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FM收音机的原理与设计毕业论文 目 录第1章 绪论11.1 目的和意义11.2 研究概况及发展趋势综述11.3 本系统主要功能3第2章 总体方案论证与设计42.1 主控模块的选型和论证42.2 显示模块的选型和论证42.3 时钟芯片的选型和论证52.4 FM接收模块的选型和论证52.5 存储模块的选型和论证62.6 功率放大模块的选型和论证62.7 系统整体设计概述6第3章 系统硬件电路设计83.1 主控模块83.1.1 STC89C54单片机主要特性83.1.2 STC89C54单片机的中断系统113.1.3 单片机最小系统设计123.2 LCD液晶显示器简介123.2.1 液晶原理介绍123.2.2 液晶模块简介133.2.3 液晶显示部分与STC89C54的接口143.3 键盘模块设计153.4 FM接收模块设计153.4.1 TEA5767芯片介绍153.4.2 FM广播介绍163.4.3 FM模块电路设计163.4.4 功率放大模块设计213.5 时钟模块的设计223.5.1 DS1302概述223.5.2 DS1302内部RTC 和RAM 地址分配243.5.3 DS1302时钟电路设273.6 总体原理图与PCB图27第4章 系统软件设计294.1 程序设计原理294.2 系统总体设计29第5章 总结335.1 硬件调试335.2 软件调试355.3心得体会36参考文献37致谢38附录39附录1 系统整体原理图39附录2 系统PCB设计图39附录3 元件清单40附录4 源程序41附录5 外文文献翻译70附录6 任务书88附录7 开题报告89第1章 绪论1.1 目的和意义收音机一直在人们的娱乐生活中占有非常重要的位置，从原来的老式晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播可以享受生活，这一直是人们喜欢的生活方式。现在，随着消费型电子的兴起并且繁荣和数字电子技术的发展，广大从事消费型电子设计的厂商都不忘记在诸如MP3、便携式Video、智能手机、播放器等产品中嵌入FM部分。本设计从实际出发设计一款收音效果好，简单便捷的多功能收音机。随着信息化的发展，收音机逐渐数字化，集成化，而且成本越来越低，这使得在各种设备中嵌入收音机的现象更加普遍。TEA5767系列单片数字收音机就被广泛地应用在数字音响，便携式CD、MP3、MP4、手机、PDA等数字消费电子系统中。但是该数字收音机芯片与传统的超外差式收音机的调谐原理不太相同，传统的超外差式收音机的固定频率为10.7MZ，而TEA5767系列数字收音机的固定中频为225KHz，由于固定中频不同，锁相环系统的软件控制就有很大的差别，这就给广大芯片应用设计者带来一定的难度。本设计采用宏晶科技生产的8位微控制器STC89C54来控制数字收音机模块TEA5767，构成一个FM数字收音机系统。该收音机的设计具有电路简单易懂、体积小，易调谐的特点，同时该收音机系统还具有抗干扰能力强、频带宽、音质好的优点。1.2 研究概况及发展趋势综述收音机，由磁铁、电子、机械等构造而成，利用电能将电波信号转换为声音，是用来收听广播电台发射的电波信号的机器，又名无线电、广播等。在1844年的时候，发明出来了电报，可以实现远地互相通讯，但还是必须依赖导线来连接。而收音机讯号的收、发就是无线电通讯。整个无线电通讯的发明史，是很多位科学家先后研究和发明的结果。在1888年，德国科学家赫兹，发现了无线电波的存在。在1895年，俄罗斯物理学家波波夫宣称在相距600码的两地，可以成功地收发无线电讯号。之后，年仅21岁的马可尼，他是一个富裕的意大利地主的儿子，在他父亲的庄园土地内，用无线电波成功地进行了第一次发射。1897年波波夫用他制做的无线通讯设备，在海军巡洋舰上成功的与陆地上的站台进行通讯。1901年马可尼发射无线电波横越大西洋。1906年加拿大发明家富森登第一次发射出电波声音，无线电广播就此开始。在同一年，美国人德弗雷斯特发明了真空电子管，这是真空管收音机的始祖。现在出现了改良的半导体收音机（原子粒收音机）、电晶体收音机。1923年1月23日，有美国人在上海创办中国无线电公司，播放广播节目，同时还出售收音机，以美国出品最多，种类有两个，一是矿石收音机，二是电子管收音机。1953年，中国自主研制出第一台全国产化收音机（“红星牌”电子管收音机），并投放于市场。1956年，又研制出中国第一只锗合金晶体管。1958年，我国第一部国产半导体收音机研制成功。1965年，半导体收音机的产量超过了电子管收音机的产量。收音机市场发展的高峰时期是1980年左右。1982年，出现了集成电路收音机和硅锗管混合线路和音频输出OTL电路的收音机。1985年至1989年，随着电视机和收音机的飞速发展，晶体管收音机销量则逐年下降，电子管收音机也趋于淘汰。收音机款式从大台式逐渐转向袖珍式。1904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生。这是人类第一只电子管的诞生，它标志着世界从此进入了电子时代。 电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。电子管是电子时代的鼻祖，电子管发明以后，使收音机的电路和接收性能发生了革命性的进步和完善。 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波、放大、整流、开关、稳压、信号调制和许多其它功能（金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料最常见的便是锗和硅两种）。1947年12月23日，美国贝尔实验室诞生了世界第一块晶体管，这是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声,从此人类步入了飞速发展的电子时代。 晶体管收音机是一种小型的基于晶体管的无线电接收机。1954年10月18日，世界上第一台晶体管收音机投入市场，只包含4只锗晶体管。在晶体管出现以后，收音机才开始真正普及。1958年，我国第一部国产半导体收音机研制成功。 晶体管收音机以其耗电少，不需交流电源，小巧玲珑，使用方便等特点而赢得人民的喜爱，并且逐渐在市场上占据了主导地位，成为最普及和廉价的电子产品。我国在1982年，出现了集成电路收音机。 DSP技术收音机，就是无线电模拟信号由天线感应接收后，在同一块芯片里放大，然后转化为数字信号，再对数字信号进行处理，然后还原成模拟音频信号输出的新型收音机。DSP技术的本质就是用“软件无线电”代替“硬件无线电”，它大大降低了收音机制造业的门槛。 美国芯科实验室在2006年首次研发出DSP技术收音机芯片，同一年，全球规模最大的收音机制造商深圳凯隆电子有限公司与美国芯科实验室合作，开发出世界上第一台DSP收音机：KK-D48L。2007年，深圳凯隆电子有限公司在深圳与上海组建DSP技术研发实验室。2009年，完全具有自主知识产权的中、低端性能DSP收音机芯片诞生，从此，DSP技术收音机开始普及。深圳凯隆电子有限公司也因此获得了国家级高新技术企业殊荣。DSP技术收音机的问世，标志着传统模拟收音机将逐渐退出历史舞台，数字收音机的时代已经到来。1.3 本系统主要功能本系统设计制作一个基于单片机的FM收音机。能实现以下几种功能：（1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。（2）通过单片机采集DS1302的数据，并在液晶屏幕上显示实时的年月日时分秒星期，并可以通过按键设置时间，系统不供电的情况时钟芯片依然可以由后备纽扣供电，使其掉电时间保存。（3）用户可以存储4个无线电台。（4）用户可以通过按键选择手动搜台模式或者播放用户存储的电台。第2章 总体方案论证与设计根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、时钟模块、FM接收模块、存储模块、功率放大模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。2.1 主控模块的选型和论证方案一：采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二：采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。2.2 显示模块的选型和论证方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。方案二：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案三：采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个LCD1602的液晶屏即可，价格也还能接受，需要的接口线较多，但会给调试带来诸多方便。所以本设计中方案三中的LCD1602液显示屏作为显示模块。2.3 时钟芯片的选型和论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时间计数。采用此种方案虽然可以减少时钟芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种低功耗串行通信接口专用芯片，采用3线串行方式与单片机通信。片内有31字节的静态RAM，能提供秒、分、时、日、月、星期及年等信息，可自动进行闰年补偿。时钟的运行采用24H或带AM和PM的12H格式。与单片机通信仅需3根线。即复位线RST、数据线I/O及串行时钟线SCLK。数据可按单字节方式或多多字节方式传送。采用32.768KHZ晶振作为标准时钟。因此本设计中采用方案二中的DS1302作为时钟模块。2.4 FM接收模块的选型和论证方案一：选用传统的LC谐振电路进行无线信号的获取，通过改变谐振回路的参数值则可以改变选定的频率，不过这种电路的缺点明显，改变谐振回路的电容和电感的参数值不太便利。方案二：选用集成收音机芯片TEA5767作为FM接收模块的芯片，TEA5767内置了主频高达75MHZ的数字信号处理器，实现384KBPS/48KHZ的MD级高品质MP3音乐文件回放，加上拥有一般MP3播放器难以企及的高保真回放线路（信噪比高达95DB，THD总谐波失真率(0.05%)同时非常省电。而且控制便利，只用单片机通过时序控制则能实现选台的功能。因此本设计采用方案二中的TEA5767作为FM接收模块。2.5 存储模块的选型和论证由于系统需要存储电台的频率，因此整个系统需要一个数字存储芯片进行电台存储。这里选用24C02芯片作为存储模块24C02是一种采用CMOS工艺制成的串行电擦除可编程只读存储器。它是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，两根数据线SDA和SCL是双向数据线。由于其具有接口方便，体积小，掉电不丢失数据等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中应用广泛。2.6 功率放大模块的选型和论证方案一：利用三极管做一个分立的功率放大器，优点是成本低廉，但是分立元件搭建的电路一般调试麻烦，而且元件较多，因此为了调试方便不适合使用分立元件进行搭建。方案二： 使用集成芯片LM386，该芯片是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。因此本设计采用方案二中的LM386芯片作为功率放大模块的芯片。2.7 系统整体设计概述本设计主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片完成收音机的选台，存储台，液晶显示等功能。系统结构图如图2-1所示。图2-1系统结构框图系统由单片机STC89C54、液晶显示模块LCD1602、时钟模块DS1302、无线接收模块TEA5767、功率放大模块、存储模块所组成。系统能完成以下功能。系统设有多个按键，用户可以通过按键设定实时的时间，可以设置成自动搜台模式或者播放存储电台，系统最多可以存储4个台。由于TEA5767的输出功率不大不足以驱动扬声器，因此这里加上功率放大模块进行功率放大。第3章 系统硬件电路设计3.1 主控模块主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在我们选用了51系列单片机中的STC89C54单片机作为系统的主控芯片。其基本组成主要由八个部分组成：微处理器（CPU）；数据存储器（RAM)；程序存储器；并行输入/输出接口；串行输入/输出接口；定时/计数器；中断系统；特殊功能寄存器（SFR）。以上单片机各部分是通过片内部总线连接而成，其基本结构依然是采用CPU加外围芯片的传统模式。对于片内各功能部件的控制，则是采用特殊功能寄存器（SFR）集中控制。STC89C54单片机的基本组成框图见图3-1。图3-1 STC89C54单片机结构图 3.1.1 STC89C54单片机主要特性单片机内部功能部件的作用如下：（1） 微处理器（CPU）。1个8位的CPU，同时还含有1个位处理功能的CPU。因此，它不仅可以处理字节数据，而且还可以处理位变量。（2） 数据存储器（RAM）。片内容量128B（字节）。（3） 程序存储器（ROM/EPROM）。8031无片内ROM，8051有4KB的片内ROM，8751有4KB的片内EPROM。（4） 并行输入/输出口（I/O）。有4个8位I/O口，分别为P0、P1、P2、P3。根据需要可以用作一般的输入/输出口或地址总线、数据总线、控制总线口。（5） 串行输入/输出口。1个全双工输入/输出口有4种工作方式。（6） 定时/计数器。有2个16位定时/计数器，具有4种工作方式。（7） 中断控制系统。设有5个中断源，片内3个，片外2个，均有两个中断优先等级。（8） 特殊功能寄存器SFR。共计21个，用于管理、控制、监视片内各个功能模块。 图3-2 STC89C54单片机管脚图部分引脚说明（管脚见图3-2）：1. 电源引脚 为单片机提供工作电源的引脚有两个，分别是：Vcc 接+5V电源；Vs接地。2.时钟引脚 为单片机提供时钟脉冲信号，与单片机内部一个反相放大器构成的振荡电路连接。 XTAL1：单片机振荡电路的输入端，可外接晶振一端。 XTAL2：单片机振荡电路的输出端，可外接晶振一端。 通过接线方式不同，可以得到不同的时钟电路信号。当该两个引脚外接晶振时，与单片机内部振荡电路构成并联谐振回路和内部时钟电路；当使用外部振荡源时，XTAL1接地、XTAL2接外部振荡信号，可构成外部时钟电路。3.控制信号引脚 RST/VPD：RST 是复位控制信号端，高电平有效。在该引脚上外加两个机器周期的高电平，单片机就可以完成一次复位操作。只要该引脚位于高电平，CPU就重复执行复位操作。复位后片内一般RAM区的状态不受影响，但片内一些专用寄存器将被重置初值。复位后，CPU总是从0000H单元开始执行程序。在掉电期间，该引脚可以接备用电源，以保证片内RAM中的数据不丢失。当VPD在规定的电压范围内时，若Vcc的电压低于规定值，VPD则立即向片内RAM供电。ALE/PROG：ALE为地址锁存控制引脚。当CPU访问片外存储器或外部设备时，ALE引脚输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址信号中的低8位，即将P0口的地址信息锁存至外部锁存器中。一般地，ALE引脚输出的脉冲频率约为时钟振荡频率的1/6，对于时钟精度要求不高的情况，可以选ALE作时钟信号。但CPU访问片外数据存储器时，在两个机器周期中，ALE仅出现一次，即丢失了一个ALE脉冲。因此严格的说，用户不可以随意选用ALE作时钟信号。ALE可以驱动8个TTL负载。PSEN：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。4.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。P3.2：(INT0#)外部中断0输入。P3.3：(INT1#)外部中断1输入。P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。3.1.2 STC89C54单片机的中断系统STC89C54系列单片机设有5个可屏蔽中断源，其中两个外部中断源：INT0、INT1；三个内部中断源：定时/计数器T0溢出中断TF0、定时/计数器T1的溢出中断TF1和串行口发送或接收中断TI、RI。在单片机应用系统中，经常会需要定时控制，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C54单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。3.1.3 单片机最小系统设计图3-3 单片机最小系统电路图 图3-3为单片机最小系统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。3.2 LCD液晶显示器简介由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了LCD1602作为界面显示，可以把一些相关的参数进行显示。 3.2.1 液晶原理介绍液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display，它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个162的字符型液晶显示模块。 点阵图形式液晶由 M 行N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有64行，每行有 128列，每 8列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 168=128个点组成，屏上 6416 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 68 或 88点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的点暗，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3.2.2 液晶模块简介LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成57点阵字符160中和510点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系， CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节，可以自定义8个57点阵字符或者4个510点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模块的引脚图如图3-4所示。图3-4 LCD1602引脚图液晶寄存器选择控制如表3-1。表3-1寄存器选择控制RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据3.2.3 液晶显示部分与STC89C54的接口 如图3-5所示。用STC89C54的P0口作为数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为57点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。图3-5 LCD1602与STC89C54的接口图3.3 键盘模块设计本按键模块使用的是多位独立按键进行一些功能的设置，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。通过这4个按键分别可以调节时间、选择模式、存储电台等。键盘模块电路图如图3-6所示。图3-6键盘模块电路图3.4 FM接收模块设计3.4.1 TEA5767芯片介绍FM收音部分核心芯片是TEA5767，它是飞利浦公司生产的一款收音机芯片，很多手机，MP3、MP4里的收音机功能都是于他实现的。它是一块性能良好的FM收音芯片，内置了主频高达75MHZ的数字信号处理器，实现384KBPS/48KHZ的MD级高品质MP3音乐文件回放，同时拥有一般MP3播放器难以实现的的高保真回放线路（信噪比高达95DB），THD总谐波失真率（0。05%）而且非常省电。PHILIPS的TEA5767高灵敏度收音模块芯片属于低电压和低功耗的全集成单芯片FM收音产品，可完全免费调到美国、欧洲和日本的调频波段，FM频率可以支持76MHz108MHz，收音效果非常的出色，可存储50个电台频道同时可实现数码录音和高清晰度CD直录功能（LINE-IN），可以直接通过转录线把传统音响上的音乐以MP3格式录制到内置的闪存里，还可以将收音内容直接录制下来，同时它支持80MHZ以下的校园网FM广播，还有实用的高清晰度CD直录功能（LINE-IN）现场录音功能等等！由于TEA5767集聚众多优点，所以成为收音机设计的首选。3.4.2 FM广播介绍调频（FM）广播与调幅（AM）广播相比，主要具有以下几个优点（1）由于调频广播为视距广播，因此各电台间相互干扰大大减少。（2）易克服干扰所引起的幅度变化一般工业、家用电器等外界及本机内部干扰都以幅度调制方式出现，所以，这种干扰对调幅收音机来说很难克服，而调频收音机中因为有限幅器，能够切除这种幅度干扰，使得调频收音机的信噪比较高，不易出现噪声。调幅广播目前规定中波广播的频道间隔为9kHz，考虑到选择性，中频通频带只能限制在9kHz以内，所以，高音频分量难以重现，不能保证音质。调频广播电台间隔规定为200kHz，单声道调频收音机通频带为180kHz，立体声收音机通频带为198kHz，因此，放音频率范围可达2015000kHz，这就可以实现高质量的声音广播。对于同一个调频调幅收音机，即使在低放及节目相同情况下，调频也比调幅收听效果好很多。3.4.3 FM模块电路设计调频电路是以单片机控制，利用单片机的P3.0和P3.1两个I/O口，与TEA5767调频模块进行数据传输。TEA5767芯片是飞利浦公司生产的数字立体声FM芯片，芯片工作电压2.5V5.0V，典型值是3V；RF接收频率范围是76108MHz。本次设计使用的TEA5767收音机模块以将TEA5767芯片与收音外围电路全部焊接在一块电路板上，外接引脚也只有10个，去掉了原TEA5767芯片上用不到的引脚。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。引脚图见图3-7。图3-7 TEA5767模块引脚图1脚和2脚作为数据与时钟总线与单片机连接，10脚天线接口，天线用20cm左右的铜导线代替。7脚和8脚为模块的音频输出端需串联1uf电容构成音频输出网络，6脚3脚接地，5脚接电源。电路如图3-8所示。图3-8 调频模块电路TEA5767的I2C总线通信介绍如下：TEA5767器件地址COH，最大时钟频率400KHZ。写入模式总线协议见表3-2表3-2S地址（写）A数据位1A数据位2A数据位n A P读出模式总线协议见表3-3表3-3S地址（读）A数据位1A数据位2A数据位n A P注：1.S为启动条件；2.地址（写）为0C0H；地址（读）为0C1H；3.A为应答信号；4.P为停止条件。写模式下各个数据字节格式参见表3-4，各符号含义参见表3-5 表3-4位7位6 位5位4位3位2位1位0数据字节1MUTEPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8数据字节2PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0数据字节3SUDSSL1SSL0HISIMSMLMRSWP1数据字节4SWP2STBYBLXTALSMUTEHCCSNCSI数据字节5PLLREFDTC 表3-5 MUTE静音控制：MUTE=1，左右声道静音，MUTE=0左右声道正常SM搜索模式：SM=1，处于搜索模式，SM=0，不处于搜索模式PLL13-PLL0设定用于搜索和预设的可编程频率合成器SUD搜索方向：SUD=1，向上搜索，SUD=0向下搜索SSL1-0设定搜索停止标准，清参考表HISI高/低边带接收，HISI=1，处于搜索模式，SM=0，不处于搜索模式MSMS=1，设定单声道接收；MS=0，设定为立体声接收ML左声道静音：ML=1，左声道静音并设置为立体声；ML=0左声道正常,ZUOSHE右声道静音；MR=1，右声道静音并设置为立体声；MR=0右声道正常SWP1软件可编程端口；SWP1=1，端口1高电平，SWP1=0，端口1低电平SWP2软件可编程端口；SWP2=1，端口2高电平；SWP2=0，端口2低电平STBY待机模式选择，STBY=1，处于待机模式，STBY=0，不处于待机模式BL波段制式；BL=1，日本调频制式；BL=0，美国/欧洲调频制式XTAL振荡器选择：XTAL=1，使用13MHZ晶体振荡器；XTAL=0，使用32.768KHZ晶体振荡器SMUTE软件静音：SMUTE=1，软件静音打开；SMUTE=0，软件静音关闭HCC高电平切割：HCC=1，高电平切割打开，HCC=0，高电平切割关闭SNC立体声噪音去除，SNC=1，立体声噪音去除打开，SNC=0，立体声噪音去除关闭SI搜索标志位，SI=1，端口1输出准备好信号，SI=0，端口1做软件可编程端口用PLLREFPLLREF=6.5MHZ锁相环参考频率使用，PLLREF=0，6.5MHZ锁相环参考频率关闭DTC去加重时间，DTC=1，去加重时间75us，DTC=0，去加重时间为50us表3-6 搜索停止标准设定SSL1SSL0 搜索停止标准 0 0搜索模式下禁止 10 1低：ADC输出大小为5 1 0 中：ADC输出大小为7 1 1高：ADC输出大小为10 1.PLL13-0用于设定搜索和预设的可编程频率合成器。预设接收频率与PLL值的换算公式为： 采用高边带接收时换算公式（HISI=1）： Ndec=(4v（FRF+ FIF)/FREFS NDEC=PLL字的十进制值（这个十进制字可以转换为二进制） FRF=想要调谐的频率（HZ） FIF=中频（HZ) FREFS=基准频率（HZ） 2.采用低边带接收时换算公式（HISI=0）：NDEC=（4（F RF - FIF)/FREFS 各符号含义同上面的公式。例如：要接收98MHZ频率，采用高边带接收，晶体振荡器为32.768KHZ，则对应PLL值为（十进制）：NDEC=（498000000+225000000）/32768=11990换算为十六进制数为2ED6H。而如果采用低边带接收，对应PLL值为（十进制）：NDEC=（498000000-25000000）/32768=11935换算为十六进制为2E9FH.读模式下的数据字节格式表3-7位7位6位5位4位3位2位1位0数据字节1RFBLFPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8数据字节2PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0数据字节3STEREOIF6IF5IF4IF3IF2IF1IF0数据字节4LEV3LEV2LEV1LEV0C13C12C11C10数据字节5 写模式下各个数据字节格式参见表3-4 。各符号含义参见表 3-8 表 3-8 符号 含 义RF准备好标志，RF=1，有一个频道被搜到或已到波段极限，RF=0，没频道被搜到BLF波段极限标志，BLF=1，已经到达波段极限，BLF=0，搜索没有到达波段极限PLL13-0当前频率的PLL值STEREO立体声标志；STEREO=1，接收到立体声；STEREO=0，接收到单声道IF6-0中频计数器结果，正确调谐时值在31H3EH之间LEV3-0RF信号强度ADC输出C13-0芯片验证号如果要接收98MHZ频率，设定为采用高边带接收（HISI=1），静音关闭，立体声接收，波段选择欧洲/美国制式，TEA5767外接的晶体振荡器频率为32.768KHZ，去加重时间50us，那么按TEA5767数据字节格式，写入的数据应该为2EH、D6H、01H、07H、00H。把这些数依次送入TEA5767，即可设定TEA5767接收98MHZ频率。例如在98MHZ处有一个立体声电台，假设TEA5767已经接收到这个电台，采用高边带接收方式（HISI=1），则读出TEA5767数据字节，RF=1，表示搜到一个电台，BLF=0，表示没有到波段极限，PLL13-0为2ED6，表示接收频率为98MHZ，STEREO=1，表示收到的是立体声，IF6-0在31H3EH之间，ADC在016之间。3.4.4 功率放大模块设计由于TEA5767的输出信号比较小，且不能直接驱动扬声器，因此选用了LM386进行功率放大，LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。图3-9 LM386管脚图LM386的外形和引脚的排列如上图所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。查LM386的datasheet，电源电压4-12V或5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。3.5 时钟模块的设计本设计还附带一个时间显示的功能，方便用户观看实时时间。3.5.1 DS1302概述DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种低功耗串行通信接口专用芯片，采用3线串行方式与单片机通信。片内有31字节的静态RAM，能提供秒、分、时、日、月、星期及年等信息，可自动进行闰年补偿。时钟的运行采用24H或带AM和PM的12H格式。与单片机通信仅需3根线。即复位线RST、数据线I/O及串行时钟线SCLK。数据可按单字节方式或多多字节方式传送。DS1302是DS1202的升级产品，除保持DS1202的实时时钟功能外，增加了双电源引脚。主电源接Vcc2，备份电源接Vcc1，备份电源也可用1微法以上的超容量电容代替。工作时，DS1302由双电源较大者供电，这样使系统在没有主电源的情况下，有备份电源供电，能保持时钟连续进行。一般备份电源电压略低于主电源工作电压。此外，它还提供可编程的慢速充电功能，从而对备用电池进行充电。串行时钟芯片主要由移位寄存器、控制器、振荡器、实时时钟及31字节的RAM组成。为了开始任何数据的传送，必须把RST置为高电平，且把提供地址和命令信息的8位装入到移位寄存器。数据输入在SCLK的上升沿有效。在开始的8个时钟周期把命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作是输入数据。读时钟需要按照它的时序要求先写命令字节，再读数据字节。写命令字节是在SCLK的上升沿有效，数据传送低位在前，高位在后。传送过程中，将标准时间写入DS1302，使其按标准时间运行，以减少误差。写8个字节时钟数据过程依次为：置RST=1，启动传送，送写允许字，置RST=0，停止传送；再置RST=1，启动传送，送多字节写命令字，接着循环写8个字节数据，置RST=0，结束。DS1302引脚图及引脚功能表如图3-10，表3-9所示。表3-9 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1VCC2主电源2，3X1，X2振荡源，外接32768HZ晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行数据输入端8VCC1后备电源 图3-10 DS1302 引脚示意图 3.5.2 DS1302内部RTC 和RAM 地址分配DS1302 的RTC 与RAM 寄存器的地址分配如图3-10所示。RTC 寄存器地址位于00H 到07H 处。RAM 寄存器地址位于08H3FH。在多字节存取中，当地址指针到达3FH，即RAM 空间的最后一个单元，则下一个操作地址将翻卷到00H，即时钟空间的开头。图3-11 DS1302地址分配图DS1302的控制字如图3-12所示。对DS1302进行数据传送时，第一个字节必须是命令字节，即先命令，后数据。命令字节又叫地址/命令字节，其中包含要访问的地址及访问控制方式。地址分配图如3-11所示，控制字如3-12所示。最高位D7必须为逻辑1，如果是0，则DS1302不允许写。D6位为内部RAM与时钟选择位，为0是指操作时钟数据；为1是指操作内部RAM。D5D1位指出要操作的寄存器地址。D0位是读/写操作控制位，为0是指定进行写操作；为1是指定进行读操作。命令字节总是写入DS1302，且数据总是低位在前，高位在后传送。图3-12控制字节的含义多字节数据传送与单字节相似，在命令字节后，是多字节的数据。但命令字节中的地址A4AO必须为1。在RST=1期间，DS1302接收到命令字节后，接着进行8个字节时钟或31个字节内部RAM数据的读写操作。在多字节数据传送中，数据的读或写都是从地址为00H的时钟寄存器或片内RAM单元开始，依顺序传送多个字节。如以多字节方式写时钟数据时，必须一次按地址顺序写满8个寄存器；但以多字节方式写内部RAM时，数据不必写入所有31个字节。此外，在多字节传送时，时钟寄存器中地址为931的寄存器或RAM存储器中地址为31的单元不能使用。数据读写程序如图3-13所示。图3-13数据读写程序通过读取正确的寄存器字节能获得正确的时钟和日历信息，实时时钟寄存器如表3-10所示。时钟操作时，命令字中的A4A0表示存放时钟数据的寄存器地址，有效地址为00H08H。其中00H06H分别对应存放秒、分、时、日、月、星期和年信息的寄存器，07H为写保护控制寄存器，08H为电池充电控制寄存器。时钟数据以压缩BCD码格式存放00H06H这7个寄存器中。秒寄存器地址是00H，低4位为秒的个位，高三位为秒的十位。最高位D7为时钟控制位，该位为1时钟振荡器暂停，时钟停；为0时钟正常运行。分钟寄存器地址是01H，低4位为分的个位，高三位为分的十位，最高位固定为0。小时寄存器地址为02H，D7位为12/24小时选择位。当D7=1时，为12小时制，此时D5位表示上午/下午，D5=1为下午，否则为上午；当D7=0时，为24小时制