基于51单片机的数字FM收音机设计与实现.doc
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1、基于51单片机的数字FM收音机设计与实现摘 要 现在人们常使用的收音机为手动调频收台,使用较为麻烦,而且由于接收灵敏度不高,所接收的频段较窄。TEA5767具有高性能的RF AGC电路,其接收灵敏度高、参考频率选择灵活、可实现自动搜台。本课题采用STC89C52单片机和TEA5767为核心器件,用I2C通信方式联接单片机与TEA5767,实现数字FM收音机系统。通过编写软件利用单片机控制TEA5767实现手动活自动调频,收到的信号通过TAD2822功放器件放大后,再用扬声器输出信号。在调频的过程中可以通过LCD1602液晶显示屏来随时查看信号的频率。关键词:数字调频; STC89C52; TE
2、A5767; TDA2030ABSTRACTNowadays people usually use the radio for manual FM accept , it is much trouble, and because the rx sensitivity is not high, the frequency band received is very narrow。TEA5767 has high-performance RF AGC circuit, high sensitivity receiving, reference frequency selection flexibl
3、e and it can be the realization of automatic search platform。So in this designing I will use the STC89C52 single-chip microcomputer and TEA5767 as the core components of digital FM radio system and Use the I2C communication to connect between STC89C52 and TEA5767 chip。Through the software written an
4、d using single chip computer control TEA5767 achieve manually live to be automatic FM, received signal through the TAD2030 amplifier amplification device, then use the speaker output the signal。In the process of FM the frequency of the signal can be checked by LCD1602 。Key words:Digital FM; STC89C52
5、; TEA5767; TAD2030目 录绪论41 基于单片机的FM收音机工作原理51.1 FM收音机的根本工作原理51.2 数字调节FM收音机的工作原理51.3 用单片机完成数字调节的FM收音机的功能设计62 硬件电路设计72.1 硬件组成72.1.1 数字FM收音机系统控制中心单片机72.1.3 PT2257音量模块92.1.4 FM收音模块102.2 FM电路及其设计132.3 单片机控制与显示电路142.4 供电电路与放大电路153 软件设计163.1键盘与显示函数设计173.1.1 LCD液晶显示函数173.1.2 键盘读键子程序:183.2数字调节与收音控制程序设计193.2.1
6、EA5767HN读写存放器193.2.4 收音模块的初始化24结论27致谢27参考文献28附录29附录一 主程序29附录二 TEA5767读写子程序32附录三 按键子程序37绪论虽然 、计算机、电视等各种电子娱乐设施已经越来越普遍,但是收音机在丰富的娱乐媒介中仍然占有重要地位。随着消费类电子的兴起和繁荣以及数字电子技术的开展,收音机逐渐数字化,集成化,而且本钱越来越低,这使得在各种设备中嵌入收音机的现象更加普遍。广阔从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智慧 、便携式Video播放器等产品中嵌入FM局部。TEA5767系列单片数字元收音机就被广泛地应用在各类电子产品中。利用TEA5767
7、设计数字FM收音机与传统的超外差式收音机的调谐方式不太一样,传统的超外差式收音机的固定频率为10.7MZ,而TEA5767系列数字元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异,这就给广阔芯片应用设计者带来一定的难度。本设计将采用宏晶STC89C52芯片来控制Philips公司的TEA5767收音模块,从而做成一个数位收音机。该收音机,具有抗干扰能力强、体积小、方便携带、调频范围宽等优点。1 基于单片机的FM收音机工作原理1.1 FM收音机的根本工作原理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。如图1-1
8、所示。调频的接收天线以耳机的地线替代,也可直接插上配给的天线ANT,二者工作原理相同。调频播送的高频信号输入回路直接经电容C、L组成的LC振荡回路,实际上构成一带通滤波器,其通频带为88MHz108MHz。在集成块内部接受的调频信号经过高频放大,谐振放大。被放大的信号与本地振荡器产生的本振信号在内部进行FM混频,混频后输出。图1-1 FM收音机原理框图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,复原为声音。此外,因在调频波段未收到电
9、台信号时,内部增益处于失控而产生的噪声很大。为此,通过检出无信号时的控制电平,控制静噪电路工作,使音频放大器处于微放大状态,从而到达静噪功能。1.2 数字调节FM收音机的工作原理 此设计的根本原理与上述传统收音机的原理相似,在此不再累述。主要组成局部有单片机、存储器、功放、收音芯片。此处介绍不同之处。此方案通过单片机根据键盘输入,通过I2C对TEA5767模块的控制存放器进行读写操作,以实现TEA5767模块的自动手动搜索功能,音频信号经过由TDA2822构成的功放电路放大处理由扬声器输出。并将从TEA5767模块中读取的频率字换算后显示在LCD上。按存储键时,单片机将频率字写入24c02实现
10、存台功能,按读取键即可收听所存电台。1.3 用单片机完成数字调节的FM收音机的功能设计该设计分为两局部:硬件电路和程序。硬件电路包括控制模块、FM调频模块、电源供电模块和接收模块四局部。主控制器采用的是单片机STC89C52,调频模块采用的是TEA5767芯片,电源供电模块可采用电池直接供电或通过变压设备得到要求的电源。本设计采用模块化设计,整个系统由、控制模块、TEA576模块、音量控制模块和功放模块显示模块组成,系统的整体方案框图如图1-2图1-2 系统框图从图1-2中可以看出,控制模块仅仅通过I2C总线与收音模块连接并控制收音机工作。本设计使用单片机P3口的两个IO脚来模拟I2C总线的S
11、DA和SCL时序并与TEA5767通信;TEA5767输出的左右声道音频信号可通过音量控制模块进行前级放大及音量控制,然后输入到TDA7057进行后级功率放大,最后输出到扬声器。单片机可通过I2C总线进行音量调节;ROM存储模块主要用于存储电台数据、音量数据和时钟数据,为存储和读取数据带来方便。系统可通过按键进行操作,通过MCU检测按键信号并经单片机实现手动搜台、自动搜台、音量控制、时钟调整等功能,各项操作提示和操作结果均可通过LCD显示出来。稳压电源模块产生的5 V和33 V电压可分别为各个模块器件供电。2 硬件电路设计2.1 硬件组成基于单片机的数字FM收音机需要用到的主要硬件设施有STC
12、89C52单片机、TDA2030功放芯片、PT2257音量模块、TEA5767FM收音模块,各个硬件之间互相连接后,组成整个收音机的硬件系统。2.1.1 数字FM收音机系统控制中心单片机在本设计中,需要选用单片机作为整个系统的控制中心,由于对单片机的要求不高,可以选用普通的51系列单片机。考虑到引脚数量和经济实惠等诸多因素,此设计将采用STC89C52芯片,STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash, 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O
13、 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,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。另外 STC89X52 可降至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。外形图和引脚图如图2-1所示 图2-1 STC89C52单片机外形图及引脚图STC89C52在本设计中发挥着至关重要的作用,它是这个系统的控制核心。STC89C52与外围的硬件相连,向FM收音模块发出指令,决定自动搜索或手动搜索模式。再通过读按键的方式判断外围电路的指令,该指令经过单片机分析后直接向收音
14、模块发出信号,收音模块在收到信号后,响应外围电路的指令,调整收音的频道。收音的频道经过单片机的 处理之后,将所搜索到的频率显示在LCD1602液晶显示屏上。2.1.2 收音功放芯片TDA2030 收音机系统直接接收到的信号一般都比拟微弱,因此需要用通过功率放大器把信放大之后在用扬声器输出。这个环节需要选用一个体积小、输出功率大、失真小的音频功放芯片。德律风根生产的TDA2030采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备,具有内部保护电路。具体外形如图2-2,引脚功能如表2-1,具体参数如表2-2图2-2 TDA2
15、030外形图 表2-1 TDA2030功能引脚引脚功能1正向输入端2反向输入端3负电源输入端4功率输出端5正电源输入端 表2-2 TDA2030主要参数表A2030极限参数参数名称极限值单位电源电压Vs18V输入电压VinVsV差分输入电压Vdi15V峰值输出电流Io3.5A耗散功率PtotVdi20V工作结温Tj-40150存储结温Tstg-401502.1.3 PT2257音量模块在收音系统中还需要一个芯片来控制收音机输出的音量,PT22257是由CMOS技术制造而成的2声道音量控制IC,只有8个脚位,采用I2C控制界面,具备0-79dB的衰减范围,低噪声,高立体别离度及使用极少的周边原件
16、。内部连接图2-3和外观图分别如图2-4图2-3 PT2257内部电路图图2-4 PT2257外观图表2-3 PT2257引脚引脚名称I/O表达引脚编号LINI左声道输入,需加一交连电容后连接至讯源1LOUTO左声道输出,需加一交连电容后连接至输出端2Vss-地线3SDAII2C 介面DATA 输入脚位4SCLII2C 介面CLOCK 输入腳位5VDD-正电源输入端6ROUTO右声道输出,需加一交连电容后连接至输出端7RINI右声道输入,需加一交连电容后连接至讯源82.1.4 FM收音模块FM模块的控核心芯片采用飞利浦公司的TEA5767数字立体声FM芯片,该芯片把所有的FM功能都集成到一个缺
17、乏6*6平方米的用HVQFN40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2-3和表2-3。图2-3 TEA5767芯片引脚分布表2-3 引脚定义管脚定义管脚定义1 空脚21空脚2锁相环输出22左声道输出3本振23右声道输出4本振24软静音时间常数5本振电源25检波输出6数字地26基准7数字电源27中频中心频率调整时间常数8数据线28中频限幅器退藕19时钟线29中频限幅退藕2 10
18、空脚30空脚11三线读写控制31空脚12总线模式选择32增益控制13总线使能端33模拟地14软口134模拟电源15软口235射频输入116晶振36高频地17晶振37射频输入218相位滤波38高放AGC时间常数 19导频低通滤波39锁相环开关输出20空脚40空脚该芯片具有以下优点:1集成高灵敏度的低噪声放大器;2内置的FM解调器可以省去外部鉴频器,并且FM的中频选择性可在芯片内部完成;3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;4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5射频具有自动增益控制功能
19、,并且LC调谐振荡器只需固定片装电感。其根本工作原理分析: 1天线输入电路: RF ANT 天线经过C1耦合送入LI、C2、C4组成的RF带通滤波器87.6MHz108MHz和76MHz87.5MHz送入TEA5767的35、37脚,通过TEA5767内部高通放大。模拟电源由FM 3V3经过R1限流C5滤波后送入TEA5767的34脚。 2可调式LC谐振回路: 2、3、4脚接内部VCO,外接变容二极管D1、D2。2脚为调谐电压输出,自动搜索时电压在1V内变化。VCO供电由FM 3V3经过R4限流C13滤波送如TEA5767的第5脚。 3I2C控制总线: 内置I2C接口,通过TEA5767的8、
20、9脚控制,CPU通过I2C对其进行搜台、选台操作。数字电源由FM 3V3经过R7限流C19滤波送如TEA5767的第7脚。 4CO震荡电路: CO震荡电路主要由XT132.768、C14送入TEA5767的17脚输入,再从18脚输出到C15,产生32.768的根本时钟。 5音频输出电路: 经过TEA5767处理后的模拟音频信号从23右声道、22左声道输出到后级功放电路放大。原理框图如图2-4图2-4 原理框图2.2 FM电路及其设计FM接收电路是系统硬件电路中的核心局部之一,本硬件系统采用单芯片TEA5767HN模块作为FM接收电路的核心元器件。Philips公司提供的TEA5767HN模块芯
21、片为低电压、低功耗和低价位的全集成单芯片立体声无线电产品,它只需要极少的外围元件,并且根本上不需要外部对高频信号的手动调准。另外,其频带范围较宽,可以完全免费调到欧洲、美国和日本的调频波段。其模块应用接线图如图2-5所示。图2-5 FM模块应用接线图图2-5中VCC接3.3V的电源,并通过磁珠及电容器件进行干扰抑制,注意磁珠FB应选用特征频率为100MHz,直流电阻的贴片元件,这样有利于对高频噪声进行抑制但同时又不是系统产生过多的直流损耗22uF的电容最好选用钽电容,2个0.1uF的电容可选用介电常数高、高频性能好的陶瓷电容,这样就保证了整个FM Module的电源系统的稳定。BUS-MODE
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