基于51系列单片机的调频收音机的设计529修改.docx

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基于51系列单片机的调频收音机的设计529修改

基于51系列单片机的调频收音机的设计

摘要

收音机从它的诞生至今，不仅方便了媒体信息的传播，也推进了现代电子技术和更先进的电信设备的发展。

从分立元件组成的收音机到由集成电路组成的收音机，从普通的调幅收音机到高级调频收音机。

调频收音机具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。

以较高的技术含量和较高的音质得到了广泛的欢迎。

本课题主要研究调频收音机的设计全过程，介绍一种基于51系列单片机的调频收音机，能够实现范围在88.5MHz~108.5MHz之间的自动调频，步进0.1M可调。

该系统主要由电源模块、控制模块、显示模块和调频模块，功放模块组成。

它以51单片机为核心，控制TEA5767调频芯片及LED数码管实现调频收音与显示频率，并通过功放播音。

该设计将是一台工作稳定、高性能、体积小、易调谐、接收灵敏度高、参考频率选择灵活、可实现自动搜台的调频收音机。

关键词：

调频收音机；51系列单片机；TEA5767芯片

Abstract

Radiofromitsbirthdate,notonlyfacilitatethemediadisseminationofinformation,butalsopromotedthemodernelectronictechnologyandthedevelopmentofmoreadvancedtelecommunicationsequipment.FromdiscretecomponentsradiotoconsistofIntegratedCircuitsRadio,fromtheordinarytotheseniorFMRadioAMFMradio.FMradiohastheadvantagesofhighsensitivity,stablework,goodselectivityandlowdegreeofdistortionetc..Withhightechnologycontentandhighqualityhasbeenwidelywelcomed.

ThemaintopiconFMradiodesignprocess,basedonthe51SeriesMCUFMradio,canrealizetheautomaticfrequencyrangebetween88.5MHz~108.5MHz,step0.1Madjustable.Thesystemismainlycomposedofapowersupplymodule,controlmodule,displaymoduleandamodulationmodule,poweramplifiermodule.With51single-chipmicrocomputerasthecorecontrolchip,TEA5767FMandLEDdigitalcontroltoachievetheFMradiofrequencypoweramplifieranddisplay,andthebroadcast.Thedesignwillbeastablework,highperformance,smallvolume,easytuning,highreceivingsensitivity,frequencyreferenceselectionisflexible,canrealizetheautomaticsearchingFMradio.

Keywords:

FMradio；The51SeriesMCU；TEA5767chip

第一章绪论………………………………………………………………………………….1

第二章系统总体设计方案…………………………………………………………………2

2.1设计的主要任务……………………………………………………………………2

2.2设计的主要要求……………………………………………………………………2

2.3调频波的特点………………………………………………………………………2

2.3.1调频波的形成……………………………………………………………………2

2.3.2频偏………………………………………………………………………………2

2.4广播频段和传播特点………………………………………………………………2

2.5调频广播的优点……………………………………………………………………2

2.6调频接收机的主要技术指标有……………………………………………………3

2.7系统各模块方案论证和选择………………………………………………………3

2.7.1控制模块…………………………………………………………………………4

2.7.2调频模块…………………………………………………………………………4

2.7.3键盘模块…………………………………………………………………………4

2.7.4显示模块…………………………………………………………………………4

2.7.5功放模块…………………………………………………………………………5

2.7.6电源模块…………………………………………………………………………5

第三章系统硬件电路的设计与实现………………………………………………………6

3.1控制模块设计………………………………………………………………………6

3.2调频模块设计………………………………………………………………………6

3.3键盘电路……………………………………………………………………………7

3.4显示模块设计………………………………………………………………………8

3.5功放模块设计………………………………………………………………………8

3.6电源模块设计………………………………………………………………………9

第四章系统的软件设计……………………………………………………………………10

4.1主程序设计………………………………………………………………………10

4.2TEA5767的主要功能特征…………………………………………………………10

4.3TEA5767的管脚说明及其基本的外围电路………………………………………11

4.4TEA5767的应用电路………………………………………………………………12

第五章系统调试……………………………………………………………………………14

5.1硬件调试……………………………………………………………………………14

5.2软件调试……………………………………………………………………………14

5.3软硬件调试…………………………………………………………………………15

5.4结果分析……………………………………………………………………………15第六章总结…………………………………………………………………………………16

参考文献……………………………………………………………………………………17

附录一……………………………………………………………………………………….18

附录二………………………………………………………………………………………19

第一章绪论

1888年德国科学家赫兹，发现了无线电波的存在。

1895年俄罗斯物理学家波波夫在相距600码的两地，成功地收发无线电讯号。

1901年马可尼发射无线电横越大西洋，1906年加拿大发明家费森登开始无线电广播。

同年，美国人发明了真空电子管，是真空管收音机的始祖。

收音机从电路里只有一个半导体元件的矿石收音机，发展到电子管收音机，从一种小型的基于晶体管的无线电接收机发展到集成电路收音机。

随着人类智慧的进步与电子技术的发展，各种家用电器已经变得数字化，集成化。

这主要依靠了单片机的发展与应用。

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机的应用几乎无处不在，当然也包括家电领域。

调频收音机一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位，随着收音机数百年来的发展，从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直以来是人们相对喜欢的生活方式。

与采用硬件电路来实现控制功能的传统家电相比，现代家电利用单片机通过软件编程来实现控制，不仅体积小，而且可靠性更高，功能更多，更易于操作。

这种以软件结合硬件的电子产品也越来越多的融入了我们的生活。

基于调频收音机的广泛应用，本文主要谈谈数字调频收音机的设计，并对其音频处理方面设计进行探讨。

基于51系列单片机的调频收音机是一台通过单片机系统来控制TEA5767调频芯片及LED数码管实现收音并显示频率的收音机。

现在人们使用的收音机多为手动调频收台，使用较为麻烦，而且由于接收灵敏度不高，所以能接收到的频段较为较窄。

TEA5767芯片内集成了完整的频率选择和鉴频系统，只需要很少的低成本外围元件，就可实现调频收音机的全部功能。

另外，该收音机的设计具有电路简单易懂、体积小，易调谐的特点，系统具有抗干扰能力强，频带宽、音质好等优点。

目前提供数字调频收音机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。

第二章系统总体方案设计

2.1设计的主要任务及要求

利用51系列单片机设计、制作一台调频收音机。

综合运用所学的各门课程知识，达到对电子产品的分析、制作、调试和维修的能力。

（1）、有一定的实用性、工作稳定、高性能、体积小、易调谐、接收灵敏度高、参考频率选择灵活、可实现自动搜台的调频收音机；

（2）、支持手动输入频率，频率范围88.5MHz~108.5MHz，步进0.1M可调，频段范围尽可能的拓宽；

（3）、支持电台编号功能；

（4）、数控部分要求用51系列单片机完成；有较好的人机界面。

2.2调频波的特点

2.2.1调频波的形成

调制是通过用待传送的音频信号（即调制信号）去控制高频载波的振幅、频率或相位来实现。

2.2.2频偏

调频波是一种等幅疏密波，疏密变化的程度用频偏来表示。

频偏是调频广播中的一个重要概念，它表示为某时刻调频波的频率与调制前高频率载波的频率之差，在调频过程中，频偏随音频信号强弱变化，音频信号强，频偏大，音频信号弱，频偏小。

为保证高保真广播所需要的贷款和有效的利用有限的频道间隙，国际上规定调频广播所允许的最大频偏为75kHz。

2.3广播频段和传播特点

调幅广播中的中波段载频范围为525～1605kHz，短波段载频范围一般在2.6～26.1MHz，前者主要靠地波传播，后者应用在短波段靠电离层反射来传播，调频广播工作在超短波段，其范围在30～300MHz，各国采用频率范围大小不一样，我国采用的是国际标准波段，即87～108MHz。

由于调频广播工作在超短波段，其工作频率大约为调幅中波广播频率的100倍，因此其传输特性与一般中波、短波的调幅广播有很多不同之处，主要特点有：

直线传播，传播距离一般在几十至上百km，易受金属物体、高山、楼房等障碍物的反射。

2.4调频广播的优点

调频（FM）广播与调幅（AM）广播相比，主要具有以下几个优点

（1）各电台间干扰少

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，致使放声的最高频率最多只能在4~7kHz，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20~15000kHz，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。

调频段的开发不仅可以增加200个频道。

而且由于它是视距传播，所以，数百km外又可重复使用同一频率，这样采用交叉布台的方法，在我国幅员辽阔的情况下，可大大增加可用的频道数目

2.5调频接收机的主要技术指标有

（1）、工作频率范围

接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。

接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。

如调频广播收音机的频率范围为88.5MHz~108.5MHz，是因为调频广播发射机的工作范围也为88.5MHz~108.5MHz。

（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2μV～30μV。

（3）、选择性

接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示，dB数越高，选择性越好。

调频收音机的中频干扰应大于50dB。

（4）、频率特性

接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。

调频机的通频带一般为200KHz。

（5）、输出功率

接收机的负载上获得的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。

2.6系统各模块方案论证和选择

根据课题的设计任务要求，系统设计可划分为控制模块、调频模块、显示模块、功放模块、电源模块五部分。

控制模块和调频模块是本系统的核心部分，主要起频率搜索和收音的作用。

显示模块用于显示当前播放的频率，有较好的人机界面。

功放模块为音频作输出设备。

本系统的基本框图如图2.1所示。

图2.1系统的基本框图

2.6.1控制模块

控制模块主要以51系列单片机为核心，结合单片机的最小系统连接调频模块，再通过按键控制，进行频道的搜索并由数码管显示当前接收频率，实现调整收音机的接收频率、工作模式等各项参数的功能。

结合作品设计的要求，所以本次设计采用AT89S51单片机作控制模块。

2.6.2调频模块

方案一：

采用Philips公司的TEA5767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。

方案二：

采用相关厂家生产的TEA5767模块来实现，所需的外部元器件以全部焊接在此模块上。

外接引脚也只有10个，开发者只需要关注外部引脚而不需要关注模块的内部结构，开发更加方便简单。

综合比较与分析，第一种方案还需要自己设计外围电路，绘制PCB和焊接，而第二种方案使用相关厂家生产的现成模块，不需要再设计焊接电路，制作更为便捷。

所以选择方案二。

2.6.3键盘模块

由于本设计中使用的按键较多，我们采用了功能键与数字键分开识别的方式，即功能键采用查询方式，数字键采用编码动态扫描方式，这样既可以减少扫描占用的时间，又可以简化程序。

2.6.4显示模块

方案一：

采用数码管静态显示。

静态显示是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。

在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。

由于单片机本身提供的I/O口有限，实际使用中，通常通过扩展I/O口的形式解决输出口数量不足的问题。

方案二：

采用数码管动态显示。

动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器，即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。

对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。

显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。

通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。

为了简化电路，降低成本。

故选择方案二。

2.6.5功放模块

方案一：

自己设计功率放大电路，使用到得元器件包括三极管、二极管、电阻、电容等元件。

电路设计需考虑功放电路中的电流、电压不能超过各元器件极限值，静态工作点的设置，注意防止波形失真，尽可能提高电路效率，电路的对称性等多个问题。

电路元器件较多，焊接时间长。

焊接完成后测试较复杂。

方案二：

根据所能提供的电源和输出所需的功率选择厂家生产的现成功放集成电路。

TDA2822是双声道音频功率放大集成电路，适用的工作电压最低可至1.8V，最大工作电压为15V。

适用于在各类小型多媒体音箱中作音频放大器使用。

很明显，为了简化电路提高性能，选择第二种方案。

2.6.6电源模块

方案一：

采用市电进行供电，需经过变压器降压，再利用4个整流二极管进行整流，整流之后得到的直流电波动仍然很大，需要再使用虑波电路把交流成分滤除，最后用LM7805将电压稳定在5V。

在为一些小型家电供电时，电路较大，又必须连接电源插座不便于携带使用。

方案二：

采用三节1.5V干电池串联达到4.5V后进行供电。

单片机、数码管、调频芯片、功放芯片均可使用4.5V供电。

考虑到收音机需要携带使用，不便使用市电进行供电，所以采用第二种方案。

第三章系统硬件电路的设计与实现

3.1控制模块设计

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。

控制电路主要由AT89S51单片机和最小系统组成。

最小系统包括电源电路、时钟电路、复位电路，扩展电路组成。

最小系统中的电源可使用5V±5%的直流电直接供给；时钟电路也成为晶振电路，在单片机系统里晶振作用非常大，结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，AT89S51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。

单片机的复位电路，是为了把电路初始化到一个确定的状态，复位包括上电复位和按键复位。

上电复位通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

扩展电路使用P1.0至P1.3各连接一个按键再与地线连接，按下按键时单片机接收低电平。

电路如图3.1所示。

图3.1AT89S51单片机最小应用系统

3.2调频模块设计

调频电路是以单片机控制，利用单片机的P3.1和P3.2两个I/O口，与TEA5767调频模块进行数据传输。

TEA5767芯片是飞利浦公司成产的数字立体声FM芯片，芯片工作电压2.5V~5.0V，典型值是3V；RF接收频率范围是76~108MHz。

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1.1cm×1.1cm的正方形电路板上，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。

下图3.2是模块的引脚封装图。

图3.2TEA5767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，需要各接一个6.8K电阻作为数据线和时钟线的上拉电阻，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3.3所示。

图3.3调频模块电路

3.3键盘电路

对于功能键的设计，我们采用了查询方式，即将单片机AT89S51的P1.2~P1.7口用作功能键接口，将单片机的P0、P2口都作为I/O口使用，采用P0.6，P0.7与P2.0~P2.4构成10个编码动态扫描矩阵键，这10个键既作为数字键0~9，又作为10个存储电台的台号。

另外，还利用P0.0~P0.5六个口接六个发光二极管作为六个功能键的工作状态指示。

其具体的电路如图3.4所示。

图3.4键盘电路

3.4显示模块设计

显示电路是以单片机控制，P0口用作输出显示，采用简单实用的4位共阳LED数码管显示。

这次的设计我采用动态显示,所谓动态显示就是数码管一个一个显示,由于我们的眼睛存在暂留效应，显示的频率速度又快所以我们眼睛看上去好像就是全部显示的。

其电路设计简单,数码管段码通过限流电阻与P0口连接，只要采用PNP三极管当作驱动就可以了,即数码管通过三极管再与限流电阻连接最后通向P2端口。

之所以采用三极管驱动因为我们平常对三极管的了解和使用比较多,特别是对显示的位数不多的情况下都采用动态显示的方式。

其管理也简单,相比于静态显示方式，动态扫描方式需要的口线要少得多。

如图3.4所示。

图3.4显示模块电路

3.5功放模块设计

功放模块的作用是把从调频模块接受到的信号进行放大以驱动扬声器发出声音。

本次功放模块的设计用到了TDA2822集成功放电路。

TDA2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但以可以满足听觉要求了，而且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是小功放制作的较佳选择。

下图3.4是模块的引脚封装图。

图3.5TDA2822模块引脚图

集成电路TDA2822为8脚双列直插式封装，从3V到8V均可工作。

7脚为正向输入端1，串联一个4.7uf的电容和一个100K的电位器与调频模块的输出端连接。

5脚和8脚为反向输入端各连接一个4.7uf电容后接地。

6脚4脚直接接地。

1脚和3脚连接扬声器，防止输出信号的直流成分过大必须再串接一只4.7uF左右的电容隔开，否则可能使扬声器发热烧毁。

电路如图3.5所示。

图3.5功放模块电路

3.6电源模块设计

单片机的供电电压要求是3.8V~5.5V，TEA5767的供电电压要求是2.5V~5.0V。

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。

所以电源模块的设计非常简单，只需要将3节1.5V的干电池串联在一起就得到了一个4.5V的直流电源。

控制电路、显示电路、调频电路、功放电路都可以直接使用4.5V供电。

第四章系统的软件设计

4.1主程序设计

软件采用C语言程序来设计，主要由三大部分组成，分别是模拟I2C总线程序，调频芯片频率的接收与转换和LED显示程序。

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。

通过模块的分析与软件的需要达到功能得出程序设计流程图，如图4.1所示。

图4.1程序流程图

4.2TEA5767的主要功能特征

作为目前广泛应用的单芯片FM解决