單片機(jī)+CXA1019S+鎖相環(huán)BU2614數(shù)字式調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)資料

內(nèi)容摘要：本文利用數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)構(gòu)成收音機(jī)的電調(diào)諧部分，完成收音機(jī)的調(diào)臺(tái)、選臺(tái)、搜索與存儲(chǔ)等功能。本文著重介紹了SONY公司生產(chǎn)的收音機(jī)集成芯片CXA1019S構(gòu)成的FM調(diào)頻電路、頻率合成器芯片BU2614構(gòu)成的鎖相環(huán)電路和MCS-51系列單片機(jī)及其外圍電路組成的鍵盤(pán)、顯示和存儲(chǔ)電路。

第一章  引言

收音機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從分立元件到集成化的過(guò)程，但作為收音機(jī)的重要組成部分調(diào)諧電路和本振電路一直采用了傳統(tǒng)的電容、電感手動(dòng)調(diào)臺(tái)方式。近些年來(lái)，隨著無(wú)線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展，鎖相環(huán)和頻率合成技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于鎖相環(huán)具有跟蹤特性、窄帶濾波特性和瑣定狀態(tài)無(wú)剩余頻差存在。因此在頻率合成技術(shù)中采用鎖相環(huán)路可以產(chǎn)生頻率度和準(zhǔn)確度很高的振蕩信號(hào)源�，F(xiàn)在利用這種振蕩信號(hào)源產(chǎn)生的頻率作為收音機(jī)電路的調(diào)諧頻率和本振頻率，則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化收音。利用單片機(jī)控制鎖相環(huán)路中的分頻數(shù)就可以改變振蕩信號(hào)源的輸出頻率，以達(dá)到調(diào)臺(tái)的目的。本設(shè)計(jì)的要求主要包括以下幾個(gè)方面：

1 接收FM信號(hào)頻率范圍88MHZ~108MHZ。

2 調(diào)制信號(hào)頻率范圍100HZ~15000HZ，最大頻偏75KHZ。

3 最大不失真輸出功率≥100mW（負(fù)載阻抗8Ω）。

4 接收機(jī)靈敏度≤1mW。

5 鏡像抑制性能優(yōu)于20Db。

6 能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的自動(dòng)搜臺(tái)、手動(dòng)調(diào)臺(tái)、存臺(tái)和頻率顯示等功能。

第二章  方案設(shè)計(jì)與論證

調(diào)頻收音機(jī)一般包括：天線、前端輸入回路、混頻、本振、中放、解調(diào)、放大和輸入等部分，本設(shè)計(jì)中高放、混頻、中放、解調(diào)等電路采用SONY公司生產(chǎn)的FM/AM收音機(jī)集成芯片CXA1019S；自動(dòng)調(diào)諧、程控搜索、電臺(tái)載頻顯示等功能由自動(dòng)調(diào)諧、程控搜索、電臺(tái)載頻顯示等功能由鎖相頻率合成器芯片BU2614、MCS-51系列單片機(jī)及相應(yīng)的外圍電路配合完成。采用專用的芯片可以使整個(gè)系統(tǒng)體積小、重量輕、可靠性好、靈敏度高、功耗低。

2.1  整機(jī)電路方案的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是利用頻率合成技術(shù)來(lái)完成收音機(jī)的電調(diào)諧，通過(guò)BU2614的串行口與單片機(jī)通信來(lái)改變分頻比，用BU2614內(nèi)部的分頻器和鑒頻鑒相器，與CXA1019S的本振VCO構(gòu)成數(shù)控鎖相環(huán)，通過(guò)改變分頻比來(lái)改變接收的頻點(diǎn)。選臺(tái)和頻率顯示、存臺(tái)等由單片機(jī)AT89C52和MAX7219、93C46芯片配合完成。系統(tǒng)框圖如圖-1：

2.2   各部分電路方案的設(shè)計(jì)

1）、收音單元      目前市場(chǎng)上收音機(jī)的集成芯片很多，但為了滿足本設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能要求，我們采用了索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CXA1019S，這種芯片運(yùn)用于便攜式收音機(jī)及頭盔式收音機(jī)，具有接收靈敏度高、鏡像抑制性能好、外圍元件少、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。FM時(shí)VCC=5V，工作電流為5.3mA；在VCC=6伏、RL=8歐姆時(shí)，輸出功率為500mW。

2）、鎖相頻率合成單元    FM調(diào)頻收音機(jī)的接收頻率范圍是88M~108MHZ,因此所選用的頻率合成器芯片最高頻率也必須能達(dá)到110MHZ才能滿足要求�，F(xiàn)在常見(jiàn)的頻率合成器芯片有MC145151、MC145157、MC145158等，但它們工作的最高頻率只能達(dá)到30MHZ，如果要用這些芯片來(lái)構(gòu)成100MHZ左右的鎖相頻率合成器，則必須配合MC12009、MC12013分頻器來(lái)完成，由于高頻經(jīng)過(guò)的線路越多越容易受到干擾。因此應(yīng)盡量選用一個(gè)芯片來(lái)完成鎖相頻率合成功能，ROHM公司生產(chǎn)的鎖相頻率合成調(diào)諧集成芯片BU2614最高頻率可達(dá)到130MHZ完全滿足要求，另外該芯片內(nèi)帶有高靈敏度RF放大器，支持IF計(jì)數(shù)功能。

3）、顯示單元    常用的顯示接口電路多數(shù)由8155、8279等芯片構(gòu)成，由于這些芯片與單片機(jī)連接時(shí)需要占用P0、P2口，另外采用動(dòng)態(tài)掃描方式占用單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)資源比較大。為了簡(jiǎn)化單片機(jī)的外圍電路，我們采用了MAXIM公司的串行8位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片MAX7219構(gòu)成一個(gè)6位靜態(tài)顯示模塊，它只需占用AT89C52的三個(gè)口線，即可完成顯示功能。

4）、鍵盤(pán)電路     由于本設(shè)計(jì)中使用的按鍵較多，我們采用了功能鍵與數(shù)字鍵分開(kāi)識(shí)別的方式，即功能鍵采用查詢方式，數(shù)字鍵采用編碼動(dòng)態(tài)掃描方式，這樣既可以減少掃描占用的時(shí)間，又可以簡(jiǎn)化程序。

5）關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元     根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，該機(jī)具有掉電后能夠保存所存儲(chǔ)電臺(tái)的功能。目前市場(chǎng)上EEPROM類型很多如2764A、2864A等，都是并行EEPROM，體積大且不具有關(guān)電保存數(shù)據(jù)的功能。與并行EEPROM相比，串行EEPROM體積小、價(jià)廉、電路連接簡(jiǎn)單，如串行EEPROM 93C46是電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，具有在線擦除和改寫(xiě)數(shù)據(jù)功能，能滿足關(guān)電保存數(shù)據(jù)的要求。另外采用串行的形式，能夠節(jié)省單片機(jī)的口資源。

6）、程序運(yùn)行監(jiān)視單元     為了加強(qiáng)程序運(yùn)行的可靠行，需要對(duì)程序的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，以防止程序彈飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。因此有必要在電路中設(shè)置看門(mén)狗電路（WATCHDOG電路）監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行�，F(xiàn)在常用的看門(mén)狗電路既有硬件構(gòu)成的WATCHDOG，也有純軟件構(gòu)成的WATCHDOG，但純軟件的WATCHDOG系統(tǒng)需要設(shè)置高級(jí)中斷子程序占用較多的單片機(jī)內(nèi)部資源，必將影響整機(jī)的運(yùn)行速度。如果采用帶有硬件構(gòu)成的WATCHDOG系統(tǒng)，它的硬件部分完全獨(dú)立于CPU之外，將大大地提高它的可靠性。

7）、電源單元    由于BU2614、CXA1019S以及單片機(jī)系統(tǒng)需要5V電源電壓，而變?nèi)荻�極管需要9V以上的電壓，若采用單電源+5V供電，則必須采用DC—DC模塊升壓得到+12V電壓。

第三章  硬件系統(tǒng)

3.1  接收機(jī)電路

   采用了本課題提供的CXA1019S芯片及其外圍典型應(yīng)用電路。從天線輸入的信號(hào)經(jīng)88MHZ—108MHZ帶通濾波器濾波送入CXA1019S進(jìn)行高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻處理，解調(diào)出音頻信號(hào)。此電路是在CXA1019S典型應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上去掉AM部分，如圖-2所示：

                        圖-2

由天線將高頻信號(hào)經(jīng)BPF濾波器送到CXA1019S芯片的13腳（FM高頻輸入），在芯片內(nèi)部進(jìn)行高頻放大，放大后的信號(hào)由接在10腳的L1、C6、C5和VD1選頻，通過(guò)改變變?nèi)荻�極管VD1的反向偏置電壓，來(lái)改變變?nèi)荻�極管的電容量，以達(dá)到頻率調(diào)諧的目的；接在8腳的L2、C7、C8和VD2組成FM本振選頻網(wǎng)絡(luò)，同樣是通過(guò)調(diào)節(jié)變?nèi)荻�極管VD2的反向偏置電壓來(lái)改變本振頻率的；選頻后的調(diào)頻電臺(tái)信號(hào)在芯片內(nèi)部混頻，混頻后的10.7MHZ調(diào)諧信號(hào)在15腳輸出，通過(guò)R1（330）電阻送到CF（10.7MHZ陶瓷濾波器），經(jīng)其選頻后送到芯片的18腳進(jìn)行FM中頻放大。放大后的FM信號(hào)在其內(nèi)部進(jìn)行鑒頻，鑒頻網(wǎng)絡(luò)接在3腳的DICF兩端的陶瓷帶通濾波器（10.7MHZ）上，鑒頻后的音頻信號(hào)由24腳輸出，經(jīng)電容E4直接耦合到25腳。通過(guò)內(nèi)部的音頻功率放大最后由28腳送出給揚(yáng)聲器。對(duì)于音量的控制是通過(guò)音量電位器的滑動(dòng)來(lái)控制的，當(dāng)電位器滑動(dòng)端改變時(shí)，直流電壓隨之改變，從而達(dá)到控制音量的目的。相關(guān)的理論計(jì)算如下：

（1）、波段覆蓋系數(shù)的計(jì)算

88MHz~108MHz頻率,高端頻率fmax=108MHz,低端頻率為fmin=88MHz,設(shè)電容的最大值為Cmax，最小值為Cmin，回路外接電容Cpx于是存在

從                                                                                                                                              

有

由上式有

設(shè)Kd為波段覆蓋系數(shù)則有

Kd=

Kd=     Kd2=1.5

得到， 只要>1.5就可以達(dá)到要求，在結(jié)構(gòu)上該可變電容器是可以實(shí)現(xiàn)的。

   （2）、 輸入調(diào)諧回路與本振回路參數(shù)選擇與計(jì)算

由所給資料M-235變?nèi)荻�極管在2.68V~9.8V偏置電壓下電容為6p~15p。

• 本振回路參數(shù)計(jì)算:變?nèi)荻�極管先與C8串聯(lián)再與C7并聯(lián)構(gòu)成振蕩加路的總
  

C(設(shè)變?nèi)荻�極管最大值為CVDmax、最小值為Cvdmin)即為：

∵Cmax=C7+ =29.78p、Cmin=C7+ =20.96p

Kd==1.1         =1.19

∴Kd<變?nèi)荼冗_(dá)到覆蓋系數(shù)要求。

由fmax=, fmin=,得

L2=0.086uH或0.087uH

②調(diào)諧回路參數(shù)計(jì)算：Kd==108/88=1.23

RC1的變化范圍為5p~27p

Cmax=RC1max+C6+=44.78p

Cmin=RC1min+C6+=13.96p

=1.79

計(jì)算調(diào)諧回路電感L1，回路RC1與C6并聯(lián)電容取值與本振回路一樣為15p。

fmax=,L1=0.1uH

fmin=,L1=0.11uH

3.2  數(shù)字鎖相環(huán)路部分

這一部分既是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，我們利用鎖相環(huán)路法來(lái)構(gòu)成數(shù)字式頻率合成器，應(yīng)用鎖相頻率合成器芯片BU2614內(nèi)部的數(shù)字邏輯電路把VCO頻率一次或多次降頻至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的誤差信號(hào)用來(lái)控制VCO的頻率，使之鎖定在芯片內(nèi)參考頻率的穩(wěn)定度上。

（1） BU2614及外圍電路的分析

BU2614   PLL頻率合成芯片工作于FM波段，具有低發(fā)射的噪聲，低能耗的特點(diǎn)，并內(nèi)建有高靈敏度RF放大器，支持IF計(jì)數(shù)功能。BU2614的應(yīng)用為調(diào)諧器（小型元件，盒式收音機(jī)，收音設(shè)備等），特性為：

• 內(nèi)建高速預(yù)置可分頻130MHZ壓控振蕩器。
• 75KHZ參考晶振可保證低發(fā)射噪聲。
• 低電流消耗，（操作時(shí)4MA，PLL關(guān)閉時(shí)100MA）。
• 提供以下7種步進(jìn)頻率25KHZ、12.5KHZ、6.25KHZ 、3.125KHZ、5.3KHZ.
• 部頻率測(cè)量計(jì)數(shù)器。
• 解鎖檢測(cè)。
• 三個(gè)輸出口（漏極開(kāi)路）
• 串行數(shù)據(jù)輸入（CE、CLK、DA）
  

原理框圖如圖-3：

CXA1019S的本振頻率和調(diào)諧頻率大小由BU2614鎖相頻率合成芯片及外

                                 圖-3

圍電路控制。該方案的顯著優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度高,當(dāng)壓控振蕩器參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可自動(dòng)跟蹤捕捉，使頻率重新穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)可編程分頻系數(shù)進(jìn)行預(yù)置和步進(jìn)，可以在好的環(huán)路性能下實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的程控搜索。BU2614鎖相頻率合成芯片工作于FM波段，具有低噪聲，低能耗的特點(diǎn)，并且內(nèi)部帶有高靈敏度RF放大器，支持IF計(jì)數(shù)功能。電路如圖-4所示：

                                 圖-4

BU2614的外圍電路工作原理：5腳接收單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為12腳反饋頻率FMOSC提供分頻系數(shù)N，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)頻率由串行數(shù)據(jù)位中的R0，R1，R2的不同取值確定。本設(shè)計(jì)選擇R0為“1”R1為“1”，R2“1”，標(biāo)準(zhǔn)頻率為25KHZ與頻率FMOSC/N比較，在PD輸出相位比較信號(hào)，根據(jù)PD輸出端的不同狀態(tài)，從低通濾波器得到相應(yīng)的直流電壓，該電壓加在CXA1019S收音機(jī)回路的調(diào)諧和本振回路中的變?nèi)荻�極管上，使得調(diào)諧頻率和本振頻率的改變與天線BPF接出的載波信號(hào)諧振收到電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧功能。而本振頻率通過(guò)電容耦合反饋到BU2614中使得頻率鎖定。

（2）鎖相環(huán)的組成及工作原理

此環(huán)路是一個(gè)相位的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。它是由鑒相器PD、環(huán)路濾波器（LF）、電壓控制振蕩器（VCO）和程序分頻器（N）四個(gè)基本

部件組成。如圖-5所示：

  

                            圖-5

當(dāng)壓控振蕩器的頻率f0由于某種原因而發(fā)生變化時(shí)，必然相應(yīng)地產(chǎn)生相位變化。這相位變化鑒相器中與參考晶體振蕩器的穩(wěn)定相位(對(duì)應(yīng)于頻率fr)相比較，使鑒相器輸出一個(gè)與相位誤差成比例的誤差電壓Vd(t)，經(jīng)過(guò)低通濾波器，取出其中緩慢變動(dòng)的直流分量V0(t)。V0(t)用來(lái)控制壓控振蕩器中的壓控元件數(shù)值（變?nèi)荻�極管的電容量），而這壓控元件又是VCO振蕩回路的組成部分，結(jié)果壓控元件電容量的變化將VCO的輸出頻率fv又拉回到穩(wěn)定值上來(lái)。這樣，VCO的輸出頻率穩(wěn)定度即由參考晶體振蕩器所決定，這時(shí)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。

A 、鑒相器PD

鑒相器是鎖相環(huán)路中的關(guān)鍵部件。它的形式很多，但在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種，由于脈沖取樣保持相位比較器輸出波紋電壓小，相位比較范圍在360。，因此在數(shù)字式鎖相環(huán)路中常采用脈沖取樣保持相位比較器做鑒相器，其作用是：用來(lái)比較輸入信號(hào)電壓和輸出信號(hào)電壓的相位，產(chǎn)生與兩信號(hào)之間相位差成比例的電壓Vd(t)≈Kd(θv-θ r)。

BU2614通過(guò)外接晶振產(chǎn)生75KHz的參考頻率送至鑒相器，而反饋的VC（FM本振頻率）經(jīng)過(guò)分頻器后也送至鑒相器進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)與相位差成比例的電壓送至LF環(huán)節(jié)。

B、 環(huán)路濾波器

環(huán)路濾波器，即低通濾波器，常用的形式有：RC濾波器、無(wú)源比例積分濾波器、有源比例積分濾波器。其作用是：用來(lái)濾除鑒相器輸出電壓中的無(wú)用組合頻率分量及其它干擾分量，以保證環(huán)路所要求的性能，并提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

本設(shè)計(jì)采用RC濾波器（其電路如圖-6所示）。

                             圖-6

RC濾波器的輸出經(jīng)Q2放大后由VD端輸出加至調(diào)諧回路和本振回路的變?nèi)荻�極管上。環(huán)路濾波器的輸出波形如圖-7：

                                 圖-7

    采用RC濾波器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、調(diào)試方便。 根據(jù)題目要求為了保證搜索到所有電臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)頻率fr設(shè)定為25KHz，本振輸出頻率fo為98.7 ~ 118.7MHz，可采用分頻方式，環(huán)路的可編程分頻器的分頻比N由下式計(jì)算可得：

N=fo/fr

BU2614分頻比變化范圍為：

平均分頻比為：

VCO為本振壓控振蕩器，實(shí)際測(cè)得的VCO增益為：

BU2614內(nèi)部鑒相器的增益為：

環(huán)路總增益為：

固有頻率為：

阻尼系數(shù)為：

取典型設(shè)計(jì)：

可求得電路中R=10，C=0.001。

C 、壓控振蕩器(VCO)

壓控振蕩器就是在振蕩電路中采用壓控元件作為頻率控制器件，壓控元件一般都是用變?nèi)荻�極管，它的電容量受到輸入電壓vc(t)的控制。vc變化時(shí)，即引起振蕩頻率ωv變化。在一定范圍內(nèi)，ωv與vc之間是線性關(guān)系。在線性范圍內(nèi)，這一線性曲線可用下列方程表示：

             ωv(t)= ω0 + KV vc(t)

在本設(shè)計(jì)中通過(guò)低通濾波器輸出的直流電壓控制調(diào)諧和本振的變?nèi)荻�極管使得調(diào)諧頻率和本振頻率相應(yīng)的變化。變壓二極管是一個(gè)PN結(jié)電容變化范圍較大的晶體二極管，變?nèi)荻�極管工作時(shí)，兩端加一個(gè)反向偏壓VD；VD變化其等效電容CD也隨之變化。UD增加時(shí)，CD減��；UD減小時(shí)，CD增加，VD與CD 的關(guān)系為

式中：C0為偏壓VD=0時(shí)的PN結(jié)電容；為PN結(jié)接觸電位差（硅管約0.7V，鍺管約0.2—0.3V）；VD為外加直流偏壓，n為結(jié)電容變化指數(shù)，它決定于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布情況，對(duì)于突變結(jié)n=1/2,對(duì)于緩變結(jié)n=1/3;對(duì)于超變結(jié)n=2或更高由式可知，在零偏壓時(shí)，結(jié)電容按指數(shù)規(guī)律下降其特性如圖-8：

                          圖-8

在電路中如圖調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器原理圖中電感L1電容C組成了并聯(lián)諧振回電路，圖中加了隔直電容C5、C8，此外，C5、C8還起到高頻振蕩信號(hào)的耦合電容的作用，C5、C8取1000PF遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CD，也就是說(shuō)不管變?nèi)荻�極管的反相偏壓多么低，C5、C8>>CD永遠(yuǎn)成立。

變?nèi)荻�極管采取部分接入法，這種接法線性度很好。實(shí)際應(yīng)用中，壓控振蕩特性的線性范圍是有限的，超出這個(gè)范圍之后，控制靈敏度將會(huì)下降。在實(shí)際應(yīng)用中我們常取線性，在本電路中考濾實(shí)際使用故Uc取2.6v-9.8v段。

D、程分頻器( N )

本設(shè)計(jì)利用集成芯片BU2614內(nèi)部的移位寄存器構(gòu)成分頻器，其分頻系數(shù)N由單片機(jī)程序來(lái)決定，最后通過(guò)單片機(jī)與BU2614通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)。BU2614有三個(gè)串行通信端口(CE、CK、DATA)，這三個(gè)端口與單片機(jī)的通訊時(shí)序和數(shù)據(jù)傳送格式如圖-9：

                                  圖-9

其中R0、R1、R2位為標(biāo)準(zhǔn)頻率位，本設(shè)計(jì)選擇為000即25KHZ；S位為FMIN和AMIN選擇開(kāi)關(guān)，0表示FM輸入，1表示AM輸入，本設(shè)計(jì)為FM，故S位為0；其余位在BU2614作為頻率合成時(shí)無(wú)關(guān)，皆選為0；對(duì)于前十六個(gè)數(shù)據(jù)位(D0~D15)其傳送格式為：

分頻數(shù)N：從D0到D15  （當(dāng)S=1時(shí)，用D4到D15位）

本設(shè)計(jì)選擇為S=0，PS=0的格式。

    本設(shè)計(jì)中對(duì)鎖相環(huán)電路而言，其核心元件是BU2614鎖相頻率合成芯片。它與外圍調(diào)諧回路和本振回路構(gòu)成完整的鎖相頻率合成電路。它是通過(guò)單片機(jī)為它預(yù)置的分頻比來(lái)調(diào)節(jié)本振頻率的。如果壓控振蕩器的角頻率發(fā)生變化，這時(shí)輸入到鑒相器的電壓和輸出電壓必定會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化，鑒相器將輸出一個(gè)與相位誤差成比例的誤差電壓經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器取出其中緩慢變化的直流電壓，控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)輸入與輸出信號(hào)之間的相位差減小，直到壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率等于輸入信號(hào)頻率、相位差等于常數(shù)，鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)為止。從而完成了收音機(jī)接收調(diào)諧穩(wěn)頻功能。

3.3  顯示電路

該部分設(shè)計(jì)采用了MAX7219串行顯示控制芯片，代替常規(guī)的非門(mén)驅(qū)動(dòng)芯片，如74LS00，大大的簡(jiǎn)化了顯示電路，實(shí)現(xiàn)了以最少器件、最小功耗、在最短時(shí)間內(nèi)提高電路的穩(wěn)定性的要求。MAX7219是串行接口8位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片，功能齊全，占用系統(tǒng)資源少，只使            圖-10

用了AT89C52的P3.3、P3.4、P3.5三個(gè)口。電路如圖-10所示。

3.4  鍵盤(pán)電路                                    

對(duì)于功能鍵的設(shè)計(jì)，我們采用了查詢的方式，即將單片機(jī)89C52的P1.2~P1.7口用作功能鍵接口，將單片機(jī)的P0、P2口都作為I/O口使用，采用P0.6，P0.7與P2.0~P2.4構(gòu)成10個(gè)編碼動(dòng)態(tài)掃描矩陣鍵，這10個(gè)鍵既作為數(shù)字鍵0~9，又作為10個(gè)存儲(chǔ)電臺(tái)的臺(tái)號(hào)。另外，還利用P0.0~P0.5六個(gè)口接六個(gè)發(fā)光二極管作為六個(gè)功能鍵的工作狀態(tài)指示。其具體的電路如圖-11 所示。

                       圖-11

3.5  掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

  由于串行EEPROM 93C46具有在線擦寫(xiě)功能，因此本設(shè)計(jì)用它來(lái)存儲(chǔ)電臺(tái)數(shù)據(jù)，使重新開(kāi)機(jī)時(shí)所有存儲(chǔ)的電臺(tái)能被調(diào)出。93C46是64*16（1024）位串行存取的電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，具有在線改寫(xiě)數(shù)據(jù)和自動(dòng)擦除功能；無(wú)論電源開(kāi)或關(guān)，數(shù)據(jù)不丟失；其與單片機(jī)的連接如圖10，主要通過(guò)端口CS、SK、DI和DE來(lái)進(jìn)行通信完成。其中CS為片選線，輸入高電平有              圖-12

效。當(dāng)CS=1時(shí)，可對(duì)芯片讀寫(xiě)。加于CS端信號(hào)的下降沿啟動(dòng)片內(nèi)定時(shí)電路開(kāi)始擦寫(xiě)操作。SK為串行數(shù)據(jù)輸入或輸出的外加觸發(fā)時(shí)鐘信號(hào)輸入，輸入時(shí)鐘頻率為0~250KHZ。DI為串行數(shù)據(jù)輸入端。DE為串行數(shù)據(jù)輸出端，讀寫(xiě)操作時(shí)，OUT可用作擦寫(xiě)狀態(tài)指示相當(dāng)于READY/BUSY信號(hào)，其它狀態(tài)時(shí)OUT處于高阻態(tài)。BPE接高電平時(shí)片擦片寫(xiě)指令有效。

3.6  程序運(yùn)行監(jiān)視電路

  程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)又稱為看門(mén)狗電路（WATCHDOG），其主要作用就是用來(lái)防止程序彈飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中。WATCHDOG的特性有：

• 本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴CPU。
• CPU在一個(gè)固定的時(shí)間間隔中和該系統(tǒng)打一次交道，以表明系統(tǒng)“目前尚正�！�。
• 當(dāng)CPU掉入死循環(huán)后，能及時(shí)發(fā)覺(jué)并使系統(tǒng)復(fù)位。
  

    本設(shè)計(jì)采用記數(shù)型WATCHDOG電路，其電路圖如圖-13。WATCHDOG的硬件部分為一獨(dú)立于CPU之外的單穩(wěn)部件，使用自帶脈沖源的計(jì)數(shù)器構(gòu)成。將555接成一個(gè)多諧振蕩器，周期為t0,將CD4017接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)谑畟�(gè)脈沖是QA 端變?yōu)楦唠娖�。單片機(jī)用一條輸出端口（P3.6）輸出清零脈沖，只要每次清零脈                   圖-13

沖的時(shí)間間隔短于十個(gè)脈沖周期，計(jì)數(shù)器就總也得不到十，QA端保持低電平。當(dāng)CPU受干擾而掉入死循環(huán)時(shí)，就不能送出復(fù)位脈沖了，計(jì)數(shù)器很快記數(shù)到十， QA立即變?yōu)楦唠娖�，輸出一個(gè)正脈沖使CPU復(fù)位。在這里系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)有三個(gè)：上電復(fù)位（C1、R1），人工復(fù)位（K、R2、R1）和WATCHDOG復(fù)位（P3.6），通過(guò)綜合門(mén)后加到RESET端。

3.7  電源部分

選用了Linear公司的DC –DC專用芯片LT1930，并對(duì)典型電加以改進(jìn)，使之能夠輸出+12V。電路見(jiàn)圖-14。

                                        圖-14

3.8  單片機(jī)部分

單片機(jī)系統(tǒng)是收音機(jī)的核心控制部分，其任務(wù)是從鍵盤(pán)讀取控制指令，輸出相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)控制頻率合成器的分頻比，進(jìn)而通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)調(diào)諧回路和本振回路的頻率進(jìn)行調(diào)整和控制，實(shí)現(xiàn)程控搜索、電臺(tái)存儲(chǔ)、調(diào)出電臺(tái)序號(hào)、顯示載頻以及顯示收音機(jī)的狀態(tài)信息。其框圖如圖-15所示：

對(duì)于電臺(tái)的存儲(chǔ)，一般采用靜態(tài)存儲(chǔ)器RAM來(lái)存儲(chǔ)信息，但是RAM在斷電后會(huì)丟失數(shù)據(jù)，為此我們采用具有在線讀寫(xiě)、斷電保存功能的93C46芯片來(lái)完成存儲(chǔ)功能。由于該收音機(jī)的接收頻率為88MHz ~ 108MHz                圖-15

之間，以25KHz為步長(zhǎng)，共需測(cè)量800個(gè)頻點(diǎn)，考慮到本地區(qū)實(shí)際情況，本系統(tǒng)的存儲(chǔ)臺(tái)數(shù)設(shè)置為10個(gè)。

第四章   軟件系統(tǒng)

4.1  主程序

本設(shè)計(jì)功能鍵采用查詢方式，數(shù)字鍵采用動(dòng)態(tài)掃描方式。在收音機(jī)開(kāi)機(jī)后，首先把上次關(guān)機(jī)時(shí)的電臺(tái)調(diào)出來(lái)，并把上次關(guān)機(jī)前的各個(gè)臺(tái)號(hào)存儲(chǔ)的電臺(tái)頻率數(shù)據(jù)還原。然后開(kāi)始動(dòng)態(tài)掃描各個(gè)數(shù)字鍵，判斷是否直接調(diào)用已存好的電臺(tái)。如果有數(shù)字鍵按下，則調(diào)用已存在該鍵下的電臺(tái)，并顯示該電臺(tái)頻率。如果沒(méi)有數(shù)字鍵按下則轉(zhuǎn)入判斷功能鍵。當(dāng)有功能鍵按下時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的功能。若沒(méi)有功能鍵按下，則存儲(chǔ)當(dāng)前電臺(tái)數(shù)據(jù)后再返回繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)掃描。主程序流程圖如圖-16所示

4.2  功能鍵查詢程序

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，安排了六個(gè)功能鍵：全頻搜索鍵、繼續(xù)搜索鍵、指定頻率范圍搜索鍵、向上步進(jìn)鍵、向下步進(jìn)和存儲(chǔ)鍵。當(dāng)程序執(zhí)行到功能鍵查詢時(shí)，如果有鍵按下則轉(zhuǎn)入各個(gè)功能鍵。全頻搜索執(zhí)行后，收音機(jī)將從88MHZ開(kāi)始以25KHZ為步進(jìn)向上搜索，如果沒(méi)有鎖臺(tái)信號(hào)，則收音機(jī)將一直搜索到108MHZ才跳出。當(dāng)有鎖臺(tái)信號(hào)時(shí)，將停留在該臺(tái)上。繼續(xù)搜索程序是從當(dāng)前頻率開(kāi)始以，向上開(kāi)始搜索，如果沒(méi)有鎖臺(tái)信號(hào)，則收音機(jī)將一直搜索到108MHZ才跳出。當(dāng)有鎖臺(tái)信號(hào)時(shí)，將停留在該臺(tái)上。指定頻率范圍搜索程序是當(dāng)按下該鍵后，數(shù)碼管自動(dòng)顯示“LP  ”提示輸入頻率范圍的最小值，輸完數(shù)值后，按下確定鍵，此時(shí)將顯示“HP  ”提示輸入頻率范圍的最大值，輸完數(shù)值后，按下確定鍵，則自動(dòng)地從輸入最小頻率點(diǎn)開(kāi)始，以25KHz為步進(jìn)進(jìn)行搜索，當(dāng)搜索到電臺(tái)后自動(dòng)轉(zhuǎn)入收音狀態(tài)。若輸入的頻率值不在本機(jī)所覆蓋的頻段88MHz ~ 108MHz內(nèi)或輸入的最大值小于輸入的最小值，則顯示“OP  ” 提示輸入錯(cuò)誤。向上步進(jìn)、向下步進(jìn)程序是以25KHZ為步進(jìn)進(jìn)行的手動(dòng)搜索。存臺(tái)程序是按下該鍵后調(diào)用動(dòng)態(tài)掃描鍵程序，然后按下數(shù)字鍵得到鍵號(hào)，將相應(yīng)的頻率存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。這部分的程序流程圖見(jiàn)附圖1。

4.3  掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序

     這部分主要包括：（1）每次開(kāi)機(jī)時(shí)將93C46中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀到相應(yīng)的位置。（2）每運(yùn)行一次主程序中的循環(huán)掃描和功能查詢后，將當(dāng)前值和存臺(tái)數(shù)據(jù)寫(xiě)入93C46芯片中。這兩部分程序分別如下：

   （2）、將數(shù)據(jù)寫(xiě)入93C46中

4.4  程序運(yùn)行監(jiān)視部分

看門(mén)狗電路主要是每隔一段時(shí)間（小于10個(gè)脈沖間隔）需要單片機(jī)P3.6輸出一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器CD4017復(fù)位，這樣CD4017的QA端變不了高電平，表明單片機(jī)正常工作。其程序如下：

第五章   測(cè)試方法及數(shù)據(jù)

5.1  測(cè)試所用儀器

Panasonic  FM/AM V-P8177A10信號(hào)發(fā)生器HP54520A，500M數(shù)字有儲(chǔ)示波器DF93094-Y2數(shù)字萬(wàn)用表,DF1647信號(hào)發(fā)生器。

5.2  整機(jī)指標(biāo)測(cè)試

A 最大不失真功率試，測(cè)試框圖如圖調(diào)頻信號(hào)源輸出載頻分別為88、96、102、108MHz，調(diào)制頻率為100Hz，1KHz，1.5KHz，輸入電平為2mV的調(diào)頻信號(hào)加至BPF帶通濾波器。接收機(jī)分別調(diào)諧在，88MHz、96MHz、102MHz、108MHz點(diǎn)上改變音量電位器，使負(fù)載（8歐）兩端電壓波形失真為最小，記下R2兩端電壓U0，按下P=U2 /R，計(jì)算最大不失真功率。數(shù)據(jù)如下表所示

B、靈敏度測(cè)試，方法與最大不失真功率測(cè)試類似，調(diào)節(jié)音量電位器使接收機(jī)輸出功率為100mW，減小信號(hào)源輸出幅度，使輸出波形恰出不失真，此時(shí)調(diào)頻信號(hào)源輸出電壓即為靈敏度，數(shù)據(jù)下表所所示：

C、鏡象抑制比測(cè)試框圖如示：

先測(cè)信號(hào)源輸出錄敏度電平，無(wú)調(diào)制信號(hào)時(shí)中頻輸出電壓，改變頻率為各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鏡像頻率，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電平使中放輸出電壓增大到原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)前后兩次調(diào)頻信號(hào)源輸出電壓比值用DB表示即為鏡像抑制比。

數(shù)據(jù)如下表所示：

5.3  功能測(cè)試

① 可實(shí)現(xiàn)全頻段范圍搜索,選擇存儲(chǔ)電臺(tái).

②可實(shí)現(xiàn)在特點(diǎn)范圍搜索選擇存儲(chǔ)電臺(tái).

③可實(shí)現(xiàn)調(diào)用已存儲(chǔ)的任意電臺(tái).

④有載波顯示功能.

第六章   電路制作

本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分別制作在三塊印刷板上：按鍵顯示板、單片機(jī)系統(tǒng)板和收音機(jī)板。每個(gè)功能板上包含了各個(gè)功能塊的組成元件及相應(yīng)的附屬器件。其制作要求和規(guī)則依據(jù)下面幾條：

•   印刷電路板上元器件布局的原則
  

印刷電路板上元器件布局的好壞，直接影響到整機(jī)的性能，考慮的基本原則是：

• 在一般情況下，所有元器件應(yīng)盡量布置在基本不焊接的一面，以便于安裝、焊接、調(diào)試和維修。
• 收音機(jī)板上的元器件應(yīng)盡量按電路順序排列，并力求電路安排緊湊、密集，以縮短引線，這一點(diǎn)對(duì)高頻電路尤為重要。
• 排列元器件的間距，應(yīng)考慮它們之間可能存在的電位梯度，以防止飛弧和打火。在保證性能的情況下，元器件的布局應(yīng)當(dāng)平行或垂直，以求整齊、美觀。
• 應(yīng)盡量將一塊完整的電路安裝在一塊電路板上。如果電路復(fù)雜或有屏蔽等要求，需要將電路分成幾塊印刷電路板安裝時(shí)，則應(yīng)使每個(gè)完整的有獨(dú)立功能的電路安置于同一塊板面上。
  
•   元器件的安裝技術(shù)要求
  

        元件在印刷板上的分布應(yīng)盡量均勻，疏密一致，不允許斜排，立體交叉和重疊排列，元器件外殼和引線要保證1mm左右的安全間隙。元器件的引腳直徑與印刷電路板焊孔徑應(yīng)有0.2~0.4mm的合理間隙，不可太大。

•   印刷電路板的布線原則
  
  • 將公共地線布置在印刷電路板的邊緣，地線至邊緣留有適當(dāng)?shù)木嚯x，除了引線的一邊外，其余幾邊通常都布有地線。緊靠地線布置電源線及相應(yīng)的濾波電路，這樣可以減少電源線耦合引起的干擾，，并有利于接地。各單元的地線一般應(yīng)自成回路，而又有公共的接地點(diǎn)，這樣可以避免地電流引起的級(jí)間干擾。另外，地線一般不制成封閉的環(huán)行，以免形成一個(gè)線圈在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁干擾。
  • 要電路通常按單元布置在印刷電路板上。各功能部分盡可能獨(dú)立，引線盡量短而直，輸入與輸出引線隔開(kāi)，并盡可能遠(yuǎn)離。單片機(jī)的控制線一般平行分組排列，盡可能做到平直、整齊和美觀。
  • 要經(jīng)常測(cè)試的地方，應(yīng)設(shè)置一些單獨(dú)的測(cè)試點(diǎn)，以便調(diào)試和維修。
    

第七章    測(cè)試結(jié)果分析改進(jìn)措施

    由于條件所限(缺少場(chǎng)強(qiáng)儀等儀器)我們所用的測(cè)試方法不是很完善,但測(cè)試結(jié)果從一定程度上反映了我們所設(shè)計(jì)的FM調(diào)頻收音機(jī)的功能,各頻點(diǎn)的靈敏度不同,我們分析可能是由于輸入帶通濾波器對(duì)不同頻率信號(hào)衰減的靈敏度不同，接收機(jī)鏡像抑制比高，我們分析認(rèn)為天線輸端的帶通濾波器起了很大的作用。

從本調(diào)頻收音機(jī)所采用的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能上看，還有可以改進(jìn)和完善的地方，如顯示采用LCD液晶顯示可提供漢字信息、增加時(shí)間顯示，功能鍵采用復(fù)合鍵以減少按鍵的數(shù)量，從整機(jī)供電，攜帶方便等角度考慮，整機(jī)應(yīng)采用更低的電源供電。

總的來(lái)看，本設(shè)計(jì)的接收性能達(dá)到了要求，有的已遠(yuǎn)超題目的要求，控制功能基本完善。

                       結(jié)   束   語(yǔ)

通過(guò)該課題的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我基本掌握了鎖相頻率合成技術(shù)的工作原理與應(yīng)用，了解了收音機(jī)的工作原理和高頻電路的測(cè)量、調(diào)試方法，使我掌握了應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的簡(jiǎn)單控制，了解有關(guān)的單片機(jī)程序編程編制的思路與方法。由于時(shí)間倉(cāng)促以及實(shí)驗(yàn)條件的不足，本設(shè)計(jì)尚待進(jìn)一步完善。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺(jué)從中鍛煉了能力，學(xué)到了知識(shí)，受益非淺。

在此，我衷心地感謝李杰老師給予的精心指導(dǎo)和細(xì)心解答，使我順利完成了本設(shè)計(jì)。

2、使用說(shuō)明

1）、 全搜鍵  即自動(dòng)全頻搜索鍵，按下該鍵后收音機(jī)自動(dòng)從88MHz開(kāi)始，以25KHz為步進(jìn)進(jìn)行搜索。當(dāng)搜索到電臺(tái)后自動(dòng)轉(zhuǎn)入收音狀態(tài)，此時(shí)按下“存儲(chǔ)”鍵，再輸入臺(tái)號(hào)，既可將此臺(tái)存入該號(hào)下。

2）、繼續(xù)搜索   若按下該鍵既可繼續(xù)向前以25KHz為步進(jìn)進(jìn)行搜索。

3）、指定頻率范圍搜索  按下該鍵后，數(shù)碼管自動(dòng)顯示“LP”提示輸入頻率范圍的最小值，輸完數(shù)值后，按下確定鍵，此時(shí)將顯示“HP”提示輸入頻率范圍的最大值，輸完數(shù)值后，按下確定鍵，則自動(dòng)地從輸入最小頻率點(diǎn)開(kāi)始，以25KHz為步進(jìn)進(jìn)行搜索，當(dāng)搜索到電臺(tái)后自動(dòng)轉(zhuǎn)入收音狀態(tài)。若輸入的頻率值不在本機(jī)所覆蓋的頻段88MHz ~ 108MHz內(nèi)或輸入的最大值小于輸入的最小值，則顯示“OP” 提示輸入錯(cuò)誤。

4）、手動(dòng)步進(jìn)數(shù)字調(diào)諧  以25KHz為步進(jìn)頻率，用“上升”，“下降”鍵調(diào)節(jié)。

5）、可存儲(chǔ)10電臺(tái)，當(dāng)按下數(shù)字鍵0~9時(shí)，可直接調(diào)出相應(yīng)的電臺(tái)。

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