短波调频接收机毕业设计

河南机电高等专科学校毕业论文 1河南机电高等专科学校毕 业 设 计 论 文论文题目： 短波调频接收机系 部： 电子通信工程系 专 业： 通信技术 班 级： 2003 级 1 班 学生姓名： 刘小鸽 学 号： 0346117 指导教师： 于圣学 2006 年 5 月 1 日河南机电高等专科学校毕业论文 2摘要本设计以 MC3361B 为核心完成混频、中放和解调，以频率合成方法产生高稳定度的本振，以 D/A 转换方法控制输入调谐回路的谐振频率 ,从而实现电调谐。采用 MCS-51 系列单片机作为主控器与锁相频率合成器 MC145155-2 配合完成多种程控搜索、电台存储和载波显示等功能；以串行 E2PROM 实现电台数据存储并永久性保存；数字电位器的引入实现了数字音量调节。本文对短波调频接收机的整体设计方案进行了全面详细的分析与论证，其中着重阐述了各个单元电路的原理，要求和功能。关键词：短波 调频 接收机河南机电高等专科学校毕业论文 3ABSTRACTThis design takes MC3361B as the nucleus to accomplish the mixing and in puts the reconcilation accent , with the frequency compounding method is given rise to the local oscillation of high degree of stability , with the resonant frequency of harmonious return circuit of D/As transfer approach control input , thus realizes electric tuning . Using MCS-51s series oneboard computer to accomplish merit abilitys such as many kinds of SPC searchs , transmitter-receiver holdings and carrier wave display etc as owners accuse ware and lock phase frequency synthesizer MC145155-2s cooperation With serial E2PROM realizes transmitter-receiver data storage and permanence and preserves Numeral potentiometre is led realizing numeral volume to adjust . This text has carried on overall detailed analysis and demonstration to the entire design scheme of short wave frequency modulation reception machine , and among them stresses expounding the principle of each cell circuit , requirement and merit ability.Keyword : short wave frequency modulation reception machine河南机电高等专科学校毕业论文 4目 录摘要.绪论.1第 1 章 方案设计与论证.21.1 调谐方案设计.21.2 单片机自动选台及搜索功能设计.31.3 方案的确定.3第 2 章 主要指标定义.52.1 频率调制.52.2 灵敏度.52.3 音频输出功率和谐波失真.52.4 调制接收带宽.52.5 选择性.62.6 镜像抑制比.6第 3 章 硬件实现.73.1 FM(调频)/IF(中频)部分电路.73.2 输入回路.83.3 本振部分电路.83.3.1 频率合成原理.93.3.2 MC145155-2 集成电路 .103.3.3 环路滤波器的设计.11第 4 章 单片机系统设计.134.1 单片机.134.1.1 MSC-51 系列单片机基本结构.134.1.2 AT89C52.154.2 键盘和显示 .184.2.1 键的消抖.19河南机电高等专科学校毕业论文 54.2.2 键的保护 .194.3 电台存储和调出.204.4 本振频率控制.204.5 谐振回路变容二极管反向偏置电压控制.20第 5 章 测试方法与数据及测试结果分析.215.1 测试仪表.215.1.1 SX2172 交流毫伏表 .215.1.2 SX2173 交流微伏表 .215.1.3 HP 33120A Function Generator/Arbitrary Waveform Generator .215.2 测试仪表的连接和输入输出.225.3 性能测试.225.4 功能测试.245.5 性能测试结果分析.255.6 功能测试结果分析.25结论/展望.26致谢.27参考文献.28附录.29附图 1.29附图 2.30附图 3.30附图 4.31河南机电高等专科学校毕业论文 6绪论无线电接收机是无线电系统的主要部分。其类型也是多种多样的，可按调制方式，波长等方式分类。随着微电子技术和计算机技术的进步，特别是单片微型计算机的出现和发展，微型计算机在工业自动化控制、智能化仪器仪表、机电一体化等方面的应用愈来愈广泛，成为进行老产品技术改造，新产品研制与开发的重要技术手段，并取得了十分明显的技术效果和可观的经济效益。本电路还用到了 MSC51 系列单片机。自从无线电技术问世以来，它对社会生产和人类生活产生了深刻的影响。随着科学技术的不断发展，无线电技术，或者更广泛的说无线电电子学已广泛应用于国民经济、军事和日常生活的各个领域，技术水平也越来越高。本文主要介绍短波调频接收机。其以 PLL 频率合成方式产生稳定的本振，同时以电压合成方式控制输入谐振回路的谐振频率，从而实现电调谐。混频、中放、解调和功放选用专门的 FM 解调芯片和功放芯片，加以适当的外围电路。为了对 PLL、D/A 进行控制，同时实现程控搜索、电台存储等功能，采用 MSC51 系列单片机，并配以键盘和显示电路。本文对短波调频接收机的整体设计方案进行了全面详细的分析与论证，其中着重阐述了各个单元电路的原理，要求和功能。河南机电高等专科学校毕业论文 7第 1 章 方案设计与论证短波调频接收机一般包括：天线、前端输入回路、混频、本振、中放、解调、放大和输出等部分。输入调谐放大器和本振对整机性能和功能影响较大，这两部分电路直接影响接收机的选择性、镜像抑制比。调谐方式的选择，则决定了整机能否实现程控搜索等功能。下面对调谐方案进行设计和论证。1.1 调谐方案设计方案一：用 D/A 转换或数字电位器产生一定的电压改变晶体管或变容二极管的结电容，从而改变选频回路和本振的振荡频率。这种方案可以实现程控搜索等功能，但由于 D/A 转换器和数字电位器的位数一般较低，所以难以得到精细的控制电压，再加上变容二极管的非线性，使得控制电压与谐振频率之间一般是非线性的关系，从而使控制电压的产生和载频确定都很困难。稳定性不好。方案二：手动调谐。通过手动调节双联电容来改变输入回路的谐振频率和本振频率，或调节精密电位器产生一定的偏压改变变容二极管或晶体管的结电容，使谐振频率发生变化。其优点是调谐简单，使用者可以根据收听效果进行调节，获得最佳的效果；缺点是难以实现程控搜索等智能功能，而且由于频率的稳定度取决于 LC 振荡器的稳定度，而 LC 振荡器的频率稳定度较低 ，导致本振频率漂移现象严重，接收性能不稳。方案三：锁相环频率合成方式。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体振荡器的稳定度相同，可达 106 以上，当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率重新稳定。通过对可编程分频器的分频系数进行预置和步进，可以实现电台的程控搜索，并且可以准确知道本振或载频的频率。如果采用小数分频（如用相位累加和脉冲吞除技术） ，可以在好的环路性能下实现微小的频率步进。比较以上三种方案，很明显：方案三的锁相频率合成方式优于方案一和方案二。采用方案三加上单片机可以实现发挥部分所要求的程控搜索、电台存储、载频显示等功能，而且有专门的锁相环频率合成器可用。故本振部分电路选择锁相环频率合成方式。从理论上讲，输入选频回路也可以由本振部分锁相环中的低通滤波器输出电压来控制，但是由于变容二极管的非线性，以及两部分电路的参数调整困难，实际上难以采用。因此输入回路谐振频率由单片机通过 D/A 转换的输出电河南机电高等专科学校毕业论文 8压来控制。1.2 单片机自动选台及搜索功能设计单片机自动选台及搜索功能是本系统颇具特色的部分，如何定位信号是一个问题。通常最容易想到的方法是通过接收电路的音频信号有无来判别电台的频率，由单片机加以识别和控制。这里有两个问题需要考虑：一个是噪声问题；另一个是接收机带宽与本振频率分辨率的关系。由于一般的接收机都有静噪电路，但是静噪电路有较长的时间滞后，在无电台信号到静噪电路起作用来关闭音频输出之间，接收机可能产生多个猝发噪声，所以单片机在判别有无信号到电台定位之间，需要加以相当长的延迟，这样就延长了搜索时间。我们采用硬件来解决这个问题，用一个峰值检波器加电压比较器来判别是信号还是猝发噪声（后者由于脉宽较窄，电压平均值低，不能作用电压比较器） 。另一方面，由于接收机的带宽大于本振频率分辨率。检测到信号后还应当加以适当的频率偏移调节。这样，才能保证较高的音频信号质量。1.3 方案的确定综合以上分析和论证，本设计完整的方案为：以 PLL 频率合成方式产生稳定的本振，同时以电压合成方式控制输入谐振回路的谐振频率，从而实现电调谐。混频、中放、解调和功放选用专门的 FM 解调芯片和功放芯片，加以适当的外围电路。为了对 PLL、D/A 进行控制，同时实现程控搜索、电台存储等功能，采用MSC51 系列单片机，并配以键盘和显示电路。系统框图如图 1.1 所示。河南机电高等专科学校毕业论文 9高频调谐放大器及选频回路455kHz 陶瓷滤波器 正交线圈静噪电路有源滤波器 音频放大器功率放大器解 调限幅放大器混频器本振 VCO 低通滤波器 频率合成器 检波比较D/A 转换器 单片机串行 EEPROM键盘显示电路图 1.1 系统总框图河南机电高等专科学校毕业论文 10第 2 章 技术指标定义2.1 频率调制调频就是使载波的频率按照调制信号的变化规律而变化，而载波幅度保持不变。调频指数表示调频波瞬时频率随调制信号变化的程度，从理论上讲，调频波的频谱占据无限大的频带，但由于调频波的频带宽度与调制指数无关，当 mf1时，它的频谱包括载波频率和两个旁频，该频带宽度与调幅波相当，通常把这种调频称为窄带调频。2.2 灵敏度灵敏度是衡量接收机接收弱信号的能力的指标。在调频信号输入的情况下，接收机正常工作时的输出应具有足够的功率和信噪比。由于接收机的输出信号必定伴有噪声，两者无法分开，也就无法测量信噪比。实际测量的信号必然包括了信号 S、噪声 N 和失真 D 诸分量，即测得的是SND。因此接收机输出端只能测得所谓信纳比，即（S ND ）/（N D ） 。按定义和测试方法的不同，灵敏度定义也有多种，常用可用灵敏度来衡量。其定义如下：接收机输出端达到规定的信纳比（例如 12dB） ，且输出功率大于额定输出功率 50%以上，输入端所需标准测试信号的最小信号电平，称为可用灵敏度；这里所说的标准测试信号是指调制音频为 1kHz、频偏为额定频偏、载频等于接收机工作频率的调制信号。2.3 音频输出功率和谐波失真音频输出功率是指接收机输入信号为标准测试信号，接收机输出端能提供的最大不失真（符合规定指标）音频功率。谐波失真是指输出音频功率为额定功率时的输出音频信号失真系数，一般要求谐波失真10%。2.4 调制接收带宽接收机的带宽是由中频滤波器决定的，这个带宽不难用未调载波来测定。但河南机电高等专科学校毕业论文 11是在实际工作中，输入接收机是调频波，它的频谱占有一定的宽度。随着输入信号频偏的加大，信号频谱所占的宽度也加大。当它超过中频滤波器的带宽较多时，解调输出的失真就严重，将导致输出信纳比的下降。为了实际放映接收机带宽对接受调制信号频谱的影响，专门定义一个叫做“调制接收带宽”的性能指标。2.5 选择性接收机的选择性表示选择有用信号抑制干扰信号的能力，它的好坏影响了接收机灵敏度和抗干扰能力，通常由中频滤波器来保证。2.6 镜像抑制比镜像频率是指比本振频率高（或低）一个中频的干扰信号。由于接收机采用超外差式接收，镜像干扰频率必须采取措施进行有效抑制，通常由输入回路的特性来保证。河南机电高等专科学校毕业论文 12第 3 章 硬件实现3.1 FM（调频）IF（中频）部分电路这部分电路完成混频、中放、解调和静噪等功能，为此选用 Motorola 公司的低功率窄带 FMIF 芯片 MC3361B，其内部包含混频器、限幅放大器、正交鉴频器、有源滤波器、静噪电路，只需要较少的外部元器件即可构成 FM/IF 电路。为了防止外部干扰，这部分电路和输出回路都用印刷电路板制作，印刷电路板四周大面积接地，并用金属壳屏蔽，输入输出险峻用电缆。电路可见附图 1 所示。MC3361B 是小功率窄带调频中放集成电路。适用于调频双工通信设备中，无绳电话机及遥控控制等作调频中放电路用。MC3361B 集成电路的内电路方框图如图 3.1.1 所示。MC3361B 集成电路的引脚功能及数据如表 3-1-1 所示。混频器10016V静噪触发解调器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9限幅滤波AFAMP图 3.1.1 MC3361B 的内电路框图河南机电高等专科学校毕业论文 13表 3-1-1 MC3361B 集成电路引脚功能及数据引脚 符号 功能 电压（V）1 Crystal OSC 晶振输出端 82 Crystal OSC 晶振输出端 733 Mixer OSC 混频器输出端 754 VCC 正电源输入端 85 Limiter Input 限幅器输入端 76 Decoupling 去耦端 77 Decoupling 去耦端 78 Quad Coil 鉴频线圈 89 Demodulator 解调器输出端 310 Filter Input 滤波器输入端 0811 Filter Output 滤波器输出端 3312 Squelch Input 噪声抑制输入端 1513 Scan Control 扫描控制端 014 Audio Mute 音频噪声 3515 GND 地 016 Mixer Input 混频器输入端 173.2 输入回路输入回路为高频调谐放大器，为了改善其选择性，解决其增益和通频带之间的矛盾，采用双调谐回路谐振放大器，初次级之间采用电容耦合，按照题目所要求的通频带和选择性进行设计，电路可见附图 2 所示。该电路中的双调谐电路，电容 C 用变容二极管 BB139 代替，用单片机部分的D/A 变换器产生的控制电压加以调谐，当变容二极管两端的电压发生变化时，其结电容也随着发生变化，从而实现频率的变化，以达到跟踪本振信号而抑制镜像频率的目的。3.3 本振部分电路本振部分电路采用 PLL 频率合成电路，选用了 Motorola 公司的串行输入 PLL频率合成器 ML1451552，其内部包含参考振荡器、可变参考频率分频器、数字河南机电高等专科学校毕业论文 14相位检测器、14 比特可编程序N 计数器，为接收串行输入数据所必要的移位寄存器和锁存电路，其串行输入与单片机的串行外围接口（SPI）兼容，分频比 N可从 3 变化到 16383。根据所要求的 8kHz 的通频带，为了实现步进搜索，步进频率选取 4kHz 较为合适，这样可以保证搜索到所有电台，同时又不会使搜索时间过长。3.3.1 频率合成的原理所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行的加、减（混频） 、乘（倍频） 、除（分频）运算，从而得到所需频率。频率合成的方法可分为直接合成法和间接合成法直接合成法是通过倍频器、分频器、混频器对频率进行加、减、乘、除运算，得到所需频率。这种合成方法的优点是频率转换时间短，并能产生任意小的频率增量。但它的缺点是合成的频率范围受到一定的限制，而且倍频、混频电路产生的谐波、噪声使滤波电路复杂。间接合成法是利用锁相环路的窄带跟踪特性来得到不同的频率，通过 CPU 控制可获得不同的频点。它的原理是应用数字分频器把压控振荡器的频率降低至鉴相频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，所产生的误差信号用来控制压控振荡器的频率，使其锁定在参考频率的稳定度上，图 3.3.1 为采用锁相环构成的频率合成器原理框图。下面以可变分频器的分频系数 N1 的情况，说明构成该合成器的锁相环的工作原理。当压控振荡器 VCO 的输出频率 v 与基准振荡器的频率 r 相同，即v r 时，两信号相位差固定不变，鉴相器 PD 输出的误差电压 Ud 为直流电压，通过低通滤波器滤除干扰噪声信号后，作为控制电压去控制 VCO，使 v 与 r 同步。因此，锁相环的输出频率及其稳定度均与基准频率相同，这时称锁相环处于锁定状态。当 r 由于某种原因发生变化时， v 与 r 之间的相位差变化，PD 输出误差电压 Ud，这个误差电压使 VCO 频率 v 不断改变，向 r 靠近，一直到 v r，这个过程叫做捕捉过程（也叫做锁定过程） 。捕捉过程所需的时间，就是捕捉时间。如果分频器的分频系数为 N，接到鉴相器的基准信号的频率为 r，则压控振荡器的输出振荡频率变为 vN r，改变分频器的分频系数 N，压控振荡器的振荡频率 v 依上式作相应的变化。河南机电高等专科学校毕业论文 15参 考振荡器鉴相器PD低通滤波器LPF可变分频器 压控振荡器VCOr Udv图 3.3.1 频率合成器原理框图3.3.2 MC1451552 集成电路MC145155-2 是具有双模分频比预置定频器的锁相环频率合成器集成电路。适用于高频通信设备作频率合成器用。它的引脚功能见下表 3-3-1 所示。表 3-3-1 MC145155-2 集成电路的引脚功能及数据引脚 符号 功能1 FIN 压控振荡器高频信号输入端2 VSS 接地线3 VDD 电源电压输入端（39V）4 PD1 锁相检测状态信号输出端5 RA06 RA17 RA2此三脚为一组 3 位二进制数代码，用以决定基准频率的分频数8 PD29 PD3锁相检测状态信号输出端，且与 4 脚效果相同10 FV 基准比较频率信号输出端11 N012 N113 N214 N315 N4这几只脚与 1620 脚、2225 脚为 14 位二进制数代码，N0 为最低位，N13 为最高位，此组二进制数大小决定压控振荡器输入信号计数器的分频数河南机电高等专科学校毕业论文 1616 N517 N618 N719 N820 N9见 1115 脚中说明21 T/R 发送接收偏离附加数值，当此脚电平为低电平时，将有一附加数值 856 被加至 N 二进制数中，从而产生频率偏离22 N1223 N1324 N1025 N11见 1115 脚中说明26 OSCOVT基准信号输入输出端27 OSCIN28 LD锁定状态输出端，当此环路进入锁定状态时，输出为高电平3.3.3 环路滤波器的设计调频输入信号载频范围为 8MHz o10MHz根据超外差接收的原理，可知本振频率为 L= C- I选取中频频率 fI455kHz,则 7545kHz L9545kHzMC145155-2 分频比变化范围为Nmin= = =1886RLfmin475Nmax= = =2386fax9平均分频比为 N=（Nmax+Nmin）/2=2136环路模型如图 3.3.2 所示河南机电高等专科学校毕业论文 17PD LF VCONr LK KVCON+ eout图 3.3.2 环路模型VCO 为 LC 压控振荡器，实际测得 VCO 增益为KVCO= 20.33106rad/sVVCOf2610)7549(MC145155 内部鉴相器增益为 K= 2D环路总增益为 K= NKVCO环路滤波器为二阶有源低通滤波器，如附图 3 所示。其传输函数为 F(s)= CsR21总的回路传输函数为 H(s)= )(sFK固有频率为 = nCNRVO11阻尼系数为 2对于典型设计，有 0nf此时环路带宽窄，环路相位噪声小，有利于改善解调输出的质量，但环路捕捉时间长。为了减小环路捕捉时间，取 Rnf当 0.8，C=4.7F ， R=4kHz，可以求得 R1=6.5k， R2=27.12 k实际选取 C=4.7F， R1=6.5k， R2=27 k。本振部分的电路见附图 4 所示。河南机电高等专科学校毕业论文 18第 4 章 单片机系统设计单片机系统的任务是：从键盘读取控制指令，对调谐回路和本振的频率进行调整和控制，实现程控搜索、电台存储和调出、电台序号和载频的显示。具体设计如下：4.1 单片机 选用 MSC-51 系列，由于实现的功能较多，程序较长，选用了 AT89C52，其内部有 8KE2PROM、256 字节 RAM。4.1.1 MSC-51 系列单片机基本结构4.1.1.1 MCS-51 单片机系列MCS-51 系列单片机虽已有 10 多种产品,但可分为两大系列: MCS-51 子系列与 MCS-52 子系列。MCS-51 子系列中主要有 8031、8051、8751 三种类型。而MCS-52 子系列也有三种类型 8032、8052、8752。各子系列配置见下表 4-1-1 所示。表 4-1-1 MSC-51 系列单片机配置一览表片内存储器（字节）系列 无ROM片内ROM片内EPROM片内RAM定时器计数器并行I/O串行I/O中断源制造工艺8031 80514K87514K128 216 位 48位1 5 HMOSMCS-51子系列80C31 80C514K87C514K128 216 位 48位1 5 CHMOS8032 80528K87528K256 316 位 48位1 6 HMOSMCS-52子系列80C232 80C528K87C528K256 316 位 48位1 7 CHMOS河南机电高等专科学校毕业论文 19表 4-1-1 中列出了 MSC-51 系列单片机的两个子系列，在 4 个性能上略有差异。由此可见，在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无 ROM 或 EPROM；MSC-51 与 MCS-52 子系列间所不同的是片内程序存储器 ROM 从 4KB 增至8KB；片内数据存储器有 128 个字节增至 256 个字节；定时器计数器增加了一个；中断源增加了 12 个。另外，对于制造工艺为 CHMOS 的单片机，由于采用 CMOS 技术制造，因此具有低功耗的特点，如 8051 功耗约为 630mW，而80C51 的功耗只有 120 mW。4.1.1.2 MSC-51 系列单片机内部结构MSC-51 系列单片机内部结构框图如图 4.1.1 所示。P1.0P1.7 P3.0P3.7XTAL2P1.0P1.7P3.0P3.7XTAL1VCCVSSP0.0P0.7河南机电高等专科学校毕业论文 20图 4.1.1 MCS-51 系列单片机内部结构框图分析图 4.1.1，并按其功能部件划分可以看出，MCS-51 系列单片机是由 8 大部分组成的。图 4.1.2 为按功能划分的 MCS-51 系列单片机内部结构简化框图。P1.0P1.7 P3.0P3.7XTALVCCVSSP2.0P2.7PSENALEEARESET河南机电高等专科学校毕业论文 21图 4.1.2 MCS-51 系列单片机内部结构简化框图4.1.1.3 单片机外部引脚说明MCS-51 系列单片机芯片均为 40 个引脚，HMOS 工艺制造的芯片采用双列直插（DIP ）方式封装。CMOS 工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的，但为 44 个引脚，其中 4 个引脚是不使用的。MCS-51 系列单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源的引脚，2 个外结晶体的引脚，4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32 条输入输出 I/O 引脚。4.1.2 AT89C524.1.2.1 基本特性 与 MCS-51 单片机兼容 片内有 8KB 在系统中可重新编程的 Flash 程序存储器，可擦/写 1000 次以上 全静态逻辑，工作频率范围 024MHz 三级程序存储器加密 256 字节片内 RAM 32 个可编程 I/O 端 三个 16 位定时/计数器 有 6 个中断矢量，允许 8 个中断源 一个全双工串行口 提供与工业标准 80C51 兼容的指令集和引脚布置。河南机电高等专科学校毕业论文 22图 4.1.3 是 AT89C52 的引脚图。它的 P1.0 和 P1.1 增加了新的功能。140 239 338 437 536 635 734 833 932 1031 1130 1229 1328 1427 1526 1625 1724 1823 1922 2021 PDIP A15 P1.0 A14 P1.1 A13 P1.2 A12 P1.3 A11 P1.4 A10 P1.5 A9 P1.6 A8 P1.7 P2.0 T2 P2.1 T2 EX P2.2 RST P2.3 P3.0 P2.4 P3.1 P2.5 P3.2 P2.6 P3.3 P2.7 P3.4 PSEN P3.6 ALEPROG P3.5 EAVPP P3.7 AD7 XTAL2 AD6 XTAL1 AD5 GND AD4 RXD AD3 TXD AD2 INTO AD1 INT1 AD0 T0 P0.7 T1 P0.6 WR P0.5 RD P0.4 VCC P0.3 P0.0 P0.2 P0.1 图 4.1.3 AT89C52 的引脚图AT89C52 在性能的各个方面都与 AT89C51 兼容，并在 AT89C51 的基础上增加了一些新的特性，下面就两者的不同之处进行介绍。4.1.2.2 比 AT89C51 增强的特性1）有两个引脚扩展为多功能口线 P1.0 新增加两个功能。除原有的 I/O 功能外，第二功能是作为 Timer2 的外部定时/计数脉冲输入端 T2，该引脚的第三功能是可以做为可编程时钟发生器的时钟输出端。 P1.1 引脚的第二、三功能是触发 T2 陷阱方式和计数方向的外部控制端（T2EN） 。2）关于 T2 的特殊功能寄存器 Timer2 控制寄存器 T2CON（0C8H ）：TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/ 2TCP/ RLMSB LSB河南机电高等专科学校毕业论文 23 Timer2 工作方式寄存器 T2MOD（0C9H ）： T2OE DCENMSB LSB4.1.2.3 AT89C52 Timer2 的多工作模式与 AT89C51 相比，89C52 的 Timer2 是一个很有特色的定时计数器，它主要有四种工作模式，而每种工作模式下又不止一种用法，如果使用得当将会使整个单片机的应用增色不少。1）陷阱工作模式Timer2 与 Timer1 和 Timer0 在结构和工作模式上都有了较大的变化，陷阱工作模式特性中的一个。当 T2CON 寄存器的 CP/ 1 且 RCLK 位和 TCLK 位为 0 时，Timer2 进2RL入陷阱工作模式。其内部电路结构如图 4.1.4 所示。图 4.1.4 Timer2 陷阱工作模式内部电路结构2）自动重加载（加/减定时/计数器）工作模式Timer2 的自动重加载方式与 Timer1 和 Timer0 的自动重加载方式不同，Timer2是 16 位的自动重加载而后者只有 8 位，Timer2 可以加法计数也可以控制为减法计数，而后者只能做加法计数。C/ 0TTIMER 2中断EXEN2河南机电高等专科学校毕业论文 24当 T2CON 寄存器中的 CP/ 0 且 RCLK 位为 0 时，Timer2 进入 16 为自2RL动重加载工作模式。4.2 键盘和显示使用键盘和显示扩展芯片 8279，设置了 7 位 LED 数码管显示电台序号和载频，4 个发光二极管显示接收机工作状态 ，12 个按键接收控制命令。列举如下：三位 LED：显示电台序号四位 LED：显示载频四个发光二极管亮分别表示：半自动搜索过程中、半自动搜索到某一电台、全自动搜索过程中、全自动到某一电台。12 个按键的功能依次为：Display:显示存储的电台序号及载频S1：全范围搜索自动存储（全自动搜索）S2: 全范围搜索选择存储（半自动搜索）S3：按预置频率范围搜索Down:设置频率范围下限Up:设置频率范围上限Store:存储电台Stop：停止搜索Goon:继续搜索Move:移位Add:加 1Dec:减 18279 能同时执行键盘与显示器操作；扫描式键盘工作方式，扫描器传感器工作方式；有 8 个字节的键盘先入先出存储器（FIFO ） ；带触点去抖动的二键封锁或 N 键巡回功能；2 个 8 位或 1 个 16 位的数字显示器； 1 个 16 位字节的字符显示器；可左 1 右 1 输入的 16 字节显示 RAM；工作方式可由 CPU 编程设定；由键盘输入产生中断输出，任一引脚对地电压0.5+7V，功耗 1W。在单片机应用系统中，键盘使人机交互的重要组成部分，用于向单片机应用系统输入数据或控制信息。键盘形式一般有独立式键盘和矩阵式键盘两种。独立式键盘的结构比较简单，但是它占用的资源比较多，通常用在按键数量比较少的场合中，大多数单片机采用这种键盘方式；矩阵式键盘的结构相对于独立式键盘河南机电高等专科学校毕业论文 25的结构要复杂许多，但是它占用的资源比独立式键盘占用的少，通常用在按键数量比较多的场合中。4.2.1 键的消抖由于键的按下与释放都是通过机械点的闭合与断开来实现的，因为机械触点的弹性作用，在键的闭合到断开，或是从断开到闭合的瞬间均有一个抖动的过程，所以键的闭合与断开会产生如图所示的电压波形，抖动的时间一般为 5-10ms。这个抖动对判断按键是否按下或释放将会产生较大的影响，因此必须消除键的抖动，只有 图 4.2.1 抖动波形这样，才能可靠的判断按键的状态。在单片机应用系统中，消除键的抖动有硬件消抖和软件消抖两种方法。硬件消抖的方法主要是加消抖电路，从根本上避免抖动得产生，主要利用 R-S 触发器和滤波电路。软件消抖的方法则是采用时间的延迟以避开抖动的产生，待信号稳定后，再进行行键的扫描。一般情况下，延迟消抖的时间约是 10-20ms。在单片机和大多数的微型计算机中，为简单起见，一般均采用软件延迟消抖的方法。4.2.2 键的保护键的保护问题是指当有双键或多键按下时会出现什么问题以及如何加以解决。以图为例，若在同一行上有两个键同时按下，从硬件上来说，不会出现什么问题；从软件上来说，由于这时读入的列代码中出现了两个 0 信号，由此代码与行值组合成的键的特征值就超出了原来设定键的范围，因此也就查不出有效的键值来。一旦出现这样的情况，一般作为废键或无效键来处理。但是，若在同一列上有两个键同时按下时，从软件上来说，情况同上；从硬件上来说，采用行扫描法与采用线反转法情况有所不同：采用线反转法问题不大，但是对行扫描法来说，因为 0 信号是逐行发出的，当扫描到一个按键所在行为 0 时，而另一个按键所在行为 1 时，这时就出现了行输出端口短路的现象，从而造成输出端口的损坏。这时要绝对禁止的。4.3 电台存储和调出河南机电高等专科学校毕业论文 26为了存储电台序号和载频，使用串行 E2PROM 24C16，其特点是占用极少的单片机口资源（两根口线）,数据一旦写入可常年保存，容量为 2k 字节。如果按照电台序号将每个电台的载频（4 位十进制数）存入相应地址的两个字节，理论上总共可以存储 1023 个字（另外两个字节存储电台数目） 。4.4 本振频率控制 MC145155 为串行输入频率合成器。89C52 通过串行口输出分频比，从而实现本振频率的 PLL 控制。4.5 谐振回路变容二极管反向偏置电压控制为了抑制镜像干扰，输入调谐回路的谐振频率应比本振高 455kHz 左右，因此不能用自动电压扫描来选频，必须由单片机来控制。当单片机将本振调制某一频率时，查表得到一控制电压数值，然后通过 D/A 转换将这一控制电压作为反向偏置电压加至调谐回路的变容二极管上，使调谐回路谐振在高于本振 455kHz 左右的频率上。程序用软件 Franklin C51 编写。图 4.5.1 为系统主程序流程图。开机初始化调入上次关机时电台数据显示并发送所需要载频到频率合成器键盘扫描子程序返回图 4.5.1 系统主程序流程图第 5 章 测试方法与数据及测试结果分析河南机电高等专科学校毕业论文 275.1 测试仪表需要的测试仪表有 E312A 型通用计数器，SX2172 交流毫伏表，SX2173交流微伏表，Protek 650220MHz 示波器，HP 33120A Function Generator/Arbitrary Waveform Generator。5.1.1 SX2172 交流毫伏表SX2172 型交流毫伏表具有