据字节 4 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） SWP2STBYBLXTALSMUTEHCCSNCS I 表格 11 数据字节 4 位描述 位号符号描述 7SWP2 软件可编程端口 2：SWP2值为1，端口 2 高电平； SWP2值为0，端口 2 低电平。 6STBY 等待：STBY值为1，处于待机模式， STBY值为0，退出待机模式。 5BL 波段制式：BL值为1，日本调频制式； BL值为0，美国/欧洲调频制式。 4XTAL 假如 XTAL值为1，那么 fxta值一定为32.768KHz； 假如XTAL值为0，那么 fxtal值一定为13MHz。 3SMUTE 软件静音：SMUTE值为1，软静音模式打开； SMUTE值为0，软静音模式关闭。 2HCC 白电平切割：HCC值为1，高电平切割打开， HCC值为0，高电平切割关闭。 1SNC 立体声噪声去除：如果 SNC值为1，立体声消噪除打开， 如果 SNC指0，立体声消噪除关闭。 基于单片机的数字调频收音机的设计 12 0SI 搜索标志位：SI值为1，SWPORT1 输出准备好信号； SI值为0，SWPORT1 作为软件可编程端口 1 用。 表格 12 数据字节 5 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） PLLREFDTC- - - 表格 13 数据字节 5 位描述 位号符号 描述 7PLLREF 如果 PLLREF值为1，6.5MHz 的锁相环参考频率启用； 如果 PLLREF值为0，6.5MHz 的锁相环参考频率关闭。 6DTC 如果 DTC值为1，去加重时间常数为 75us； 如果 DTC值为0，去加重时间常数为 50us。 5 到 0 - - 未用，状态需要考虑。 （3）在写模式下 5 个数据字节的说明。 表格 14 数据字节 1 字节样式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） RFBLFPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8 表格 15 数据字节 1 位描述 位号符号 描述 7RF 准备好标志： RF值为1， 表示有一个频道被搜到； RF值为0，没有频道被搜所到。 6BLF 波段制式：BLF值为1，一个制式已经符合； BLF 值为 0，没有制式已经符合 5 到 0PLL13：8用于搜索和预设后的可编程频率合成器设定结果。 表格 16 数据字节 2 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0 表格 17 数据字节 2 位描述 位号符号描述 7 到 0PLL7：0设定用于搜索和预设后的可编程频率合成器设定结果。 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） STEREOIF6IF5IF4IF3IF2IF1IF0 表格 18 数据字节 3 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） STEREOIF6IF5IF4IF3IF2IF1I F 0 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 13 表格 19 数据字节 3 位描述 位号符号 描述 7STEREO 立体声标志位：STEREO值为1，立体声接收； STEREO值为0，单声道接收。 6 到 0IF6：0中频计数器结果 表格 20 数据字节 4 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） LEV3LEV2LEV1LEV0CI3CI2CI10 表格 21 数据字节 4 位描述 位号符号 描述 7 到 4LEV3：0ADC 的输出 3 到 1CI3：1芯片的验证号 0- - 该位内部置 0。 表格 22 数据字节 5 字节格式 位 7（高位）位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0（低位） 00000000 表（22）数据字节 5 位描述 位号符号 描述 7 到 0 - 预留为扩展用，由内部置 0。 3.3 FM 模块介绍 设计中的 FM 部分采用的是按照 datasheet 推荐的应用设计电路图生产的模块。设 计中的 FM 模块是由金秋实生产的收音机模块（有完整的 B20C 封装） ，外部仅有 10 个 外接引脚，这样带来的好处就是我们只用关注芯片的外部引脚而不用去研究芯片的内 部结构，开发和应用都极其简单方便。下图是模块的引脚封装。 基于单片机的数字调频收音机设计 14 图 8 TEA5767 模块引脚图 表 24TEA5767 引脚定义表 引脚 号 符号简介 1ANT 天线接口 2MPX FM 解调器 MPX 信号输出（置空） 3R 右声道输出 4L 左声道输出 5GND 地 6VCC 电源正极 7WR 读/写模式（仅三线控制有效） 8MODE 总线模式选择（1 为三线模式；0 为 I2C 模式） 9CLK 总线时钟线输入 10DATA 总线数据线输入/输出 4 I2C 总线简介 设计中 I2C（Inter IC Bus）总线是 PHLIPS 公司生产的串行总线，在通信控制领 域广泛的被应用，也是同步通信的特殊形式。优点在于接口线少、易于控制、器件封 装小和能满足多主机系统需求的总线裁决和高低速器件同步。通信线路包含数据线 SDA 和时钟线 SCL 两种双向信号线。I2C 的总线系统的硬件结构图 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 15 单片机 IIC 器件1 IIC 器件2 IIC 器件 P1.7 P1.6 RR +5V 图 9 I2C 总线系统的硬件结构图 I2C 总线接正电源是由上拉电阻完成的，总线空闲时，数据线和时钟线都是高电平。 总线上连接的任一元器件输出为低电平，总线的信号都会变低，这样各个器件的数据 线和时钟线都呈现与的关系。每个连接在 I2C 总线上的器件都仅有一个的地址。主机 和其它器件间的数据进行传送时是主机把数据发送到其他器件上，主机就是发射器。 接收器是连接在总线上接收到数据的器件，当存在多主机时，有可能多个主机同时启 动总线来传输数据。这样容易造成混乱， I2C 总线会通过总线仲裁决定由具体一台主 机控制总线。 I2C 总线的数据的节必需是 8 位长度。在数据传输过程中，先传输最高位（MSB） ， 每个传输的字节后面设有一个应答位（那么一帧有 9 位） 。 图 10 描述的是 I2C 总线字 节传输和应答时序 图 10 I2C 总线字节传输和应答时序 特殊原因使得从机不能对主机寻址信号进行应答时（例如从机进行实时性处理工 作的时候不能接收总线上的寻址数据） ，必须将数据线置于高电平，同时主机产生终止 基于单片机的数字调频收音机的设计 16 信号结束总线的数据传输。假如从机应答了主机，但数据传输一段时间之后不能继续 接收更多数据，从机通过不能接收第一个数据字节的非应答方式告知主机，主机 回应发送终止信号结束数据的继续传输。在主机接收数据时，主机每收到最后一个数 据字节后，都会给从机发出结束传送的信号。从机的“非应答”实现这个信号。后来， 从机释放数据线用来允许主机产生终止信号。 I2C 总线上传输的数据信号包含地址信号还包含数据信号。起始信号产生后传输一 个从机的地址（即 7 位） ，传输数据的第八位是传送方向位（R/T） ，主机发送数据 （T）用 0 表示，主机接收数据（R）用 1 表示。主机产生终止信号代表数据传输的结 束。如果主机还希望占用总线继续传输新的数据，就不能产生终止信号，同时马上对 另外的从机发起寻址信号。 总线传输数据的过程中有三种组合方式： （1）由主机向从机传输数据，数据的传输方向始终保持不变： S 从机地址 0A 数据 A 数据A/非 A P 说明：阴影部分代表的是主机向从机传输数据，空白部分代表从机向主机传输数 据。 S 代表起始信号。A 代表应答， 非 A 代表非应答（高电平） 。P 代表终止信号。 （2）主机在第一个字节后从从机读数据 S 从机地址 1A 数据 A 数据非 A P （3）传送过程中，需要改变数据传输的方向时，重复产生一次起始信号和从机地 址，两次的读/写方向位反相。 S 从机地址 0A 数据A/非 A S 从机地址 1A 数据非 A P I2C 总线的寻址协议规定：采用 7 位的寻址字节，寻址字节的位说明如下 位： 76543211 从机地址R/非 W 从机的地址是由 D1D7 位组成。D0 位定义为数据传输的方向位，D0=0 时，主机 向从机写数据，D0=1 时，主机从从机读数据。在主机传送地址时，总线上的从机都将 自身的地址和主机传输的 7 为地址码进行比较，相同，则表示主机正在寻址这个从机， 作为发送器或者是接收器都由 R/T 位数值决定。从机的地址分为固定部分和可编写部 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 17 分。接入总线的器件数目是由可编写部分决定。 设计中采用的单片机 AT89C52 没有 I2C 总线接口，所以只能通过模拟实现，I2C 总线的数据传输由软件实现。软件和硬件结合实现信号模拟。为确保数据传输过程的 可靠性， I2C 总线数据传输的数据时序有严格的要求。I2C 总线的起始信号、终止信号、 发送“0”和发送“1”的模拟时序如下图： 图 11 I2C 总线数据传送模拟时序 5 硬件电路设计 系统硬件电路包括三个部分，即电源部分、微控制器部分和 FM 模块部分组成， 下面是对三个部分的电路设计说明： 5.1 电路原理图 （1）微控制器部分 微控制器模块分为 3 个部分，第一部分是复位电路，第二部分是晶振电路，第三 部分是按键控制电路。控制模块的主要器件是单片 AT89C52，另外值得注意的就是在电 源的输入端加上去藕电容。控制模块电源图如下： 基于单片机的数字调频收音机的设计 18 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL1 18 XTAL2 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 STC89C52R 30pF C2 30pF C3 Y1 12MHz RESET 10K R15 GND +C1 10uF/16V P10 P11 P15 P16 P17 RESET SDA CLK VCC P24 P25 P26 P27 GND VCC VCC R9 1K/0603 R10 R11 R12 R13 R14 R16 R17 图 12 微控制器模块原理图 （2）TEA5767 模块部分原理图 下面的是 FM 模块的电路连接，SDA 和 CLK 分别是时钟线和数据线，是主控模块和 FM 模块通信的关键，通信方式是串行通信。VCC 的数值为 3V，电容的作用是使系统的 电源更加稳定。FM 的音频输出是 7 和 8 号引脚。 ANT 10 MPX 9 L 8 R 7 GND 6 VCC 5 W/R 4 MODE 3 CLK 2 SDA 1 U2 TEA5767 GND R23 10K R22 10K SDA CLK VCC GND 104 C8 100UF C7 47UF C6 R24 10K L1 100uH GND VCC P2 Plug 图 13 TEA5767 模块部分原理图 （3）功放模块原理图 功放模块的核心器件是 TDA2030，下面是功放模块的电路原理图：接口 OUT1 和 OUT2 和 TEA5767 模块相连，将 TEA5767 输出的音频放大输出。 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 19 OUT1 1 VCC 2 OUT2 3 GND 4 INT2- 5 INT2+ 6 INT1+ 7 INT1- 8 U3 TDA2030 GND VCC C4 470UF C5 470UF R25 4.7R R26 4.7R 104 C11 104 C12 GND 3 5 4 2 1 J1 Phonejack Stereo SW 图 14 功放电路原理图 5.2 电路装配注意事项 装配过程中应注意的事项： （1）晶振部分和芯片引脚距离要近，导线要粗，焊接过程中用焊锡铺粗来解决 （2）电源输入部分要添加去耦电容 （3）TEA5767 部分和单片机引脚的距离也要足够近，数据线线和时钟线也需要加 粗。 （4）天线的位置要靠近芯片引脚，同时加上匹配电容。 （5）模拟线和数据线最好能够分开， 、元器件面采用数字线，焊接面通过模拟的 方法处理。 6 软件设计 软件用 C 语言程序来设计，程序分为三大的部分，分别是收音、按键和数码管模 块。芯片寄存器操作的难点在于设置频率，接收频率参数通过下面公式设置： FRF：接收频率（kHz） FIR：中频（TEA5767 的中频频率为 225kHz） FREFS ：参考频率（取决于 TEA5767 外接晶振） ，本方案外接晶振的频率为 32.768kHZ。 基于单片机的数字调频收音机的设计 20 6.1 软件设计思想 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 21 开始 初始化系统 显示关机 有按键按下 收音机开否 是否调节频率 收音机发送频 率和命令 返回 开收音机 显示频率 N Y N Y 图 15 设计总程序 数码管的操作如下，首先对单片机进行初始化包括对数码管的初始化，此时收音 机处于关机。开启定时器，扫描按键，并将按键的数值通过数码管显示出来。 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 21 6.2 数码管控制子程序 图 16 数码管控制子程序 数码管是人机交互界面的主要构成部分。本设计中有 4 个数码管并且精度都是 0.1MHz。设计开始时数码管都会有数值，有按键按下数码管数值清零显示按键操作数 值，没有按键按下，保持原数值不变。数码管的初始值是 100MHz。 开始 给按键端口初 值 有按键按下 清除按键标识 键值处理 显示全部按键 N Y 基于单片机的数字调频收音机的设计 22 6.3 收音机子程序 开始 发送频率 等待0.1S 读收音机数值 是否收到电台 返回 增大或减小 0.1MHz Y N 图 17 收音机控制子程序 收音机自动搜台时，先给收音机发送频率，收音机接收频率并做出判断，看是否 有电台。没有收到电台时，频率会自动增加或减小。再读取发送的频率。这样操作直 到有电台被收到。 皖西学院 2014 届本科毕业设计（论文） 23 参考文献： 1 康华光，邹寿彬、 电子技术基础（模拟部分）M；高等教育出版社. 2 吴大正，高西全、 Matlab图像处理与应用M；电子工业工业出版社. 3 康华光，邹寿彬、 电子技术(数字部分)M；高等教育出版社. 4 周国祥、 微机原理与接口技术M；中国科学技术出版社. 5张义和，王敏男、 例说 51 单片机M；民邮电出版社. 6郭天祥，51 单片机 C 语言教程M；电子工业出版社. 7卿玉，基于 TEA5767 芯片的单片机控制数字 FM 收音机设计J. 8郝兴恒，单片机控制的数字收音机 FM 收音机设计J. 9何立民，单片机高级教程M；北京航空航天大学出版社. ， 10赵晓安，MSC-51 单片机原理及其应用；天津大学出版社. 11AT89C52 芯片资料（译文） ；Atmel 公司 12朱定华，单片机原理及接口技术M；电子工业出版社. 13马忠梅，单片机外围电路设计M；北京航空航天出版社. 附录 程序总代码 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code tab= 0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,;/数码管段 码表 sbit led0=P24;/频率显示的数码管位选端口 100兆，P2.4端口 sbit led1=P25; /频率显示的数码管位选端口 10兆，P2.5端口 sbit led2=P26; /频率显示的数码管位选端口 1兆，P2.6端口 sbit led3=P27;/频率显示的数码管位选端口 0.1兆，P2.7端口sbit SDA=P30; /接在TEA5767的数据端口 sbit SCL=P31; 接在TEA5767的时钟端口 sbit KEY0=P10;频率增加按键端口 sbit KEY1=P11;频率减小按键端口 #define duanxuan P0频率显示的数码管段选P0端口 unsigned long pinlv=100;开机初始化的电台频率为100MHz unsigned int pl=101100;计算频率合成时用的变量 void Delayms(unsigned char x) for(;x0;x-); void i2c_start() SDA=1; Delayms(4); SCL=1; Delayms(4); SDA=0; Delayms(4); SCL=0; Delayms(4); void i2c_stop() SCL=0; Delayms(4); SDA=0; Delayms(4); SCL=1; Delayms(4); SDA=1; Delayms(4); void i2c_ack() SDA=0; Delayms(4); SCL=1; Delayms(4); SCL=0; Delayms(4); SDA=1; Delayms(4); bit i2c_testack() bit ErrorBit; SDA=1; Delayms(4); SCL=1; Delayms(4);