第十章FM收音机.ppt

第10章FM收音机 10 1基础知识 1 声波 人们说话时 声带的振动引起周围空气共振 并以340米 秒的速度向四周传播 称为声波 2 声波频率 人能够听到声波在20Hz 20kHz范围内3 声波传递途径 声波在媒质中传播产生发射的散射 声音强度随距离增大而衰减 远距离声波传送必须依靠载体来完成 这个载体就是电磁波 4 电磁波 电磁波是电磁振荡电路产生的 通过天线传到空中去 即为无线电波 电磁波的传送速度为光速 3 108米 秒 选择电磁波作为载体是非常理想的 5 无线电的发射 声波经过电声器件转换成声频电信号 调制器使高频等幅振荡信号被声频信号所调制 已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线 转换成无线电波辐射出去 6 无线电广播的接收 收音机的接收天线收到空中的电波 调谐电路选中所需频率的信号 检波器将高频信号还原成声频信号 即解调 10 1基础知识 7 无线电通信 广播也属于无线电通信范畴 的发送和接收概括为互为相反的三个方面的转换过程 即 传送信息 低频信号 低频信号 高频信号 高频信号 电磁波 8 调制方式 利用无线电波作为载波 对信号进行传递 可以用不同的装载方式 在无线电广播中可分为调幅制 调频制两种调制方式 10 1基础知识 广播电台信号的发射 调制 将音频信号加载在高频载波信号 通常用正弦波 上 经过高频放大后 通过天线发送出去 就形成无线电广播 音频信号加载到载波信号上的过程 称为调制 根据调制方式不同 分成调幅 AM 和调频 FM 一 振幅调制 简称调幅 目前 调幅制无线电广播分做长波 中波和短波三个大波段 分别由相应波段的无线电波传送信号 1 长波 LW LongWave 频率 150kHz 415kHz 2 中波 MW MediumWave 频率 535kHz 1605kHz 3 短波 SW ShortWave 频率 1 5MHz 26 1MHz 我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播 中波广播使用的频段的电磁波主要靠地波传播 也伴有部分天波 短波广播使用的频段的电磁波主要靠天波传播 近距离内伴有地波 调幅 AM 调幅 是使载波的振幅随着调制信号的变化规律而变化 设调制信号为U t U mcos t载波信号为UC t Ucmcos ct调幅波的表示为 UAM t Umo 1 macos t cos ct它保持着高频载波的频率特性 调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致 二 频率调制 简称调频 调频制无线电广播多用超短波 甚高频 无线电波传送信号 使用频率约为87MHz 108MHz 主要靠空间波传送信号 目前 地面的广播电视分做VHF 甚高频或称米波 和UHF 特高频或称分米波 两个频段 在我国 VHF频段电视使用的频率范围是48 5MHz 300MHz 划分成1 12频道 UHF频段使用的频率范围是470MHz 956MHz 划分成 3 68频道 它们基本上都是靠空间波传播的 国际上规定的卫星广播电视有6个频段 主要频段是12kMHz 也是靠空间波传播 调频 FM 广播频率是在VHF波段中划分出的一段 规定专门用于广播 电视信号的传播也采用调频方式 由于原理相近 因此可将调频收音机接收头作部分改动 使得收音机不仅能覆盖87 108MHz波段 还能达到更低频率或更高频率 这样就能接收到电视伴音 调频 FM 调频 使载波频率按照调制信号幅值的改变而改变的调制方式设调制信号为U t U mcos t载波信号为UC t UCmcos Ct调频时 载波电压振幅度Ucm不变 而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化 即为 t c KfU t c t 调频波的表示式为调制信号幅度最大时 调频波最密 频率最大 而当调制信号负的绝对值最大时 调频波最稀疏 频率最低 调幅和调频优缺点 三 超外差收音机原理 一 最简收音机原理由于高放式收音机中高频放大器只能适应较窄频率范围的放大 要想在整个中波频段535kHZ 1605kHZ获得一致放大是很困难的 因此用超外差接收方式来代替高放式收音机 二 超外差式收音机原理通过输入回路先将电台高频调制波接收下来 和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器 再经中频回路进行频率选择 得到一固定的中频载波调制波 调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz 超外差式收音机具有以下优点 1 接收高低端电台 不同载波频率 的灵敏度一致 2 灵敏度高 3 选择性好 不易串台 用同轴双联可变电容 使输入回路电容C1 2和本振回路电容C1 1同步变化 从而使频率差值始终保持近似一致 其差值即为中频 即 f本振 f信号 f中频如接收信号频率是 600kHz 则本振频率是1055kHz 1000kHz 则本振频率是1455kHz 1500kHz 则本振频率是1955kHz 1 调幅 AM 工作原理调幅收音机由输入回路 本振回路 混频电路 检波电路 自动增益控制电路 AGC 及音频功率放大电路组成 本振信号经内部混频器 与输入信号相混合 混频信号经中周和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频信号 至此 电台的信号就变成了以中频455kHz为载波的调幅波 2 调频 FM 工作原理调频 FM 收音机由输入回路 高放回路 本振回路 混频回路 中放回路 鉴频回路和音频功率放大器组成 信号与本地振荡器产生的本振信号进行FM混频 混频后输出 FM混频信号由FM中频回路进行选择 提取以中频10 7MHz为载波的调频波 该中频选择回路由10 7MHz滤波器构成 中频调制波经中放电路进行中频放大 然后进行鉴频得到音频信号 经功率放大输出 耦合到扬声器 还原为声音 10 2TEA5767HN单片FM调谐器 TEA5767HN芯片是由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RFAGC电路 其接收灵敏度高 参考频率选择灵活 可实现自动搜台 一 TEA5767HN的性能 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RFAGC 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 二 TEA5767HN的封装和引脚 HVQFN40超薄平面塑料封装 无引脚 散热好 尺寸小 仅6mmX6mmX0 85mm 三 TEA5767HN的内部结构 四 TEA5767HN的总线接口和CR 内部5字节的控制寄存器 决定工作状态 上电默认为静音 其它位均为0 两种总线方式 IIC总线 三线 3 wire 总线 由引脚BUSMODE选择 BUSMODE 0 IIC总线 最高时钟频率400kHz BUSMODE 1 3 wire总线 最高时钟频率1MHz 1 IIC总线 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写模式 IIC读模式 2 3 WIRE总线 写 读 时钟和数据三根信号线 最高时钟频率1MHz 数据写入顺序与IIC总线模式完全相同 当写 读上发生负跳变时数据写入芯片 当写 读上发生正跳变时 可由芯片读入数据 3 写数据 IIC总线 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 写地址为C0H 3 写数据 IIC总线 写模式下5个数据字节的格式及各位的描述 3 写数据 IIC总线 写模式下5个数据字节的格式及各位的描述 3 写数据 IIC总线 写模式下5个数据字节的格式及各位的描述 3 写数据 IIC总线 写模式下5个数据字节的格式及各位的描述 3 写数据 IIC总线 写模式下5个数据字节的格式及各位的描述 4 读数据 IIC总线 读出数据也按照以下顺序 地址 字节1 字节2 字节3 字节4 字节5读地址为C1H 4 读数据 IIC总线 读模式下5个数据字节的格式及各位的描述 4 读数据 IIC总线 读模式下5个数据字节的格式及各位的描述 4 读数据 IIC总线 读模式下5个数据字节的格式及各位的描述 1 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AT89C2051单片机作为系统的控制核心 5 总体设计方案 2 无线FM模块 无线模块选择是本设计的关键 有两种方案可以选择 方案 1 采用无线芯片TEA5767 自己设计外围电路 方案 2 采用相关厂家生产的TEA5767模块来实现 很显然 第一种方案需要自己设计电路 画PCB和焊接 而TEA5767采用的是FVQFN40 耐热的薄型四脚扁平封装 封装 在短时间内和有限的条件下实现硬件功能的难度相当大 所以本设计采用第二种方案 使用现成的模块 3 电源模块单片机的供电电压要求是3 8V 5 5V TEA5767的供电电压要求是2 5V 5 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7805稳压芯片对系统进行供电 由于这个电源可以很容易得到 设计中不再单独给出 4 功放模块本设计中未采用外置功放模块 直接驱动耳机输出 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 FM收音机参考频率 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 fRF NDEC fREFS 4 or 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 程序框图 uintpll fr void 由频率控制字pll计算实际频率 单位为100KHz uintfr ulongfg uintpll 0 由搜索读出的前两个字节中求出频率控制字pllpll fm rd 0 6 关键程序 频率计算 voidsearch bitdr 搜索电台 uintpllbuf fx bitdirect 0 搜索方向direct 0频率增大 1 频率减小union ucharc 2 uintx pll pll c 0 fm rd 0 电台搜索 pll x pllbuf fm wr 0 pll c 0 0 x40 BIT7 0 BIT6 1搜索fm wr 1 pll c 1 fm wr 3 0 x17 fm wr 4 0 x00 Write nB fm wr 5 写入搜索控制字进行搜索DelayMs 500 do Read nB fm rd 5 读出控制字的RF 1 while RF 0 if BLF BLF 1 LEDR 0 红LED 到头灯亮if direct fx 875 显示88MHz 从87 5MHz 299EH 开始向上搜索 0 xC8向上低本振 ucharf