13单片机控制的调频收音机设计

1、中北大学课程设计说明书学生姓名：汪健 学 号：1205014142学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目单片机控制的调频收音机设计指导教师：程耀瑜职称：教授指导教师：李永红职称：讲师2016年1 月4 日中北大学课程设计任务书2015/2016 学年 第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：汪健学号：1205014142起迄日期：2016年1月4日1月22日课程设计地点：主楼1318室，院楼513教研室指导教师：程耀瑜 李永红下达任务书日期：2016 年1月4日课程设计任务书设计目的：在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、

2、单 片机与A/D和D/A和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培 养动手能力。设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）设计要求：1）接收FM信号频率范围88108MHz。2）调制信号频率范围10015kHz,最大频偏75kHz。3）最大不失真输出功率=100mV （负载阻抗8欧）。4）接收机灵敏度=1mV。5）镜像抑制性能优于20dB。6）能够正常收听FM广播。设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等：v H w in! m w wr an w wr tn: nr w w-r a-s v（r w wr a-s w w-r

3、n a-e * n n in av w-r n * vb ai! n a-e v w i设计说明书符合要求；相应器件的工作原理；系统工作原理图；参考文献原文不少于3篇。课程设计任务书主要参考文献:郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略北京：电子工业出版社.2009（ 01）张有德等.单片微型机原理、应用与实验.上海：复旦大学出版社.2006康华光.电子技术基础（模拟部分 第五版）高等教育出版社，2006康华光.电子技术基础（数字部分 第五版）高等教育出版社，2007 PhilipsSemico nductors .TEA5767HN Datasheet.2002设计成

4、果形式及要求:设计说明书及相关电路图工作计划及进度：n * re wn nt * W VC tn VK VE * VV VK * VV* VV ve * VV VV VV VV VV m 2016年1月4日2016年1月10日：查资料2016年1月11日2016年1月18日：在指导教师指导下设计方案2016年1月19日1月21日：完成实验或仿真，完成课程设计说明书2016年1月22日:答辩学科部主任审查意见：签字： 年 月 日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 一、引言 1 HYPERLINK l bookmar

5、k22 o Current Document 二、方案设计与论证 11、各板块设计 12、设计所需各器件、芯片简介 2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3、硬件电路设计 10 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 4、软件设计 14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 5、程序设计 166、试仪表与数据 33 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 三、设计心得 34 HYPERLINK l bookmar

6、k52 o Current Document 四、参考文献 35单片机控制的调频收音机设计一、引言虽然电视、手机、互联网等媒体和各种便携式娱乐设备已经普及到千家万户， 但传统的收音机在丰富的娱乐媒介中任然占有重要地位。 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 VCD DVD 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TEA57

7、67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 STC89C52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。关键词：单片机；调频； c 语言程序；、方案设计与论证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（ F

8、MRadio ）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。FMRadio电路一般主要由接收天线、振荡器、混频器、AGQ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，设计一个数字FM收音机系 统。1 各板块设计本设计采用模块化设计，整个系统由控制模块、FM音频模块、电源模块和功放模块组成，系统的整体方案框图如下图（ 1）：图（1）系统方案设计框图（1）控制模块。控制模块是本设计的核心，通过外围电路和向TEA

9、5767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STC89C5洋片机作为系统的控制核心。（2）无线FM模块。采用相关厂家生产的TEA5767模块来实现。（ 3）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TEA5

10、767 音频输出具有立体声方式，也可以采用单声道输出，具体方式可以 通过编程设定，为简化设计，本设计采用单声道输出，功放芯片使用TDA2030，供电采用+5V供电，设计中不给出电源设计。2 设计所需各器件、芯片简介（ 1）单片机简介本设计采用宏晶科技生产的STC89C5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0-70 C （商业级），工作频 率可高达30MHz芯片的外形和引脚见下图（2）nsBmmnssgBlm1他 .WU.JPI. 3i和】IN阳Z/AD837PI. 4RO. 1/AD3用F! V 135n, bE目魁闻3PL iro.

11、 aamasiRSIror 7/AP731- 1.tE/PROCULXTO7P3-2円EX2UKTi 加.a1. iiiTi/ra- 5P2. 6/AI 31PIMM.1 A AllPlXTAL2MID加mu22xssAL 0/JUTTa图（2） STC89C52外形和引脚图STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS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。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程 器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52 为众多

12、嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个16位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工 串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C5酣降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（2）FM芯片简介2.1 TEA5767芯片简介FM模块的控核心芯片采用飞利浦公司的 TEA57

13、67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平方米的用HVQFN4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76108MHz （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）和表（1）,图（4）是芯片的应用结构框图d-eIhnr Sr由I U*JITEKJMRLIF EHjL,WJfi!T2 hS/P3flT-1PtCX 口XJAl2CRYSTALVITALI13 nFT1MJTECOWES 轴PAMKIL

14、FrEI W 2fl. 21K M3tociveojTEAS767HNF STR FFS=E1_ = M vADJUSTGF OSCILLATESMhmat frtautHih MW MBUI叱和1AIM口时陋HUBfWEEFI.SOFTwxiMSrFR 二寸.fli也INWJE-4映低畑D图（4） TEA5767应用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 87.5-108MHZ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

15、 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，详细的I2C通信介绍请见第5节。（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（VC和VCCD=5V。2.

16、2 TEA5767寄存器描述单片机和TEA5767进行通信有两种方式，一种是I2C模式，一种是三线模式， 本设计采用I2C模式，I2C通信协议操作参见第5章。TEA5767的寄存器一共有 五位，数据通信的读写顺序为：地址数据字节 1数据字节2数据字节3数据字节4数据字节5,下面就对芯片的寄存器进行详细说明。芯片寄存器地址的格式如下:1C地址模式110000R WR/W=0为读模式；R/W=1为写模式2.3 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

17、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（5）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）。引脚号符号简介1ANT天线接口2MPXFM解调器MPX言号输出（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/输出表（23） TEA5767引脚定义表（3）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

18、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（6）所示图（6）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

19、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（7）是I2C总线字节传送与应答时序图（7）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

20、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:sJ从机地

21、址51-1数据A屮数据，A/A +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s从机地址1A匸数据门数据AP（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。sj从机垃址|0 I A-数据A a| s |从机地址| 1 | /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位:5心43e20心从机地址R W其中D7D1位组成从机的地址。DO位是数据传送方向位，为“ 0”时表示主机 向从机写数据，

22、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STC89C5洋片机没有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

23、序如下图（8）所示1。SCL 4.SIJA起始信号S图（8） I2C总线数据传送模拟时序硬件电路设计按照设计方案，系统硬件电路由电源部分、微控制器部分和FM模块部分组成，下面的介绍将分块对电路进行设计，其中电源部分由于电路原理图（1）微控制器部分微控制器部分以STC89C5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，电路原理图见下图（9）图（9）微控制器模块原理图（2）TEA5767模块部分原理图如图（10）所示，R2 R3是I2C数据线和时钟线的上拉电阻，C5是天线的 匹配电容，天线用30cm左右的铜导线代替。E1是外接天线，C6 C7和R4 R5 构

24、成音频输出网络，8脚接地，选择为工作模式。模块10脚接单片机P2.0，模块9脚接芯片P2.1r-H(图(10) TEA5767莫块部分原理图功放模块原理图功放部分采用TDA2030单声道A类音频放大芯片，电路原理图如下所示:Hnzl图(11)功放电路原理图(4)电路总原理图图（12）电路总原理图软件设计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： PLL 4 （FRF FIR ）/ FREFSFRF接收频率（kHz）FIR

25、:中频（TEA5767为 225kHz）FREFS参考频率（由TEA5767外接晶振而定），本设计外接32.768kHZ的晶振。4.1 软件设计思想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。本设计只实现基本功能，即实现 TEA5767的频率选择，不实现音量控制、 电台储存和频率显示。为了便于设计观察，在程序设计时编写了串口通信协议， 频率可以通过串口调试软件显示出来， 但是在设计硬件的时候没有加入串口， 所 以这个程序只是供设计参考。根据设计要求，系统实现电台搜索和串口读出，软件设计的流程图如下：按si键当前频率值减单位步长读ADC的幅度检测按键读按键按s

26、2键当前频率值减单位步长读ADC的幅度读中频计数器的值按S3键按S4键当前频率值减单位步长当前频率值减单位步长读 AD5C 的幅度读ADC的幅度串口读出图（13）软件设计流程图5、程序设计根据软件流程图，写出相应的程序如下：1）主程序： #include #include #include #include #include uart.h/添加串口头文件#include I2C.h/添加 I2C 头文件sbit s1=P3A4;/手动减小键P3.4sbit s2=P3A5;/手动增加键P3.5sbit s3=P3A6;/自动减小键P3.6sbit s4=P3A7;/自动增加键P3.7#defi

27、ne max_freq 108000 最大接收频率108MHz这里的单位采用的是 KHz #define min_freq 87500/ 最小接收频率 87.5MHz unsigned int max_pll=0 x339b; /108MHz 时的 pll, 芯片内部寄存器有 14 位用于设置频率unsigned int min_pll=0 x299d;/87.5MHz时的 pll.unsigned char radio_write_data5=0 x2a,0 xb6,0 x40,0 x11,0 x40;/要写入TEA5767的数据，数据字节1是0 x2a,左右声道正常工作，不采用搜索模式/第

28、一字节后六位和第二字节为pll频率设定,初始频率设定为89.8MHz;第三字 节0 x40设定搜索停止标准，ADC俞出大小为7时停止搜索，第四字节0 x11, 晶振设定为32.786MHz;SWPORT输出准备好信号；第五字节，6.5MHz锁相环参 考频率关闭。un sig ned char radio_read_data5; /TEA5767读出的状态unsigned long frequency;unsigned int pll;void delay_ms(unsigned int i) /us延时函数unsigned int j,k;for(j=i;j0;j-)for(k=125;k0;

29、k-);/ 延时片刻后通过 i2c 写入数据void radio_write(void) unsigned char i;iic_start();iic_write8bit(0 xc0); /TEA5767写地址if(!iic_testack()for(i=0;i5;i+) iic_write8bit(radio_write_datai);iic_ack();/ 每发送一个字节都要进行总线应答测试 iic_stop();/ 由频率计算 PLLvoid get_pll(void)unsigned char hlsi;unsigned int twpll=0;hlsi=radio_write_da

30、ta2&0 x10;if (hlsi)pll=(unsigned int)(float)(frequency+225)*4)/(float)32.768);/ 频率单位 :khzelsepll=(unsigned int)(float)(frequency-225)*4)/(float)32.768);/ 频率单位 :khz/ 由 PLL 计算频率void get_frequency(void)unsigned char hlsi;unsigned int npll=0;npll=pll;hlsi=radio_write_data2&0 x10;if (hlsi)频率单频率单frequency

31、=(unsigned long)(float)(npll)*(float)8.192-225); /位:KHzelsefrequency=(unsigned long)(float)(npll)*(float)8.192+225); /位:KHz/读TEA5767犬态,并转换成频率void radio_read(void)unsigned char i;unsigned char temp_l,temp_h;pll=0;iic_start();iic_write8bit(0 xc1);/TEA5767读地址if(!iic_testack()for(i=0;imax_freq)frequency

32、=min_freq;/ 如果超过最高频率，那么就回到最低频率重 新搜索elsefrequency-=10;if(frequencymax_freq)frequency=min_freq;elseradio_write_data2=0 x41;frequency-=20;if(frequencymin_freq)frequency=max_freq;get_pll();radio_write_data0=pll/256+0 x40; /力卩 0 x40 是将 SM置为 1 为自动搜索模式radio_write_data1=pll%256;radio_write_data3=0 x11; /SSL

33、1和 SSL(控制搜索停止条件radio_write_data4=0 x40;radio_write();radio_read();搜台成功标志while(!(radio_read_data0&0 x80) /radio_read();void main()P3=0 xff;UART_Init();radio_write();while(1)if(s1=0)delay_ms(1);/ 按键去抖动if(s1=0)while(s1=0);search(0); send_fre(frequency);if(s2=0)delay_ms(1);if(s2=0)while(s2=0);search(1);

34、 send_fre(frequency);if(s3=0)delay_ms(1);if(s3=0)auto_search(0); send_fre(frequency);if(s4=0)delay_ms(1);if(s4=0)auto_search(1); send_fre(frequency);( 2)模拟 I2C 总线协议程序sbit SDA=P2P;数据输出接口定义为2.4 口sbit SCL=P2A1;/ 时钟输出接口定义为2.1 口void Delayus(unsigned int number)while(number-);void DelayMs(unsigned int num

35、ber)unsigned char temp;for(;number!=0;number-)for(temp=112;temp!=0;temp-);void iic_start()SDA=1;Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);SDA=0;Delayus(4);SCL=0;Delayus(4);void iic_stop()SCL=0;Delayus(4);SDA=0;Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);SDA=1;Delayus(4);void iic_ack()SDA=0;Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);SCL=0;Delay

36、us(4);SDA=1;Delayus(4);void iic_NoAck()SDA=1;Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);SCL=0;Delayus(4);SDA=0;bit iic_testack()bit ErrorBit;SDA=1;Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);ErrorBit=SDA;Delayus(4);SCL=0;return ErrorBit;void iic_write8bit(unsigned char input)unsigned char temp;for(temp=8;temp!=0;temp-)SDA=(bit)(i

37、nput&0 x80);Delayus(4);SCL=1;Delayus(4);SCL=0;Delayus(4);input=input1;unsigned char iic_read8bit()unsigned char temp,rbyte=0;for(temp=8;temp!=0;temp-)SCL=1;Delayus(4);rbyte=rbyte1;rbyte=rbyte|(unsigned char)SDA);SCL=0;return rbyte;(3)串口通信头文件程序(参考)/UART 相关函数/*函数名： UART_Init() 功能 : 串口初始化通讯有关参数初始化将串口波特

38、率设定为 9600bps */ void UART_Init() /* 通讯有关参数初始化 */ PCON&=0 x7f;TH1=0 xfd; /* T1 use sio */TL1=0 xfd; /* 选择通讯速率 */TMOD=0 x21; /* T1=MODE2, T0=MODE1,16bit,use time */PS=1;/* SIO int high优先级 */EA=1;ET1=0;SM0=0;SM1=1; /* SM0=0 SM1=1,mode1,10bit*/SM2=0; /* data int,无校验 (TB8=bit_duble 偶 ) */TR1=1;REN=1;RI=0

39、;TI=0;ES=1;/*函数名： send()功能: 用户函数，发送一个字节的数据 */ void send(unsigned char mydata) ES=0;TI=0;SBUF=mydata;while(!TI);TI=0;ES=1;/*函数名： send_s()功能: 用户函数，发送一个字符串*/void comm(char *parr)doSBUF=*parr+;/ 发送数据while(!TI);/ 等待发送完成标志为 1TI=0;/ 标志清零while(*parr);/ 保持循环直到字符为 0void send_fre(unsigned long f)float a;unsigned char buf20;a=(f