基于51单片机的数字调频收音机

基于51单片机的数字调频收音机内容摘要：

的能力。 显然这个输入信号越小，收音机的灵敏度越高。 三、选择性 选择性表示收音机从包括各种频率的复杂信号中选出有用信号而 抑制其他干扰信号的能力，选择性以输入信号失谐177。 9kHz 时灵敏度下降的程度来表示，单位为 dB（分贝）。 dB 数越大，表示收音机的选择性越强。 四、输出功率 输出功率是指收音机输送给扬声器的音频信号的功率，单位为 W （瓦），也可用 mW 表示， 1W=1000mW。 输出功率越大，收音机能发出的声音越响。 所谓调 制，就是指用音频信号去改变载波信号的幅度，频率或者相位，使他们按照 音频信号的规律变化，即将声音信息寄载在载波的幅度，频率或者相位参数上。 发送端发射的是被音频信号调制的载波（称为已调波）而不是直接发送音频信号。 当然，在接收时，就 可以从接收到飞已调波中解调出其所带的音频信号。 调制的目的是为了能 可靠地和有效地发射，传送和接收信号。 现在收音机的调制方式主要用两种： AM： 改变载波的振幅称振幅调制。 AM 是指对信号进行幅度调制。 一般做法就是先在原信号上叠加一个直流信号以保证信号 f(t)+A0， 然后乘上一个高频的余弦信号，即得到 g(t)=[f(t)+A]coswt。 在频域上的效果就是将原信号的频谱移动到 w 处，以适合信道传输的最佳频率范围。 g(t)的包络线即 f(t)+A,用一个简单的包络检测电路就可以接收并还原信号了。 FM： 改变载波的频率称频率调制。 音频 信号的改变往往是周期性的，一个最容易理解音频 调制技术 的范例是小提琴和揉弦，揉弦通过手指和手腕在琴弦上快速颤动，使琴弦的长度发生快速变化，从而最终影响小提琴声音的柔和度。 与 “ FM 无线电波 ” 相同， “ FM 合成理论 ” 同 样也有着发音体（载体）和调制体两个元素。 发音体或称载波体，是实际发出声音的频率振荡器；调制体或称调制器，负责调整变化载波所产生出来的声音。 载波频率、调制体频率以及调制数值大小，是影响 FM合成理论的重要因素。 我们习惯上用 FM 来指一般的调频广播（ 76~108MHz，在我国为 ~108MHz、日本 (76~90MHz） ， FM 是一种调制方式 ，即使在短波范围的 27~30MHz 之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（ FM）方式的。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 本次方案选用的是 FM 调制。 理由有以下几点： 1) 在同样的频率、功率等条件下，用调频方式传输信号比调幅方式要远得多。 因为调幅方式的载频电平要高出噪声电平三四十分贝才能得到良好的图像指标，而调频方式只要高出噪声电平几分贝即可。 2) 调频比调幅抗干扰能力强：外来的各种干扰、加工业和天电干扰等，对已调波的影响主要表现为产生寄生调幅，形成噪声。 调频制可以用限幅的方法，消除干扰所引起的寄生 调幅。 而调幅制中已调幅信号的幅度是变化的，因而不能采用限幅，也就很难消除外来的干扰。 3) 另外，信号的信噪比愈大，抗干扰能力就愈强。 而解调后获得的信号的信噪比与调制系数有关，调制系数越大， 信噪比越大。 由于调频系数远大于调幅系数，因此，调频波信噪比高，调频广播中干扰噪声小。 4) 调频波比调幅波频带宽。 调频广播收音机的原理 一个典型的调频广播收音机的电路原理图如下： 1. 图 调频广播收音机电路原理图 一、 调频高频头电路 i. 调频高频头电路的组成与作用 调频高频头电路主要包括输入电路、高频放大电路和变频电路。 调频高频头的作用是选择所要接收的调频电台信号，并将它放大、混频，变成载频为 的中频信号，然后输送到中频放大器。 ii. 输入电路 调频收音机输入回路的作用是从天线接收到的各种高频信号中选择出调频波段的信号，它分为固定调谐式输入回路和可变调谐式输入回路两种电路形式。 iii. 高频放大电路 高频放大电路的主要作用是对高频调频信号进行放大，以提高调频收音机的接收灵敏度。 高频放大电路一般采用共基放大电路，这是因为共基电路的截止频率高，适用于高频率放大，自动增益控制 高频放大器 混频器 中频放大器 限幅器 鉴频器 音频放大器 调谐器 本地振荡器 成都理工大学工程技术学院毕业论文 并且共基电路的输入阻抗低，容易与天线的阻抗相匹配。 iv. 变频电路 变频电路的作用是把高频调频信号变换成载频固定为 的中频信号。 v. AFC 电路 AFC 电路是调制收音机的特殊 电路，它的作用是当本振频在工作过程中发生漂移时，能自动地控制本地振频率回到原来的正确频率上，使调频收音机处于最付佳状态。 二、 中频放大电路 调频收音机的中放电路与调幅收音机的主要区别：一是调谐回路的谐振频率不同，二是调频中放电路不加自动增益控制，使中放电路保持较大的增益，以便实现限幅。 三、 限幅器 限幅器的作用 限幅器的作用就是抑制这种寄生调幅干扰。 常用限幅器 分立元件电路中一般采用二极管限幅电路或三极管限幅电路，集成电路内部一般采用差动限幅电路。 四、 鉴频器 鉴频器的作用 鉴频器的作用是 对调频信号进行解调，还原产生原调制信号，对调频收音机来讲，是从 的中频信号中解调得到音频信号。 鉴频的方法 鉴频过程分为两步，先把等幅的调频信号经线性变换电路转换为幅度随调频信号的频率变化规律而变化的调频调幅信号，这时调频信号的幅度变化就是解调所需的音频信号，然后再用检波器从调频调幅波中把音频信号解调出来。 2 方案论证与硬件选择 本方案涉及到的硬件选择 本设计采用模块化设计，整个系统由控制模块、 FM 模块、电源模块、显示模块和功放模块组成，系统的整体方案框图如下 图 ： 成都理工大学工程技术学院毕业论文 图 系统方案设计框图 FM 模块 选择 采用相关厂家生产的 TEA5767 模块来实现。 控制模块选择 采用宏晶科技生产的 STC89C52 芯片 来实现。 功放模块选择 TDA2822。 显示模块选择 诺基亚 5110 液晶显示当前收音机的频率。 电源模块采用三种供电回路。 下面将一一介绍简单硬件基本资料和选择该硬件具体原因。 无线芯片的选择 采用专用的芯片可以使整个系统体积小、 重量轻、可靠性好、 灵敏度高、 功耗低。 目前提供数字 FM Radio 解决方案的厂商很多，其中市场反响非常好的就有Philips 公司提供的 TEA5767 及 TEA5768 数字 FM 处理芯片，该芯片为低电压、低功耗和低价位的全集成单芯片立体声无线电产品，只需要极少的外部元器件，并且基本上不需要外部对高频信号的手动调准，并且其频带范围宽，可以完全免费调到欧洲、美国和日本的调频波段。 TEA5767 方案选择 TEA5767 芯片，通过 I2C 协议与单片机进行通信。 单片机按键对 TEA5767进行初始化输入接收频段的频率， TEA5767 内部对信号滤波、放大、解调处理，输出信号经过功放进行放大，插上耳麦即可收听到电台节目，接收频率为87M~108MHz 分别 对应数据 为 9000、 0x339b。 （该芯片以及模块的详细介绍见第 3 章） 无线 芯片 选择是本设计的关键，有两种方案可以选择： 方案（ 1）采用无线芯片 TEA5767，自己设计外围电路。 方案（ 2）采用相关厂家生产的 TEA5767 模块来实现。 很显然，第一种方案需要自己设计电路、画 PCB 和焊接，而 TEA5767 采用的是 FVQFN40（耐热的薄型四脚扁平封装）封装，在短时间内和有限的条件下实现硬件功能的难度相当大。 所以本设计采用第二种方案 —— 使用现成的模块。 TEA5767 的 IIC 总线 I2C（ Inter－ Integrated Circuit） 总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。 是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。 它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封成都理工大学工程技术学院毕业论文 装形式小，通信速率较高等优点。 控制模块 控制模块是本设计的核心，通过外围电路和向 TEA5767 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 STC89C52 单片机作为系统的控制核心。 STC89C52 外形和引脚 本设计采用宏晶科技生产的 STC89C52 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 ~ ，工作温度 070176。 C（商业级），工作频率可高达 30MHz，芯片的外形和引脚见下图 图 STC89C52 芯片 外形 图 STC89C52 芯片 引脚图 图 和图 STC89C52 外形和引脚图 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。 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。 STC89C52 具体介绍如下： ① 主电源引脚（ 2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋ 5V 电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin1)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 成都理工大学工程技术学院毕业论文 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。 ④可编程输入 /输出引脚（ 32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、 P P P3 口，每个口有 8 位（ 8 根引脚），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位双向 I/O 口线，名称为 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28） ： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ STC89C52 主要功能 STC89C52 主要功能 如 下表 所示。 表 1 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写 中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 单片机总控制电路 单片机总控制电路如下图 ： 成都理工大学工程技术学院毕业论文 图 单片机总控制电路 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如 图 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路如图 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 RXD 接 地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 （ a）内部方式时钟电路 （ b）外部方式时钟电路 图 时钟电路 复位电路 （ 1）复位操作 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如 表 一。