小信号调频收音机电路设计毕业论文.doc

小信号调频收音机电路设计毕业论文目录摘要IAbstractII目录III前言11 FM收音机介绍21.1 发射系统的简单概述21.2 接收系统的简单概述21.3典型数字式收音机模块组成31.4 收音机的调制方案简单介绍和该方案原理简单介绍41.4.1 收音机的调制方案简单介绍41.4.2 调频广播收音机的原理62 方案设计与硬件选择82.1 本方案涉及到的硬件选择82.2无线芯片的选择82.2.1 TEA5767方案选择82.2.2 TEA5767的I2C总线92.3控制模块92.3.1 STC89C52外形和引脚92.3.2 STC89C52主要功能112.3.3 STC89C52的控制电路112.4功放模块132.4.1TDA2822基本信息132.4.2 TDA2822工作特点152.5 LED数码管的结构152.5.1 LED数码管简单简介162.5.2 LED数码管的工作原理162.6电源模块173 TEA5767芯片183.1 TEA5767芯片简介183.2 FM模块介绍203.3 I2C总线简介214 电路设计254.1微控制器模块264.2 FM模块274.3 LED数码管显示模块284.4电源模块285软件设计思想和流程图306 硬件装配与系统测试326.1 硬件装配326.2系统测试32总结34致谢35参考文献36附件 主程序37小信号调频收音机电路设计前言如今，随着随身数码科技的发展，独立的半导体收音机已渐渐淡出了人们日常生活的视线，取而代之的是小巧精致的数字音频播放器。在这种环境下，收音机更加受到了无线电行业、专业电子技术机构和无线电发烧团体人员的关注。收音机的存在方式也发生了变化，从原来的独立式半导体发展成了内嵌到其他音频设备的模块化产品。现今的用户对于收音机技术上的要求相对较高，这也促使了收音机的控制方式需要不断改进、音质水品等技术指标也需要不断提高。本文开发了一套完整的FM 调制接收系统，采用了飞利浦专用数字收音集成电路，利用单片机控制，用4位LED数码管显示接收信号的频率，通过手动按键来减小或增大接收信号的频率值，精度为0.1MHz，这种收音机与普通调频立体声收音机相比内置噪声消除、软静音、低音增强电路设计，FM及MPX立体声采用DSP处理器，具有灵敏度高、噪声小、抗干扰能力强、外接元件少、使用简单等优点。数字收音集成电路与单片机采用I2C串行数据总线接口通讯，系统通过专用收音芯片TEA5767进行解调，主控芯片通过相应通信协议对其进行频率选择控制、音量控制，选定频率后，音频信号经由功率放大模块放音，能够独立完成立体声收音和放音功能。系统以主控芯片为核心，控制收音模块、显示模块、音频放大模块，完成一套多功能、立体声、音量控制的数字收音机。本文深入结合单片机软硬件技术，阐述了这款数字立体声收音机的设计过程。首先介绍了设计的工作原理和涉及到的关键技术，其次分别从硬件和软件两方面详细介绍并说明了该设计的结构，最后对设计成品进行了各项测试，并对设计成果的应用范围进行了估计。1 FM收音机介绍1.1 发射系统的简单概述无线电发射机是产生和发送无线电信号的装置，与一般的无线电发讯机的基本组成一样，无线电广播发射机也是由载波发生器，调制器，变频器，高频放大器和发射天线这些基本部分组成。它的工作原理是：通过调制器，声音信号调制载波产生已调波信号，然后由变频器将已调载波信号搬移到发生频率上，接着经高频功率放大后推动发射天线，由发射天线将射频信号功率转变成电磁波辐射出去。图1.1 无线电发射机方框图1.2 接收系统的简单概述天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，我国中频标准规定为465KHZ）一起送入变频管内混合变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频，中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。已调载波（调幅收音机的中频为465KHz,调频收音信号的中频为10.7MHz），接着通过中放通道的选频网络选出要接收的已调载波，随后，进行放大和解调（检波），从已调载波中提取出原电信号。这就完成了无线电信号的接收和解调。然后听过前置放大和功放驱动器驱动扬声器还原成声音（对于收音机）。收音机的接收原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机变成音波。由于广播事业发展，天空中有了很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会象处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。 图1.2 无线电接收方框图1.3典型数字式收音机模块组成本设计是一个数字调频收音机，调频就是频率调制，所谓频率调制就是原来等幅恒频的高频信号的频率，随着调制信号（音频信号）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，经过解调还原成原信号的电子设备。FM Radio电路一般主要由接收天线、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。本设计就是用单片机控制集成了上述所有FM功能的专用芯片，并在诺基亚5110液晶上显示当前的频率信息，设计一个数字FM收音机系统。本设计采用模块化设计，整个系统由控制模块、FM模块、电源模块、显示模块和功放模块组成，系统的整体方案框图如下图1-3：图1.3系统方案设计框图1.4 收音机的调制方案简单介绍和该方案原理简单介绍1.4.1 收音机的调制方案简单介绍收音机的主要性能指标：一、频率范围 频率范围是指收音机能够接收到的信号的频率范围。二、灵敏度 当收音机的输出功率达到额定功率时，在输入端所需要的最小信号的强度称为灵敏度，单位为（微伏）。它用于表示收音机接收微弱信号的能力。显然这个输入信号越小，收音机的灵敏度越高。三、选择性 选择性表示收音机从包括各种频率的复杂信号中选出有用信号而抑制其他干扰信号的能力，选择性以输入信号失谐9kHz时灵敏度下降的程度来表示，单位为dB（分贝）。dB数越大，表示收音机的选择性越强。四、输出功率 输出功率是指收音机输送给扬声器的音频信号的功率，单位为 W （瓦），也可用 mW 表示，1W=1000mW。输出功率越大，收音机能发出的声音越响。所谓调制，就是指用音频信号去改变载波信号的幅度，频率或者相位，使他们按照音频信号的规律变化，即将声音信息寄载在载波的幅度，频率或者相位参数上。发送端发射的是被音频信号调制的载波（称为已调波）而不是直接发送音频信号。当然，在接收时，就可以从接收到飞已调波中解调出其所带的音频信号。调制的目的是为了能可靠地和有效地发射，传送和接收信号。现在收音机的调制方式主要用两种：AM：改变载波的振幅称振幅调制。AM是指对信号进行幅度调制。一般做法就是先在原信号上叠加一个直流信号以保证信号f(t)+A0，然后乘上一个高频的余弦信号，即得到g(t)=f(t)+Acoswt。在频域上的效果就是将原信号的频谱移动到w处，以适合信道传输的最佳频率范围。g(t)的包络线即f(t)+A,用一个简单的包络检测电路就可以接收并还原信号了。FM：改变载波的频率称频率调制。音频信号的改变往往是周期性的，一个最容易理解音频调制技术的范例是小提琴和揉弦，揉弦通过手指和手腕在琴弦上快速颤动，使琴弦的长度发生快速变化，从而最终影响小提琴声音的柔和度。与“FM无线电波”相同，“FM合成理论”同样也有着发音体（载体）和调制体两个元素。发音体或称载波体，是实际发出声音的频率振荡器；调制体或称调制器，负责调整变化载波所产生出来的声音。载波频率、调制体频率以及调制数值大小，是影响FM合成理论的重要因素。我们习惯上用 FM 来指一般的调频广播（76108MHz，在我国为 87.5108MHz、日本(7690MHz） ， FM是一种调制方式 ，即使在短波范围的 2730MHz 之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。本次方案选用的是FM调制。理由有以下几点：1) 在同样的频率、功率等条件下，用调频方式传输信号比调幅方式要远得多。因为调幅方式的载频电平要高出噪声电平三四十分贝才能得到良好的图像指标，而调频方式只要高出噪声电平几分贝即可。2) 调频比调幅抗干扰能力强：外来的各种干扰、加工业和天电干扰等，对已调波的影响主要表现为产生寄生调幅，形成噪声。调频制可以用限幅的方法，消除干扰所引起的寄生调幅。而调幅制中已调幅信号的幅度是变化的，因而不能采用限幅，也就很难消除外来的干扰。3) 另外，信号的信噪比越大，抗干扰能力就越强。而解调后获得的信号的信噪比与调制系数有关，调制系数越大，信噪比越大。由于调频系数远大于调幅系数，因此，调频波信噪比高，调频广播中干扰噪声小。4) 调频波比调幅波频带宽。1.4.2 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图1.4 调频广播收音机电路原理图一、 调频高频头电路i. 调频高频头电路的组成与作用调频高频头电路主要包括输入电路、高频放大电路和变频电路。调频高频头的作用是选择所要接收的调频电台信号，并将它放大、混频，变成载频为10.7MHz的中频信号，然后输送到中频放大器。ii. 输入电路调频收音机输入回路的作用是从天线接收到的各种高频信号中选择出调频波段的信号，它分为固定调谐式输入回路和可变调谐式输入回路两种电路形式。iii. 高频放大电路高频放大电路的主要作用是对高频调频信号进行放大，以提高调频收音机的接收灵敏度。高频放大电路一般采用共基放大电路，这是因为共基电路的截止频率高，适用于高频率放大，并且共基电路的输入阻抗低，容易与天线的阻抗相匹配。iv. 变频电路变频电路的作用是把高频调频信号变换成载频固定为10.7MHz的中频信号。v. AFC电路AFC电路是调制收音机的特殊电路，它的作用是当本振频在工作过程中发生漂移时，能自动地控制本地振频率回到原来的正确频率上，使调频收音机处于最付佳状态。二、 中频放大电路调频收音机的中放电路与调幅收音机的主要区别：一是调谐回路的谐振频率不同，二是调频中放电路不加自动增益控制，使中放电路保持较大的增益，以便实现限幅。三、 限幅器1、限幅器的作用限幅器的作用就是抑制这种寄生调幅干扰。2、常用限幅器分立元件电路中一般采用二极管限幅电路或三极管限幅电路，集成电路内部一般采用差动限幅电路。四、 鉴频器1、鉴频器的作用鉴频器的作用是对调频信号进行解调，还原产生原调制信号，对调频收音机来讲，是从10.7MHz的中频信号中解调得到音频信号。 2、鉴频的方法鉴频过程分为两步，先把等幅的调频信号经线性变换电路转换为幅度随调频信号的频率变化规律而变化的调频调幅信号，这时调频信号的幅度变化就是解调所需的音频信号，然后再用检波器从调频调幅波中把音频信号解调出来。2 方案设计与硬件选择2.1 本方案涉及到的硬件选择本设计采用模块化设计，整个系统由控制模块、FM模块、电源模块、显示模块和功放模块组成，系统的整体方案框图如图1.3。FM模块选择采用飞利浦厂家生产的TEA5767模块来实现。控制模块选择采用宏晶科技生产的STC89C52芯片来实现。功放模块选择TDA2822。显示模块选择LED数码管显示当前收音机的频率。电源模块采用二种供电回路。下面将一一介绍简单硬件基本资料和选择该硬件具体原因。2.2无线芯片的选择采用专用的芯片可以使整个系统体积小、 重量轻、可靠性好、 灵敏度高、 功耗低。目前提供数字FM Radio解决方案的厂商很多，其中市场反响非常好的就有Philips公司提供的TEA5767，该芯片为低电压、低功耗和低价位的全集成单芯片立体声无线电产品，只需要极少的外部元器件，并且基本上不需要外部对高频信号的手动调准，并且其频带范围宽，可以完全免费调到欧洲、美国和日本的调频波段。2.2.1 TEA5767方案选择TEA5767芯片，通过I2C协议与单片机进行通信。单片机按键对TEA5767进行初始化输入接收频段的频率，TEA5767内部对信号滤波、放大、解调处理，输出信号经过功放进行放大，插上耳麦即可收听到电台节目，接收频率为87M108MHz分别对应数据为9000、0x339b。（该芯片以及模块的详细介绍见第3章）2.2.2 TEA5767的I2C总线I2C（InterIntegrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。2.3控制模块控制模块是本设计的核心，通过外围电路和向TEA5767芯片写入相关程序，控制部分要实现能够改变收音机的接收频率、工作模式、音量等各项参数的功能。因此必须需要一个微控制器才能达到要求，本设计采用STC89C52单片机作为系统的控制核心。2.3.1 STC89C52外形和引脚本设计采用宏晶科技生产的STC89C52芯片，芯片采用40脚双列直插式封装，32个I/O口，芯片工作电压3.8 5.5V，工作温度0-70C（商业级），工作频率可高达30MHz，芯片的外形和引脚见下图 图2.1 STC89C52芯片外形 图2.2 STC89C52芯片引脚图图2.1和图2.2STC89C52外形和引脚图STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。 1、STC89C52具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin1)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，如果接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.72.3.2 STC89C52主要功能STC89C52主要功能如下表所示。表2.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.3.3 STC89C52的控制电路1.时钟电路STC89C52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。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。2.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如下表所示。表2.2 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。这样，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用上电复位方式。2.4功放模块一般的集成功放电路外围元件较多且需要较大的散热器。本文介绍的功放电路简单，自制方便。TDA2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但足可以满足您的听觉要求了，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是制作小功放的较佳选择。2.4.1 TDA2822基本信息集成电路TDA2822为8脚双列直插式封装。 下图为TDA2822的实物图。图2.3 TDA2822TDA2822 是双声道音频功率放大电路，适用于在袖珍式盒式放音机（WALKMAN）、收录机和多媒体音箱中作音频放大器。图2.4 TDA2822引脚分布表3 TDA2822引脚说明引出端序列符号功能引出端序号符号功能1OUT1输出端15IN2(-)反向输出端22VCC输出端16IN2(+)正向输入端23OUT2输出端27IN1(+)正向输入端14GND地8IN1(-)正向输入端1参数名称符号数值单位电源电压VCC15V输出峰值电流Iop1A功耗Tamb=50PD1WTcase=50结温TJ1.4贮存温度Tstg-40+1502.4.2 TDA2822工作特点工作电压低，低于1.8V时仍能正常工作，集成度高，外围元件少，音质好。TDA2822广泛应用于收音机、随身听、耳机放大器等小功率功放电路中 如下图所示为TDA2822用于立体声功放的典型应用电路。图中，R1，R2是输入偏置电阻，C1，C2是负反馈端的接地电容，C6，C7是输出耦合电容，R3，C4和R4，C5是高次谐波抑制电路，用于防止电路振荡。图2.5TDA2822用于立体声功放的典型应用电路由于TDA2822的最高工作电压只有8V。使用TDA2822必须把电压降到8V以下。R1的数值要求不拘，一般选用10k的碳膜电阻。 使用时应注意：由于本功放为直接耦合，所以输入信号不能带直流成分。如果输入信号有直流成分则必须在输入端串接一只4.7-10uF左右的电容隔开，否则将有很大的直流电流流过扬声器，使之发热烧毁。2.5 LED数码管的结构 我们常用的LED数码管是七段式和八段式，八段式比七段式多了一个小数点，其它的基本上相同。八段式的数码管里面有八个LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两张类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极是把八个LED的阳极连在一起。2.5.1 LED数码管简单简介本次方案使用LED数码管显示当前收音机的频率。首先，看一下硬件： 图2.6LED数码管说明：LED（Light Emiting Diode）是发光二极管的缩写。LED数码管的八个引脚分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点，每一只发光二极管都有一根电极引脚到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（com）。2.5.2 LED数码管的工作原理当数码管用的是共阳极的时候，要显示数字“1”时，只需置b与c低电平，而其他的为高电平；要显示数字“2”时，只需置a、b、g、f、d为低电平，而其他的为高电平；要显示数字“8”时，除了小数点以为其它都为低电平。LED数码管显示时当要其中的哪个二极管亮就把这个二极管的引脚置于低电平，其它的就置于高电平。2.6电源模块单片机的供电电压要求是3.8V5.5V，TEA5767的供电电压要求是2.5V5.0V。由于收音机模块的应用范围很广，比如手机中就采用3.7V锂电池供电，DVD、电视等系统中则是对220V市电进行变压后供电。本设计中采用二种供电回路：1) 7805稳压芯片对系统进行5V供电。2) LMI117-3.3是对5V进行电压转换，输出3.3V的电压。3 TEA5767芯片3.1 TEA5767芯片简介TEA5767芯片简介FM模块的控核心芯片采用飞利浦公司的TEA5767数字立体声FM芯片，该芯片把所有的FM功能都集成到一个不足6*6平方厘米的用HVQFN40封装的小方块中。芯片工作电压2.5V5.0V，典型值是3V；RF接收频率范围是87108MHz，(最强信号+噪声)/噪声的值在60dB左右，失真度在0.4%左右；双声道音频输出的电压在6090mV左右，带宽为22.5KHz。芯片的引脚分布及其引脚定义分别见图3.1和表3.1。图3.1 TEA5767芯片引脚分布表3.1 TEA5767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19时钟线29中频限幅退藕210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13总线使能端33模拟地14软口134模拟电源15软口235射频输入116晶振36高频地17晶振37射频输入218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3.2 TEA5767内部结构框图参见内部结构框图，TEA5767主要具有以下特征：（1）集成高灵敏度的低噪声放大器。（2）FM到中频的混频器可以工作在87-108MHz的欧美频段或76-91MHz的日本频段，并且可预设接收日本108MHz的电视音频信号的能力。（3）射频具有自动增益控制功能，并且LC调谐振荡器只需固定片装电感。（4）内置的FM解调器可以省去外部鉴频器，并且FM的中频选择性可以在芯片内部完成。（5）可以采用32.768KHz或13MHz的振荡器产生参考时钟或可以直接输入6.5MHz的时钟信号。（6）集成锁相环调谐系统。（7）可以通过I2C或三线串行总线来获取中频计数器值或接收的高频信号电平，以便进行自动调谐功能，本设计采用第一种方式。（8）SNC（立体声噪音抑制）、HCC（高频衰减控制）、静音处理等可以通过串行数字接口进行控制。（9）免费调谐立体声解码器。（10）自动调节温度范围（在VCCA,VCC(VCO)和VCCD=5V）。3.2 FM模块介绍在方案设计时就已经确定FM部分采用按照datasheet推荐的应用设计电路图生产的模块。本设计FM模块采用金秋实生产的B20C封装的完整版收音机模块，外接引脚只有10个，开发者只需要关注引脚而不需要关注模块的内部结构，开发方便简单。下图3.3是模块的引脚封装和引脚功能简介（引出引脚的功能和芯片引脚的定义完全相同）。图3.3 TEA5767模块引脚图表3.2 TEA5767引脚定义表引脚号符号简介1ANT天线接口2MPXFM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3.3 I2C总线简介I2C总线简介:I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。它只有两根双向信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。典型的I2C结构如图4.9所示图3.4 典型的I2C总线结构I2C总线需通过上拉电阻接正电源，当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。I2C总线的数据字节必需保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。 图4.10是I2C总线字节传送与应答时序图3.5 I2C总线字节传送与应答时序由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。 在总线的一次数据传送过程中，可以有以下三种组合方式：（1）主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。A表示应答， A非表示非应答（高电平）。S表示起始信号，P表示终止信号（下同）。（2）主机在第一个字节后，立即从从机读数据（3）在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。I2C总线的寻址在协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节），寻址字节的位定义如下其中D7D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器或接收器。从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。由于本设计采用的STC89C52单片机没有I2C总线接口，所以要通过模拟来实现，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序如下图所示。 图3.6 I2C总线数据传送模拟时序4 电路设计本设计的电路图如下。图4.1 收音机原理图下面将分块对电路的电源部分、微控制器部分、FM模块部分和LED数码显示部分进行介绍， 4.1微控制器模块图4.2 微控制器原理图微控制器部分以STC89C52为核心，包括复位电路，晶振电路和按键控制电路，特别注意的是电源输入要加上去藕电容。P0.10.7口负责控制LED数码显示。通过软件模拟SPI总线控制显示内容。P3.5接TEA5767模块的DAT线。P3.6接TEA5767模块的CLK线。P1.0接按键s2。P1.1接按键s3。P1.2接按键s4。4.2 FM模块图4.3 FM模块原理图如图， 1是外接天线，L-OUT,R-OUT为音频输出。3脚接VCC，选择为工作模式。模块1脚接单片机。 DAT线接微控制器模块P3.5引脚。DAT和CLK线组成IIC总线与微控制器通信。OUTL输出左声道。OUTR输出右声道。4.3 LED数码管显示模块4.4LED数码显示原理图11引脚接P0.0。7引脚接P0.1。4引脚接P0.2。2引脚接p0.3。1引脚接P0.4。10引脚接P0.5。5引脚接P0.6。3引脚接P0.7。以上引脚与微控制器通过SPI总线通信。4.4电源模块图4.5 电源原理图本设计中单片机的供电电压要求是3.8V5.5V，TEA5767的供电电压要求是2.5V5.0V。5 软件设计思想和流程图软件采用可移植性强的C语言程序来设计，主要由两大部分组成，一个是模拟I2C总线程序，一个是对芯片寄存器进行操作的主程序。对芯片寄存器进行操作的关键是设置接收频率，接收频率设置参数可以通过以下式子得到：FRF：接收频率（kHz）FIR：中频（TEA5767为225kHz）FREFS ：参考频率（由TEA5767外接晶振而定），本设计外接22.1184MHZ的晶振。软件设计的核心是单片机与TEA5767进行通信，写入相关参数控制无线模块运行。本设计实现TEA5767的频率选择、音量控制、电台储存和频率显示。软件设计流程图如下：初始化按键检测按键s1按键s2按键s3按键s4收音机功能复位键初始化键，刚接上电源时，按下此键。初始化频率为87.5如果频率超过下线 (87.5MHZ)，低于上线如果频率超过上线(108MHZ)低于下线当前频率值减单位步长(100K)当前频率值增单位步长(100K)频率写入TETTEA5767读ADC的幅值大于门限NNY读中频计数器的值NN是否中频大于225k显示频率6 硬件装配与系统测试6.1 硬件装配设计就采用普通的万用版进行装配，在装配时要注意以下几点：（1）晶振部分要紧靠着芯片引脚，导线要尽量粗，在焊接时采用用焊锡铺粗来处理（2）电源输入一定要添加去耦电容（3）TEA5767模块和单片机引脚的距离尽量靠近，SDA线和CLK线尽量铺粗。（4）天线安装尽量靠近芯片引脚，一定要加上匹配电容。（5）模拟线和数据线尽量要分开，设计采用元器件面走数字线，焊接面走模拟线的方法处理6.2系统测试硬、软件设计完成后就进入到系统测试阶段，将调试好的程序下载到MCU，插入插座，接上+5V直流电源，扬声器接上+5直流电源。发现系统的电源指示灯有闪烁，经检查是输入指拨开关接触不良，由于没有多余的开关，所以没有换掉，轻触它到稳定就可以使用。这个问题解决后系统任然不能工作，再仔细检查硬件，发现TEA5767模块的8脚引脚线脱落，不能很好接地，芯片一直工作在休眠状态，把引脚焊好后，芯片就可以正常工作了。比较顺利的是，调试好的程序能够正常工作，S1S4按钮开关的频率搜索功能都能够正确实现。经调试，系统能够搜索的频率范围为87.5107MHz，能够接收到1012电台，由于没有专用天线，电路板质量也不高，再加上电台本身信号强度的问题，有45个电台的音质效果不是很好，干扰很大。尽管有不尽人意之处，但总体设计要求已经达到，是一个成功的设计。总结单片机控制的数字FM收音机的总体测试效果已经达到设计要求，是一个成功的设计。总结设计过程，本设计的关键是读懂芯片的寄存器设置要求，进行相关操作，设定其工作参数，这个设计我学到了一下几点：（1） 能熟练阅读芯片数据手册。（2） 学会通过软件模拟I2C总线通信协议。（3） 学会编程操作串口。（4） 和上次的课程设计相比，更能够注重硬件焊接中的细节问题。 同时找到了自己的不足之处，编程能力还很低，各项基本功还不是很熟练，在以后的学习中我一定加强训练，多多动手，特别是要提高自己的编程能力。参考文献1 刘瑞新. 单片机原理及应用教程M. 北京. 机械工业出版社，2003.7.2 康华光. 电子技术基础（模拟部分）J. 北京：高等教育出版社，2006.1.3 康华光.电子技术基础（数字部分）M. 北京：高等教育出版社，2000.1.4 谭浩强. C 程序设计M. 北京：清华大学出版社，2005.7.5 李朝青. 单片机原理及接口技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，1993.46阮维国，黄建宇。电子技术实验M.北京：兵器工业出版社，2006.12.7 张肃文,陆兆熊. 高频电子线路M. 北京：高等教育出版社，1993.4.8 洪乃刚. 电力电子技术基础M. 北京：清华大学出版社，2008.1附件 主程序#include #includeNOKIA5110.h #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DELAY5US _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();uchar idata adress_write; / 写TEA5767地址uchar idata adress_read;/读TEA5767址uchar idata sbuf5; / 数据发送缓冲区uchar idata rbuf5; / 数据接收缓冲区uchar idata ampint5;uchar bdata I2C_byte1;/发送的五字节7可位寻址的设置值uchar bdata I2C_byte2;uchar bdata I2C_byte3;uchar bdata I2C_byte4;uchar bdata I2C_byte5;uchar byte1; uchar byte2;uchar byte3;uchar byte4;uchar byte5;uchar bdata rec_byte1;/接收的五字节7可位寻址的状态数据uchar bdata rec_byte2;uchar bdata rec_byte3;uchar bdata rec_byte4;uchar bdata rec_byte5;uchar idata ADDRESS_SEND; /7发送地址uchar idata ADDRESS_RECEIVE; /7接收地址uchar idata ADDRESS_AMP;uchar idata numbyte;uchar idata numbyte_AMP;uchar num1,num2,num3,num4;unsigned long int FM_FREQ; /频率unsigned short int FM_PLL; /PLLsbit SM = I2C_byte16; /SM=1,则处于搜索模式；SM=0，不处于搜索模式uchar bdata PLL_HIGH; uchar bdata PLL_LOW; /设定用于搜索和预设的可编程频率合成器sbit SUD=I2C_byte37; /SUD=1，增加频率搜索；SUD=0，减小频率搜索sbit SSL1=I2C_byte36; sbit SSL0=I2C_byte35; /SSL1和SSL2，搜索停止标志sbit HLSI=I2C_byte34; /高/低充电电流切换：HLSI=1，高充电电流；HLSI=0，低充电电流sbit MS=I2C_byte33; /MS=1，单声道；MS=0，立体声sbit MR=I2C_byte32; /右声道静音，MR=1，右声道静音并置立体声；MR=0，右声道正常sbit ML=I2C_byte31; /左声道静音，ML=1，左声道静音并置立体声；ML=0，左声道正常sbit SWP1=I2C_byte30; /软件可编程端口1：SWP1=1，端口1高电平；SWP1=0，端口1低电平sbit SWP2=I2C_byte47; /软件可编程端口2：SWP2=1，端口2高电平；SWP2=0，端口2低电平sbit STBY=I2C_byte46; /等待：STBY=1，处于待机状态；STBY=0，退出待机状态sbit BL=I2C_byte45; /波段制式：BL=1，日本调频制式；BL=0，美国/欧洲调频制式sbit XTAL=I2C_byte44; /XTAL=1，fxtal=32.768khz;XTAL=0，fxtal=13khzsbit SMUTE=I2C_byte43;/软件静音，SMUTE=1，软静音打开；SMUTE=0，软静音关闭sbit HCC=I2C_byte42; /白电平切割，HCC=1，高电平切割打开；HCC=0，高电平切割关闭sbit SNC=I2C_byte41; /立体声噪声去除，SNC=1，立体声消噪打开；SNC=0，立体声消噪关闭。sbit SI=I2C_byte40; /搜索标志位，SI=1，SWPORT1输出准备好信号；SI=0，SWPORT1作为软件可编程的端口1用sbit PLLREF=I2C_byte57;/PLLREF=1,6.5MHZ的锁相环参考频率启