TDA7088自动选台的单片机控制毕业论文.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 43 页 共 4 页TDA7088自动选台的单片机控制毕业论文目 录引 言1 TDA7088自动选台的单片机控制 122 FM接收机2.1 FM解调基本原理2.2 FM的解调方式2.2.1振幅鉴频方法2.2.2相位鉴频方法2.2.3移相乘积鉴频方法2.2.4脉冲计数式鉴颇方法2.2.5锁相解调电路2.3调频接收机的工作原理2.4调频接收机的主要技术指标2.5 TDA7088FM接收集成电路2.6 TDA7088的完整FM接收电路2.7 利用Protel设计接收机原理图2.8 利用Protel设计接收机PCB图3 FSK解调音频中附加的数据3.1 FSK工作原理3.2 滤波器的基本原理3.3 LM741芯片的介绍3.4 巴特沃斯带通滤波器的设计3.5 锁相环的组成和原理3.6 NE564锁相环的设计3.7 利用protel设计FSK解调原理图3.8 利用protel设计FSK解调PCB图4 单片机控制模块4.1 AT89S51单片机4.2单片机串行接口技术4.2.1串行接口的一般概念4.2.2 串行通讯的方式4.2.3 8051单片机的串行接口结构4.3 AT89S51单片机模块的控制流程4.4 利用Protel设计单片机原理图4.5 利用Protel设计单片机PCB图5 电路的仿真与调试5.1 电路的仿真5.2 电路的调试5.3 调试的注意事项6 结论谢辞参考文献附录引 言近年来，单片机软件发展十分迅速，单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域，它具有体积小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。单片机程序广泛应用于通信，自动控制，信息处理等诸多领域。在应用领域中单片机不仅仅与数字电路有很大联系字传而且它还要联系到模拟电路、以及还能应用到通信，扩频领域。同时信号接收系统在现代生活中有着十分广泛的运用。比如在网络，广播，视频，音频收发中都要运用接收系统。在这里，我是利用所学的电子电路、单片机、通信技术方面的有关知识, 实现一个用单片机控制TDA7088芯片自动选台的发送与接收的通信系统。要分析TDA7088芯片的性能特点，比较FM调制解调的各种实现方法。用FSK解调输出的音频数据掌握高频信号的接收处理流程，与实验中心通信系统配合，实现无线通信。在TDA7088自动选台的单片机控制项目中，利用NE564芯片制作锁相环路，并且将锁相环路和带通滤波器组成FSK解调系统，用 FSK 调制解调方法解调收音机输出的音频数据,，确认波特速率后返回单片机程序确认，用单片机程序控制TDA7088芯片的选台安键，让芯片所控制的收音部分选择符合特定的频率。以达到控制TDA7088自动选台的功能。1 TDA7088自动选台的单片机控制 设计TDA7088自动选台的单片机控制必须利用所学的电子电路、单片机、通信技术方面的有关知识, 掌握高频信号的接收处理流程，分析TDA7088芯片和NE564芯片的性能特点，用TDA7088芯片制作一个收音机系统。并使用NE564芯片制作锁相环路用FSK调制解调方法解调收音机输出的音频数据。返回AT89S51单片机实现一个用单片机程序控制的TDA7088芯片制作的收音机系统自动选台的发送与接收的通信系统，与实验中心通信系统配合，实现无线通信。TDA7088自动选台的单片机控制方框图（图1-1）如下：图1.1 TDA7088自动选台的单片机控制方框图整个设计中分为3个部分：（1）调频收音机由TDA7088芯片及外围电路组成，分为调频接收机，音频输出，耳机3部分。具有接收频率选台的功能，并且能够用耳机收听到清楚的声音。（2）FSK调制解调音频数据 由2个带通滤波器和NE564锁相环组成，分别连接到调频收音机的音频输出和单片机控制电路上，从音频输出口接收到数据并且分析数据，确定信号的波特频率，在将解调以后的数据输入单片机，让单片机利用数据控制收音机系统的选台。（3）单片机程序控制 用89S51芯片制作单片机系统，接收FSK解调后的音频数据通过程序确认来控制调频收音机选台。2 调频收音机2.1 FM基本原理设幅度为1的单一频率的调制信号 U=sin（t+） （2-1） 则调频信号为 Ufm（t）=UcsinWc+WUf（t）t (2-2）试中 Wc为载频； Uc为载波幅度； W为峰值频偏。 将（1）代入（2）试得 Ufm（t）=UcsinWc+Wsin（t+）t （2-3）已调信号的幅度为常数，其瞬时频率正比于调制信号，既实现了频率调制FM，简称调频。调频信号可以分窄带和宽带2类，所谓载带调制信号是指锋值频偏W远小于调制频率，既Mf1。这时带宽为 Bfm=/2（HZ） （2-4）所谓宽带调频信号是指Mf1，带宽为图2.1 振幅鉴频器模型2.2 FM解调方式 在调频信号中，调制信息寄存于已调波信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调波信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现频率电压转换电压转换。完成此功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。2.2.1 振幅鉴频方法将调频波通过频率幅度线形变换网络，使变换后调频波的振幅能按其瞬时频率的规律变化，即将调频波变换成调频幅度波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化时解调电压。这种鉴频器称为频率鉴频器，或称振幅鉴频器，它的电路模型如图调频接收具有以下特点。（1）抗干扰性能好，噪声小调频接收工作在超短波段，该波段原有的干扰本来就小，加上电路中带有限幅，消除了信号幅度干扰的影响。同时，由于调频接收具有抗同频干扰的特性，即使干扰频率与接收的信号频率相同，只要信号电平稍强于干扰，就会使干扰受到很大的抑制，所以高频接收具有抗干扰性能好，收到电台后背景噪声小的特点。（2）通带宽，频响好，失真小，音质优美超外差接收的通带主要取决于中频通带。因调频接收中频频率为10.7 MHz，远比调幅中频(465kHz)高，故相对通带较容易达到200 kHz以上。因此，传递信号时高音频的衰落及失真可以大为减小。又因调频接收信噪比高，动态范围也就相应增大，故调频接收机能获得调幅机难以达到的音质。（3）传播距离视距传播，易受高大建筑物影响，产生遮蔽及多径传输现象。2.2 FM解调方式 在调频信号中，调制信息寄存于已调波信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调波信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现频率电压转换电压转换。完成此功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。2.2.1 振幅鉴频方法将调频波通过频率幅度线形变换网络，使变换后调频波的振幅能按其瞬时频率的规律变化，即将调频波变换成调频幅度波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化时解调电压。这种鉴频器称为频率鉴频器，或称振幅鉴频器，它的电路模型如图图2.1 振幅鉴频器模型2.2.2 相位鉴频方法 将调频波通过频率相位线性变换网络，使变换后调频波的相位能按其瞬时频率的规律变化，即将调频波变换成调频调相波，再通过相位检波器检测出反映相位变化的解调电压。把这种鉴频器称为相位鉴频器，它的电路模型如图所示。图2.2 相位鉴频器模型2.2.3 移相乘积鉴频方法随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频机中较多采用的是移相乘积鉴频器。它是将输入FM信号经移相网络后生成与FM信号电压相正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电压同时加人相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后，便可还原出原调制信号。它的电路模型如图所示。图2.3 移相乘积鉴频器模型2.2.4 脉冲计数式鉴颇方法先将调频波通过具有合适特性的非线性变换网络，使它变换为调颇脉冲序列，出于该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量，因而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。也可将调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化的解调屯压，将这种鉴频器称为脉冲计数式鉴颇器。它的电路模型如图所示、图2.4 脉冲计数式鉴颇器模型2.2.5锁相解调电路锁相调频解调电路的门限电平比普通鉴频器低，其电路组成方框图如图所示。图2.5 锁相调频解调电路模型当输入信号为调频波时，如果将环路滤波器的带宽设计得足够宽使鉴相器的输出电压能顺利通过，则VCO就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率。即VCO的输出是一个具有相同调制规律的调频波。显然，这时环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。这种电路称为调制跟踪型锁相环。若输入的调频信号为 (2-7)式中,：Kf为调频比例系数，为调制信号电压，Wr为输入调频波的载波频率载波角频率。调节VCO的中心角频率W使WoWr，对于已经锁定的环路，当输入调频信号的频率和相位发生某种变化时，环路将使压控振荡器的频率和相位跟踪输入信号的变化。在这种情况下，环路中产生的相位差不大，即SIN，可以近似地把环路作为线性系统来。在线性鉴相的条件下，鉴相器的输出电压为： (2-8)因此，鉴相器的输出电压W(t)正比于调制信号电压U(f)。对于直接从鉴相器的输出端取出解调信号，输出信号中将会有较大的干扰和噪声，所以一般不采用这种方法，通常要经过环路滤波器在进一步滤波后再输出。 可以证明，这种鉴频器的输入信噪比的门限值比普通鉴颜器有所改善。调制指数越高，门限改善的分贝数也越大，一般说来可以改善几个分贝；调制指数高时，可改善10分贝以上。此外，在调频波锁相解调电路中，为了实现不失真解调，环的捕捉带必须大于输入调频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频波中调制信号的频谱宽度。2.3 调频接收机的工作原理一般调频接收机的工作原理是: 天线接收到的高频信号,经输入调频回路选频,在经过高频放器放大,进入混频器,本机振荡器输出的另一高频信号也进入混频器,则混频器的输出含有F1.F2 (F1+F2)等频率分量的信号.混频器的输出接有选频回路,选出中频信号(F2-F1),再经过中频放大器放大,获得足够高的增益,然后经鉴频器调出低频调制信号,再由低频功放级放大,驱动扬声器,在从天线接收到的高频信号经过混频器为固定的中频F2-F1,故称为超外差式接收机.这种接收机的灵敏度高,选择性好,性能也比较稳定。目前在一般调频接收机中多数采用集成电路，调频头中放连同鉴频器、立体声解码器往往分别采用三块不同型号的集成块。而该调频接收机采用飞利浦公司的TDA7088T集成块，它是把调频头，中放、鉴频器、立体声解码器集成在一起。这样不但简化了外围电路，大大减小了接收机的尺寸，使之更易携带;同时也为大量生产提供了方便，提高了性价比。调频接收机的基本工作过程是:从天线进入的高频信号，经过输人电路和高放电路，通过变频器将高频信号变为中频信号，进行多级的中频放大，然后检波出音频信号，最后送到低放电路。输人回路、高放和变频三个部分合在一起，称为高频电路，也称为调频头。调频接收机和调幅接收机相比较有两处不同，其一是调频机不论普及机型或高级机型，大都带有高放。这是因为调频信号一般比较弱，加一级高放，能够降低噪声系数，提高其信噪比;另外，由于调频机的工作频率高，天线阻抗低，输人回路对各种假信号干扰的选择性不易做好，需要加一级调谐高放来提高抗干扰性能，同时还可以减少本机振荡向天线端的辐射，因为调频机的频率高，和电视频道相近，本振的辐射容易干扰电视机。另一个不同之处是解调部分，由于调频波的振幅是不变的，只有载波的频率发生变化，若像调幅机那样用一只二极管作幅度检波器，即使切去载波的半边波形，仍然是等幅波，检不出音频信号。因而必须采用另一个办法，使其能对载波的频偏起反应而检出音频信号来。这种调频波的解调器叫做鉴频器中放在高频头的后面，它是将从混频出来的信号加以放大，再进入鉴频器在鉴频器的后面是立体声解调器，以及分为左、右两个声道输出，需要配接两个声道的音频放大器调频接收机中一般还有一些附属电路，如自动增益控制电路、自动频率控制电路等。图2.6 调频接收机组成方框图2.4 调频接收机的主要技术指标1.工作频率范围: 接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作范围或者波段范围.接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应.2.灵敏度: 接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度,通常用输入信号电压的大小来表示,接收的输入信号越小,灵敏度越高,调频广播收音机的灵敏度一般为2-30uV3.选择性: 接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号的能力称为选择性,单位用dB表示,dB数越高,选择性越好,一般调幅收音机频偏10KHZ的选择性大于20dB,调频收音机的中频干扰比应大于50dB.4.频率特性: 接收机的频率响应范围城为频率特性或通频带,调频接收机的通频带一般为200KHZ5.输出功率: 接收机的负载上获得的最大不失真功率城输出功率2.5 TDA7088FM接收集成电路 TDA7088 T是飞利浦公司的TDA70系列中的一种，与其它TDA70系列一样是将接收机需要调试的中频变压器以及FM的鉴频谐振线圈省去了，中频滤波器也都集成在芯片中。它是新一代的微型单片IC，将外差式的调幅、调频、低放电路等等，集成在一小块电路中。用这种电路设计组装的微型FM接收机(又称“火柴盒”接收机)，由于其特殊的内部功能，调谐只需单连可变电容二极管，外围元极少，体积也做得很小。组装后几乎不需要调试。TDA7088T是一用于单声道便携式和袖珍接收机的双极型集成电路。当要使用最少的外围器件时，这一集成电路就更为重要了(保证了小尺寸和低成本)。此电路包括频率锁定环(FLL)系统，它工作于大约70 kHz的中频;选择性是由RC滤波器实现的，与中频有关的解调(DE-TUNING)和太弱的输人信号被静音电路抑制掉。 TDA7088T集成块，采用16脚双列扁平封装，工作电压为3V，该电路除包含FM收音机从天线接收到鉴频输出音频信号的全部功能外，还设有搜索调谐电路、信号检测电路、静噪电路以及压缩中频频偏的频率锁定环FLL电路。TDA7088T电路的中频频率设计为70kHz，外围电路不用中频变压器，其中频选择由电路内部RC中频滤波器来完成。该机像数字调谐收音机那样采用电调谐按钮(RUN)，另一只是复位按钮(RESTE)。调谐按钮通过BB910变容二级管改变电容，从而改变压控振荡器VCO的频率范围控制芯片的接收频率，电路接通电源后，按一下搜索按钮，电路自动地由频率低端向高端搜索电台，一旦搜索到电台信号，调谐自动停止。如果接着按一下搜索按钮，电路继续往高频端搜索电台。当调谐到FM接收频率最高端时，只需按一下复位按钮，本振频率即回到最低端，搜索调谐又重新开始。TDA7088芯片是由BB910变容二级管电压改变电容，从而改变压控振荡器VCO的频率范围控制芯片的接收频率。芯片的中频是70KHZ。 表1 TDA7088芯片管脚作用如下表管脚 作用 管脚 作用1声音输出2音频输出信号3音频环路滤波4+3V电压输入5环路震荡6环路返回7低通1DB电容扩音8环路输出电容9输入10低通限幅电容11无线信号输入12无线信号输入13限制偏移电压14接地15连接选台按键16连接复位按键TDA7088T是专用于调频接收机的集成电路，外形为16脚双列扁平封装。TDA7088T电路内包含有FM变频、中放、鉴频和前级放大，也就是说，除了音频功率放大外，具有调频单声道接收机的所有功能。TDA7088T同其他TDA70系列一样，采用了频率反馈技术，对中频信号的频偏进行压缩，从而降低FM中频频率。这种独具匠心的技术处理，使得该电路与普通FM集成电路相比，具有很多独特之处。一块TDA7088芯片包含了调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制)电路、中频放大器(中频频率为70kHz)、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。图2.7 （1）频率锁定环(FLL) 标准调频广播制式的频偏F1今为士75k Hz，音频信号的最高调制频率F2为15 kHz。这样，调频接收机的一般通带应满足B = 2 x（F1+F2）=2x (75 k Hz +15 k Hz)=1 80k Hz （2-9）TDA7088T为了在内部集成中频滤波电路，就必须采取低中频，这时其有效带宽最大也不会超过140 kHz。为了解决这个矛盾,TDA7088T采用了频率锁定环FLL (Frequency-Locked Loop)技术，将外来信号的频偏压缩5倍，使得中频信号的最大频偏为士15 kHz。FLL的基本原理是利用鉴频器输出的音频信号对本振频率进行调制使本振信号的频偏低于天线输人信号的频偏。当外来载频波信号无频偏时，鉴频器输出的音频信号中有一路加到环路滤波器，经低通滤波器后反馈控制本振电路中的压控振荡器。这样，本机振荡的频率就不是固定不变，而是随着调频信号的频偏而摆动。当外调频信号的最大频偏为土75kHz时，设定合适的FLL参数，使得本振信号的最大频偏为-60 kHz。于是，经混频器差频变频后，得到的中频信号的最大频偏就成为75 kHz-(60 kHz)=15kHz （2-10）这时，所需的中频通带为2x(15 kHz+15 kHz)=60 kHz （2-11）因此，中频只要大于60 kHz，就能容纳足够的有效边带。兼顾调谐抑制比、信噪比、镜像抑制比等综合因素，TDA7088T选用了70kHZ的低中频。由于采用了频率锁定技术，使得本振信号频率能正确地跟踪输人调频信号的频率，因此TDA7008T不需要再另外设计AFC电路。 （图2.8）中频滤波器（2）有源中频滤波器 由于大幅度降低了中频频率，TDA7088T能够把中频滤波器集成在电路中。这就使得这块集成电路既不用传统的中频变压器、鉴频谐振线圈，也不需外接陶瓷滤波器或陶瓷鉴频器等频率组件，大大简化了调试等程序，节省了外围元器件，减小了体积。IC内部中频滤波器是由电阻、电容、运算放大器等组成的RC低通滤波器，为二阶有源低通滤波器，其截止频率为125 kHz,中频滤波器的输出端还有一级RC低通滤波器，截止频率为73.7 kHz,这二组滤波器合成的综合滤波特性与传统的两边对称的中频选择性特性不同。这是因为用了中频后，天线输人的高于或低于有用信号中心频率100 kHz以上的干扰信号，到了中频部分，都变为高于70 kHz以上的干扰信号了，所以中频滤波器主要任务是保护低通滤波特性.由于只有 70k Hz以上的一条选择性(而不是对称的中频特性)起作用，因此，正负通频带两边的选择性有些不对称。例如，接收信号的中心频率为98MHz，本振信号的中心频率为98.07 MHz，当干扰信号为98 MHz+300 kH，时，混频之后的差频为98.3MHz -98.07 MHz =230 kHz （2-12）以及98.07 MHz -97.7MHz=370 kHz （2-13）图2.9 单连可变电容器 （3）只用单连可变电容器调谐 取代可变电容器的是变容二极管，它是一种特殊的二极管。它的PN结电容随着PN结上的偏压(反向电压)变化而改变。偏压增大，PN结变厚，PN结电容变小；偏压降低，PN结变薄，则PN结电容增大。因此改变PN结上的偏压，就可以改变PN结的电容。电路中变容二极管接在本机振荡电路上，就可以改变振荡频率。由于采用了70k Hz的低中频，使得其镜像干扰与有用信号频率十分接近(140 kHz)，这在87-108MHz的调频接收频率范围内，利用天线输人调谐回路来抑制镜像干扰，选出有用信号频率是不可能实现的。因此，TDA7088T将天线输人回路设计成宽带输人方式，从而摒弃了传统的输人调谐电路，选台只需改变本机振荡频率便可实现FM频段的调谐。这样也就省却了通常超外差接收机所必需的跟踪调试程序。 图2.10 静噪控制（4）相关静噪作用 TDA7088T内设由移相乘法器构成的相关鉴相电路。鉴相器的两路输人信号:一路是原中频信号，另一路是经过移相后的中频信号。当调谐正确时，第一路信号经两次900相移，与原信号相位差1800，这时，相关鉴相器输出高电平，静噪开关电路不动作，输出正常的音频信号。当没有高频信号输人或接收的信号偏调时，相关鉴相器输人的两路信号的相位差小于1800，这时，相关鉴相器输出电平降低，当降低到一定程度时，静噪开关起作用，阻止音频信号输出，从而实现静噪作用。与一般采用的检出天线输人信号场强的静噪控制方式相比，相关静噪控制作用具有“软”变化的特点，即在启动或停止静噪作用时，没有突变噪声。并且相关静噪电路的静噪门限一般都设计得较低，使得在静噪动作时，尚能通过一些微弱的音频信号，产生一种符合习惯的“静音”效果。另外优点是能够有效地抑制假象信号、强信号两边的侧边信号以及偏调噪声。(5) 选台和锁定频率自动搜索调频收音机与普通调频收音机的主要区别就在于它们的调台方式不同。自动搜索调频收音机采用电调谐方式选择电台，省去了可变电容器，设置了“搜索”和“复位”两个轻触式按钮。TDA7088芯片是由BB910变容二级管改变电容，从而改变压控振荡器VCO的频率范围控制芯片的接收频率，使用时只要按下搜索按钮，收音机就会自动在压控频率范围内搜索电台，当它搜索到一个电台后，会准确地调谐并停止下来。如果想换一个电台，只需再次按下搜索按钮，收音机就会继续向频率高端搜索电台。当调谐到频率最高端后，就需要按下复位按钮，让收音机本振频率回到最低端才能重新开始搜索电台。这种自动搜索调频收音机使用方便，调谐准确，由于不使用可变电容器，所以使用寿命长(可变电容器容易损坏)，它的缺点是没有频率指示。图2.11选台和锁定频率电路动作过程当15的RUN脚的按键按下时，接通了高电平，这个高电平为一个RS触发器的S输入端，这样RS触发器就被置1了，通过内部的与门和或门后减少了16的输出电压，从而改变了电容二级管的两端电压，改变了压控振荡器的频率，当搜索到一个电台，通过中频解调后得到稳定的音频信号，输入到RS的R端口，RS触发器被置0，这样就就不改变了16脚的输出电压，从而实现了电台的锁定。当16脚的按键按下时，16脚的电压就是最高的了，这样使压控振荡器的振荡频率降到了最低，实现了复位功能。2.6 TDA7088的完整FM接收电路TDA7088调频收音机的完整原理图如下图：图2.12 自动调频收音机的原理图其核心器件是一块TDA7088集成电路，因为集成电路中很难集成较大容量的电容器，所以集成电路外接的电容器较多。TDA7088集成电路的1脚接的电容器C1为静噪电容；3脚外接环路滤波元件；6脚上的C4为中频反馈电容；7脚上的C5为低通电容器；8脚为中频输出端；9脚为中频输入端；10脚上的C7为中频限幅放大器的低通电容；15脚为搜索调谐输入端，C12为滤波电容器；16脚为电调谐、AFC输出端。调频收音机的耳机线兼作天线，电台信号送入集成电路的第11脚和12脚，电感L2、电容器C8、C9、C10构成输入回路。电路的频率由L1、C3及变容二极管VD1决定。混频后产生的70kHz中频信号经集成电路内的中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器后变为音频信号，由集成电路的第2脚输出，送到音量电位器上，再由电容器C15送到由三极管VT1、VT2等组成的低频放大电路中进行放大，推动耳机发声。连接耳机插座的电感器L3、L4是为了防止天线的信号被耳机旁路而设置的。发光二极管和电阻器R6组成电源显示电路。电容器C18和C19为电源滤波电路。电容器C17是用来改善音质的。TDA7088T调频接收机的频率范围为88-108MHz，当信号从天线进人TDA7088T的8，10脚混频电路，在混频电路中信号与来自压控振荡器的本振频率进行混频，得到一个10.7 MHz的频率信号，再进人有源滤波器，经过有源滤波后，信号变为一个频带大约为+75 kHz的小信号。该信号再进人中频限幅放大器进行放大，一般放大倍数为1000倍(即为60 dB)，从中频放大器出来的信号一路去复位电路，而另一路则进人立体声解调器进行解调，解调出来的信号就是音频信号，它经过全通滤波器后，一路反馈到压控振荡器，使压控振荡器提供混频时所需要的本振频率而另一路则进人静音电路和选频电路在静音电路中，将把音频信号中对音质有影响的信号去掉，然后音频信号从2脚输出。2.7 利用Protel设计接收机原理图 Protel设计原理图（如图2.13）所示图2.13 接收机原理图2.8 利用Protel设计接收机PCB图Protel设计PCB图（如图2.14）所示图2.14 接收机PCB图3 FSK解调音频中附加的数据自动调频收音机在音频输出口可以输出音频信号，我们要获取输出的音频信号并解调出通信编码必须要使用FSK解调。在TDA7088自动选台的单片机控制设计中必须用2个带通滤波器和由NE564芯片组成的FSK系统解调接收机输出的音频数据，让数据返回单片机控制模块确认接收到的电台是不是所要求的电台。图3.1 FSK解调方框图3.1 FSK工作原理 调制的目的是要把传输的模拟信号或者数字信号变换成适合信道传输的高频信号。该信号称为已调信号。而在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，就是解调。调制可分模拟调制和数字调制，其中数字调制是利用数字信号来控制载波的振幅，频率或者相位。FSK调制技术就是数字调制技术的一种，又称移频键控，简记为FSK。对数字调制技术的主要要求是：已调信号的频谱窄以及带外衰减快；易于采用相干或非相干解调；抗噪声和抗干扰的能力强，以及适宜在衰减信道中传输。 用二进制数字信号m(t)进行调频，是使载波中的c，当符号为1时具有1频率的信息，而当符号为0时具有2的信息，此调制称移频调制。数字符号为0时，RS锁存器的输出为是0、是1的组合，数字符号为1时，其输出为是1、是0的组合。因此，数字符号为0时，闭合，输出为；数字符号（信息）为时，闭合，输出为。如果电信符号反复交替0、1时，输出就交替切换，实现移频调制。FSK的信号带宽大约为： B=F2-F1+2F0 （3-1）FSK可以采用包络检波法，相干解调法和非相干解调，锁相解调等方法解调，FSK相位连续时，可以采用鉴频器解调。包络检波法是指收端采用两个带通滤波器，其中心频率分别为F1和F2，他们的输出经过包络检波，如果F1支路的包络强于F2支路，则判为“+1”；反之判为“-1”。非相干解调时输入信号分别经过对COSW1t和COSW2t匹配的两个匹配滤波器，其输出再经过包络检波和比较判决。如果F1支路的包络强于F2支路的包络，则判为“+1”；反之判为“-1”。对于FSK信号的解调方式有鉴相检波方式，零交叉检波方式，锁相环检波方式等。由于锁相技术的发展和锁相环电路的进步，促使锁相环检波方式得到了广泛的使用。在这里我使用锁相环检波方式进行FSK解调。3.2 FSK锁相解调原理3.2.1 PLL的基本原理 锁相集成电路的种类很多。按电路程式可以分为模拟和数字式两大类。使用者可以按需要在电路外部连接各种部件来实现锁相环路的各种功能，按照使用频率的不同通用单片集成锁相环可以分为：高频单片集成锁相环，超高频单片集成锁相环，低频单片集成锁相环。锁相环是个相位误差控制系统。它比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。 锁相环由三个基本的部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。 鉴相器是个相位比较装置。它把输入信号Si(t)和压控振荡器的输出信号So(t)的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压Se(t)。 环路滤波器的作用是滤除误差电压Se(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。 压控振荡器受环路滤波器输出电压的控制，使压控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢，直至消除频差而锁定。3.2.2 FSK的PLL解调原理用PLL解调FSK信号有两种不同的方法。第一种是用一个PLL使其始终对输入信号的频率锁定或跟踪。第二种是用一个PLL对FSK信号中的一个频率锁定，而对另一个频率则是失锁的。这样在解调FSK信号时，锁定指示器的指示即为解调输出。解调电路方框图如图3.1图3.2 解调电路方框图其中超高频单片集成锁相环中的NE564是特别适用于FSK解调的集成PLL，因为它的内部有电压比较器，并且有与TTL电平相匹配的输入输出端，他可以解调数据速率高大1兆波特的FSK信号3.3 NE564锁相环FSK解调电路的设计高频模拟锁相环NE564的最高工作频率可达到50MHZ，采用+5V单电源供电，特别适用于高速数字通信中FM调频信号以及FSK移频键控信号的调制，解调，无需外接复杂的滤波器，NE564采用双极性工艺，其内部组成框图如下: 图3.3 NE564内部结构图电路由输入限幅器，鉴相器，压控振荡器，放大器，直流恢复电路和施密特触发器等六大部分组成。图3.4 限幅器（1）其中LIMITER为限幅器（如图3.4）是差动电路，高频性能很好，其作用是在输入幅度不同的条件下，产生恒定幅度的输出电压，作为鉴相器的输入信号。在接收FM或者FSK信号是时，可以抑制FM调频信号的寄生调幅，限幅电平在0.30.4之间。（2）鉴相器用普通的双平衡模拟相乘器。鉴相增益与2端注入电流I的关系如下： K=0.46(V/rad)+7.3*10E-4(V/rad.uA)I(uA) （3-2）在I800mA范围内，上式有效。 图3.5 压控振荡器（3）压控振荡器（如图3.5）是改进型的射极耦合多谐振荡器。压控振荡器VCO的内部接有固定电阻R(R=100),定时电容接在12，13端就可以产生震荡.VCO有2个电压输出端,其中,9脚输出TTL电平;10脚输出ECL电平.其固有振荡频率为： F=1/16RC （3-3）试中R=100欧姆，是电路内部设定的；C是外接定时电容。F=1MHZ时，得归一化压控灵敏度为 K=5.9*10E6(rad/V.s) (I=0) （3-4）和 K=10.45*10E6(rad/V.s) (I=800uA) (3-5）在任意工作频率时，压控增益K可用下试计算；Ko=K*F （3-6）图3.6 限幅放大器（4）相位比较器PHASE-COMPAPAYOR的内部含有限幅放大器（如图3.6）以提高对AM调幅信号的抗干扰能力:4脚5脚外接电容组成低通滤波器:用来滤除比较器输出的直流误差电压中的纹波;改变引脚2的输入电流可改变环路的增益。图3.7 后置鉴相器 （5）后置鉴相器（如图3.7）由单位增益跨导放大器 DC-RETRIEVER和施密特触发器SCHMITT-TRIGGER组成,其中直流恢复电路提供解调FSK信号时的补偿直流电平及用作线形解调FM信号时的后置鉴相器; 施密特触发器的回差电压可通过脚15外借直流电压进行调整,以消除输出信号TTL的相位抖动。NE564的最高工作频率为50MHZ，最大锁定范围达12%f，输入阻抗大于50K欧姆，电源电压512V，典型工作电流60mA，该电路作为超高频单片集成锁相环路，可以用于高速调制解调，FSK信号的接收和发射，频率合成等多种用途。FSK信号解调图3.8 FSK解调原理图C1是输入偶合电容，R1，C2组成差分放大器A1的输入偏置电路滤波器，可滤除FM信号中的杂波，其值与中心频率F及杂波的幅度有关。R2对引脚2提供输入电流I2，可控制环路增益和压控振荡器的锁定范围，R2与电流I2的关系可表示为 R2=(Vcc-1.3V)/I2 （3-7）I2一般为几百毫安，调整时，可先设I2的初值为100uA，待环路锁定后再调整电位器RP1使环路增益和压控振荡器的锁定范围达到最佳值。R3是压控振荡器输出端必须接的上拉电阻，一般为几千欧姆：C3，C4与内部两个对应电阻（阻值R=1.3K欧）分别组成一阶RC低通滤波器，其截止角频率Wc=1/RC3 （3-8）滤波器的性能对环路入锁时间的快慢有一定影响，可以根据要求改变C3，C4的值，压控振荡器的固有振荡频率Fv与定时电容C1的关系可以表示为 C1=1/（2200Fv）=3300P （3-9）NE564特别适用于高速FSK移频键控信号的调制和解调,波特率可达1Mb/s.NE564组成FSK调制电路如图图3.9 FSK调制电路已知输入信号Vi的频率f=10.8MHZ,调制方波的频率f=500KHZ,此时电路内部的工作原理与FM解调基本相同,主要区别是解调后的方波V从16脚输出,可提供TTL电平,用电阻R和电位器RP调整施密特触发器的回差电压,可改善方波的波形.R是16脚的上拉电阻,其值增加,也有利于改善输出波形.该电路设计的关键是:必须使压控振荡器频率为19KHZ20KHZ时,NE564锁定,这时16脚输出才为高电平”1”:超出此范围的失锁,则16脚输出为底电平”0”,因此,压控震荡器的固有震荡频率Fv和捕捉带F必须十分准确.由以知条件可得:压控震荡器的固有震荡频率Fv=19KHZ,捕捉带F=18.KHZ19.1kHZ,在FSK调制和解调电路的安装和测试中,因电路工作频率比较高,需要注意以下几点:1. 布线需要合理,地线尽可能形成环路以屏蔽高频干扰,加强电源滤波.2. 压控振荡器的固有频率必须与载波的中心频率相等,力求测量准确.3. 精确调节引脚2的输出电流I,以满足捕捉带F要求4. 如果解调输出的波形较差,可增加整形电路,如多级非门,或电压比较器等.3.4 滤波器的基本原理 LTI系统最重要，应用最广泛的是滤波。改变信号中各个频率分量的相对大小，或者抑制，甚至全部滤除某些频率分量的过程称为滤波，完成滤波功能的系统称为滤波器。在许多实际问题中，代表信息的信号（有用信号）和干扰或无用信号同时存在，但各自往往处在不同的频率范围，通常采用选择性滤波来选择出有用信号。所谓选择性滤波，就是让一个或一组频率范围内的信号无失真地通过，而衰减或完全抑制其余频率范围的信号，实现这种功能的系统称为选择性滤波器。对于LTI系统来说，由于输出的频谱是输入的频谱与系统函数的频谱的乘积，所以只要适当选取系统的频率响应函数，就可以完成我们所希望的滤波功能。 它改变信号各个频率分量的相对大小和相位，达到补偿实际系统非理想频率特性的目的。在信息或信号处理中，有时要增强信号中某些信息，有时要减小噪声或随机干扰，这些都是滤波的应用。例如图像处理中的边缘增强和轮廓提取，因为边缘或轮廓信息相对集中在频域中的高频部分，我们对图像进行高通滤波，就可以增强其边缘信息。滤波器是一种选频装置，它允许输入信号中的特定频率成分通过,同时抑制或极大地衰减其它频率成分(又称此频带为阻带)。根据滤波器的选频特性，一般将滤波器分为低通、高通、带通和带阻四种。其对应的幅频特性如（图3.10）所示，图中虚线为理想滤波器的幅频特性。低通 高通 带通 带阻图3.10 滤波器幅频特性3.5 LM741芯片的介绍（1）概述LM741内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM741的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。（2）特性1内部频率补偿 2直流电压增益高(约100dB) 3单位增益频带宽(约1MHz) 4电源电压范围宽：单电源(330V)双电源(1.515V) 5低功耗电流，适合于电池供电 6低输入偏流 7低输入失调电压和失调电流 8共模输入电压范围宽，包括接地 9差模输入电压范围宽，等于电源电压范围10输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V) 3.6 巴特沃斯带通滤波器的设计给定要求的截止频率Fc=19KHZ（1）先选择电容C1的标称值，电容C的初始值靠经验决定，通常以下面的数据作参考：fc 100Hz C = (10-0.1) F （3-10） c = (100-1000)Hz C = (0.1-0.01) F （3-11）c = (1-10k)Hz C = (0.01-0.001) F （3-12）c = (10-1000k)Hz C = (1000-100)pF （3-13）c 100kHz C = (100-10)Pf （3-14）(2)所选择的电容C1的实际值，再按照下式计算电阻换标系数K （3-15）其中c的单位为Hz；C1的单位为F。表1中查出C1和K1时的电阻值。再将这些电阻值靠标称的实际电阻值。(3)设计一个二阶无限增益多路反馈巴特沃斯型带通滤波器，增益Kp = 1，中频（指纹波之间的终止频率）c = 19KHz。设计步骤如下：l 从下表中查出Kp1时，时的电阻值。R1=15.915K，取标称值 16KR2=0.0800K， 取标称值 80R3=31.831K，取标称值 32K表2 二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表电路元件值 A1 246810 R1 15.915 7.958 3.979 2.653 1.989 1.592 R20.080 0.080 0.081 0.082 0.083 0.084 R3 31.831 31.831 31.83131.831 31.831 31.831电阻为参数K=1的时候的值，单位为K欧姆通过公式 W=（R1+R2）/R2*R2*R3*C*C (3-8)将W=19K*2带如公式(2-8)得 C=3200p取标值 C=2200+1100=3200P 用222和112的电容并联实现元件对应如下图图3.11 滤波器原理图3.7 利用protel设计FSK解调原理图Protel设计原理图图如（图3.12）所示图3.12 FSK解调原理图3.8 利用protel设计FSK解调PCB图Protel设计PCB图如（图3.13）所示图3.13 FSK解调PCB图4 单片机控制模块现在，单片机软件发展十分迅速，市场上常用的有51系列单片机，PIC单片机，AVI单片机，MP430单片机等不同的单片机系列。在这里使用了51系列中的AT89S51芯片制作单片机控制模块4.1 AT89S51单片机 AT89S51单片机属于51系列单片机。MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际