毕业设计（论文）-基于51单片机IIC的收音机设计.doc

摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如，本文所要论述的通过单片机来控制TEA5767HN芯片及驱动LED数码管实现FM收音并显示频率。现在人们常使用的收音机为手动调频收台，使用较为麻烦，而且由于接收灵敏度不高，所接收的频段较窄。本设计采用的是TEA5767HN芯片，它是由PHILIPS公司推出的针对低电压应用的单芯片数字调谐FM立体声收音机芯片。TEA5767HN芯片内集成了完整的IF频率选择和鉴频系统，只需很少的低成本外围元件，就可实现FM收音机的全部功能。另外，它具有高性能的RF AGC电路，其接收灵敏度高；参考频率选择灵活；可实现自动搜台。关键词： 单片机；FM收音机； IICAbstractSCM since the 1970s, with extremely high since the advent of performance to price is peoples attention and concern, so it is widely used, are developing very quickly. SCM is characteristic of small volume, light weight, high, integration, strong anti-jamming capability of environmental demand is not high, low price, high reliability, flexibility is good, develop relatively easy. Because there are so many advantages microcontroller, so widely, its application field, almost to the point of pervasive. In our country, the SCM has been widely applied in industrial automation control, automatic detection of intelligent instruments, intelligent household appliances, aerospace and defense military, sophisticated weapons and other aspects. We can develop using single-chip microcomputer system to obtain high economic performance. The more important significance is MCU application change control system of traditional design ideas and methods. Using a hardware circuit implementation before most of the control function, are using single-chip microcomputer through software methods to achieve. This software combines hardware or replace hardware and can improve the system performance control technology, called micro control technology. For example, this paper tries to paper through a singleship controlling TEA5767HN chip and drive LED digital display realize FM radio tube and frequency. Nowadays people often use radio for manual FM accept Taiwan, use more trouble, and because the rx sensitivity is not high, receives a narrow band. This design USES is TEA5767HN chip, it is launched by PHILIPS company for low voltage application of single chip digital tuning FM stereo radio chip. TEA5767HN chip has integrated complete IF within frequency selective and popularly used system, requires very little low cost peripheral components, can realize FM radio fully functional. In addition, it has high-performance RF AGC circuit, its reception high sensitivity; Reference frequency selection flexible; Can achieve automatic channel surfing.Keywords: SCM; FM radio; IIC目 录摘 要1目 录31 绪 论42 基于单片机IIC的收音机方案总体分析52.1 系统总体分析52.2 主要技术分析53 单片机IIC收音机主要器件简介63.1 收音模块TEA5767HN的功能介绍63.1.1 TEA5767HN的IIC总线说明63.1.2 TEA5767HN写数据73.1.3 TEA5767HN读数据83.2 主控制器AT89S51103.2.1 MSC-51芯片资源简介103.2.2 单片机的引脚说明124 基于单片机IIC的收音机总体设计134.1 系统硬件设计134.1.1 单片机最小系统设计134.1.2 收音模块硬件设计154.1.3 电源电路154.1.4 液晶显示模块电路164.2 系统软件设计194.2.1 FM收音机软件流程图194.2.2 收音模块PLL频率算法子程序204.2.3 单片机IIC收音机程序清单205 结束语21致 谢22参考文献23附录1：总体电路图24附录2：程序清单251 绪 论 本设计研究FM收音机分为硬件电路和程序设计两个方面。从硬件电路来说，主要是实现所需电压值、稳压、搜台、控制和频率显示等方面；从系统程序来说，主要是如何将电台频率换算出PLL控制字写入TEA5767HN，以及PLL控制字转换成频率送显示。意义： 随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，TEA5767HN芯片可通过IIC系统总线进行各种功能控制，并通过IIC总线输出7位IF计数值；立体声解调器完全免调，可用软件控制SNC、HCC、暂停和静音功能；具有两个可编程I/O口，可用于系统的其他相关功能，又由于其小尺寸的封装，使得它非常适合用于电路板空间相当有限的设计上。2 基于单片机IIC的收音机方案总体分析2.1 系统总体分析 课题研究分为两部分：硬件电路和程序。硬件电路包括主控制器、调频模块、喇叭（耳机）接收和频率显示四部分。主控制器采用的是单片机AT89S51，调频模块采用的是TEA5767HN芯片，显示电路采用LCD1602直读显示。程序部分用C语言编写包括设定89.6MHZ电台、TEA5767HN写入和读出、PLL控制字转换为频率送显示和IIC总线操作子程序包。通过设计电路图和电路焊接，编写程序并调试，使系统达到设计要求。2.2 主要技术分析1.2.1调频广播收音机的原理：一个典型的调频广播收音机的电路原理图如下：自动增益控制高频放大器混频器中频放大器限幅器鉴频器音频放大器调谐器本地振荡器3 单片机IIC收音机主要器件简介3.1 收音模块TEA5767HN的功能介绍具有集成的高灵敏度低噪声射频输入放大器；具有射频自动增益控制电路RF AGC；LC调谐振荡器采用廉价的固定片式电感；具有内部实现的FM中频选择性；具有完全集成的FM鉴频器，无需外部解调；可选择32.768kHZ或13MHZ的晶体参考频率振荡器，也可使用外部6.5MHZ的参考频率；采用PLL合成器调谐系统；引脚BUSMODE可选择IIC和3-wire总线；总线可输出7位中频计数器；总线可输出4位信号电平信息；具有软件静音功能；具有免调整立体声解调功能；具有电台自动搜索功能；3.1.1 TEA5767HN的IIC总线说明 TEA5767HN的IIC总线地址是C0H，是可收发的从器件结构，无内部地址。最大低电平是0.2VCCD，最大高电平是0.45VCCD。 当使用IIC总线时，引脚BUSMODE必须接地。因总线的最高时钟频率是400kHZ，故芯片的时钟频率不能高于该值。 当向TEA5767HN写入数据时，地址的最低位是0，即写地址是C0H。当从TEA5767HN读出数据时，地址的最低位是1，即读地址是C1H。TEA5767HN遵守通用的IIC总线通信协议，IIC总线的写模式和读模式格式分别为： IIC写模式开始位写地址应答位数据字节应答位停止位 IIC读模式开始位读地址应答位数据字节1 3.1.2 TEA5767HN写数据 TEA5767HN内部有一个5字节的控制寄存器，在IIC上电复位后，必须先通过总线接口向其写入适当控制字，TEA5767HN才能正常工作。写入控制字应按照以下顺序： 地址，字节1，字节2，字节3，字节4，字节5 首先发送每个字节的最高位。在时钟下降沿后写入的数据才有效。 写模式字节1格式 位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）MUTESMPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8 写模式字节1各位说明位符号 说明7MUTE左右声道静音设置。1：左右声道静音；0：左右声道非静音6SM搜索模式设置。1：搜索模式；0：非搜索模式50PLL138预置或搜索电台的频率数据高6位 写模式字节2格式位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0 写模式字节2各位说明位符号说明70PLL70预置或搜索电台的频率数据低8位 写模式字节3格式位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）SUDSSL1SSL0HLSIMSMLMRSWP1 写模式字节3各位说明位符号说明7SUD上下搜索设置。1：向上搜索；0：向下搜索6，5SSL10设定搜索停止电平，见下表4HLSI设定高低本振。1：高端本振注入；0：低端本振注入3MS单声道或立体声设置。1：强制单声道；0：开立体声2ML左静音设置。1：左声道静音强制单声道；0：左声道非静音1MR右静音设置。1：右声道静音强制单声道；0：右声道非静音0SWP1软件可编程输出口1设置。1：SWPOR1为高；0：SWPOR1为低 搜索停止电平设置SSL1SSL0搜索停止电平00不搜索01低电平，ADC输出值为510中电平，ADC输出值为711高电平，ADC输出值为10 （本设计用的是第三种） 3.1.3 TEA5767HN读数据读地址为C1H。 读模式字节1格式位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）RFBLFPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8 读模式字节1各位说明位符号说明7RFReady标志。1：发现了一个电台或搜索到头；0：未搜索到头6BLF波段到头标志。1：搜索到头；0：未搜索到头50PLL138搜索或预置的电台频率值的高6位（需换算） 读模式字节2格式位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0读模式字节2各位说明位符号说明70PLL70搜索或预置的电台频率值的低8位（需换算） 读模式字节3格式位7（MSB）位6位5位4位3位2位1位0（LSB）STEREOIF6IF5IF4IF3IF2IF1IF0 读模式字节3各位说明位符号说明7STEREO立体声标志。1：立体声；0：单声道60IF60中频计数结果 根据电台频率换算出PLL控制字写入以及根据PLL控制字换算出电台频率读出。TEA5767HN的中频f固定为225khz，参考频率与所使用的晶振有关，具体数值如下：XTAL是写模式控制字第4字节的位4，PLLREF是写模式控制字第5字节的7位 。 FM收音机参考频率XTALPLLREF参考频率振荡频率003000HZ13MHZ013000HZ6.5MHZ1032768HZ32.768KHZ1132768HZ32.768KHZfRF=(NDEC*fREFS)/4-（+）fIF 式中，fRF为收到的电台频率，NDEC为控制字的十进制值，fIF为中频频率，fREFS为参考频率。当采用高本振时，公式用减号，当采用低本振时，公式用加号。本设计用的参考频率是32768HZ，低本振，计算公式为： fRF=NDEC*8192+225000（HZ） 3.2 主控制器AT89S513.2.1 MSC-51芯片资源简介 89S51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。89S51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：A.中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。B.数据存储器(RAM)89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。C.程序存储器(ROM)89S51共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。D.定时/计数器：89S51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。E.并行输入输出(I/O)口：89S51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。F.中断系统89S51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。3.2.2 单片机的引脚说明89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89S51有40条引脚, 与其他51系列单片机引脚是兼容的. 这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分. 89S51单片机为双列直插式封装结构, 如图3.2所示. 图3.2 89S51引脚分配图89S51单片机的外接晶体引脚 ：（1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2） XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。4 基于单片机IIC的收音机总体设计4.1 系统硬件设计4.1.1 单片机最小系统设计单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。1.电源引脚 Vcc40电源端GND20接地端工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V, 引脚功能一样。 2.外接晶体引脚图3.5 晶振连接的内部、外部方式图 XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。3.输入输出引脚(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。 (2) P1端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。4.1.2 收音模块硬件设计收音模块直接由单片机IIC控制，其中TEA5767HN的IIC总线地址是C0H，是可收发的从器件结构，无内部地址。最大低电平是0.2VCCD，最大高电平是0.45VCCD。当使用IIC总线时，引脚BUSMODE必须接地。因总线的最高时钟频率是400kHZ，故芯片的时钟频率不能高于该值。当向TEA5767HN写入数据时，地址的最低位是0，即写地址是C0H。当从TEA5767HN读出数据时，地址的最低位是1，即读地址是C1H。4.1.3 电源电路电源部分直接输入DC9v，经过ASM1117-5V进行5V稳压输出。模块3.3V电源有ASM1117-3.3直接提供。4.1.4 液晶显示模块电路LCD1602初始化指令：延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置图 LCD1602读操作时序图 LCD1602写操作时序1602LCD的RAM地址映射及标准字库表：液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图是1602的内部显示地址。例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”.4.2 系统软件设计4.2.1 FM收音机软件流程图4.2.2 收音模块PLL频率算法子程序static void AssembleFrequencyWord(void) UINT16 twPLL =0; /Dec UINT32 tdwPresetVCO =gdwPresetVCO; /Khz BYTE tbTmp1; BYTE tbTmp2; / calcu1ate frequency dataword bits from given station frequency BCD: if(FlagHighInjection) twPLL =(unsigned int)(float)(tdwPresetVCO+225)*4)/(float)REFERENCE_FREQ); else twPLL =(unsigned int)(float)(tdwPresetVCO -225)*4)/(float)REFERENCE_FREQ); /convert word to byte f. tbTmp1 =(unsigned char)(twPLL%256); /6789=Hex1A85 -133=Hex85 tbTmp2 =(unsigned char)(twPLL/256); / -26=Hex1A WriteDataWord0=tbTmp2; /high block WriteDataWord1=tbTmp1; 4.2.3 单片机IIC收音机程序清单