单片机AT89C52的FM收音机设计

1单片机AT89C52的FM收音机设计1.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TEA5767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。2.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（FMRadio）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、AGC（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。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）：2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。（2）无线FM模块。无线模块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。（3）电源模块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。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TEA5767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。设计既要实现数字FM收音机的基本功能，又要尽量做到简单廉价，综合考虑各项因素，控制模块无线FM模块电源模块功放模块3以上设计方案是可行的。3.单片机简介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）图（2）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。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，STC89C52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。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。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash。P0~P3口结构，第一功能、第二功能请参考数据手册（STC89C52数据手册下载地址）。4.FM芯片简介44.1TEA5767芯片简介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功能都集成到一个不足6*6平方米的用HVQFN40封装的小方块中。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，(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60~90mV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。图（3）TEA5767芯片引脚分布管脚定义管脚定义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210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514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空脚表（1）TEA5767管脚定义图（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6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(VCO)和VCCD=5V）。4.2TEA5767寄存器描述吃透芯片的寄存器是编好程序的关键。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。（1）芯片寄存器地址的格式如下：R/W=0为读模式；R/W=1为写模式（2）写模式下5个数据字节的格式及各位的描述。①数据字节1a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）MUTESMPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8表（2）数据字节1字节格式b）位描述位号符号描述7MUTE如果MUTE=1，则左右声道被静音；MUTE=0，左右声道正常工作。6SM如果SM=1，则处于搜索模式；SM=0，不处于搜索模式。5到0PLL[13：8]设定用于搜索和预设的可编程频率合成器。表（3）数据字节1位描述②数据字节2a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）PLL7PLL6PLL5PLL4PLL3PLL2PLL1PLL0表（4）数据字节2字节格式7b）位描述位号符号描述7到0PLL[7：0]设定用于搜索和预设的可编程频率合成器。表（5）数据字节2位描述③数据字节3a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）SUDSSL1SSL0HLSIMSMLMRSWP1表（6）数据字节3字节格式b）位描述位号符号描述7SUDSUD=1，增加频率搜索；SUD=0，减小频率搜索。6和5SLL[1：0]搜索停止标准：见下表1。4HLSI高/低充电电流切换：HLSI=1，高充电电流；HLSI=0，低充电电流。3MS立体声/单声道：MS=1，单声道；MS=0，立体声。2ML左声道静音：ML=1，左声道静音并置立体声，ML=0，左声道正常。1MR右声道静音：MR=1，右声道静音并置立体声，MR=0，右声道正常。0SWP1软件可编程端口1：SWP1=1，端口1高电平；SWP1=0，端口1低电平。表（7）数据字节3位描述注：搜索停止标准设定SSL1SSL2搜索停止标准00在搜索模式下禁止01低：ADC输出大小为510中：ADC输出大小为711高：ADC输出大小为10表（8）搜索停止标准④数据字节4a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）SWP2STBYBLXTALSMUTEHCCSNCSI表（9）数据字节4字节格式b）位描述位号符号描述7SWP2软件可编程端口2：SWP2=1，端口2高电平；SWP2=0，端口2低电平。86STBY等待：STBY=1，处于待机模式，STBY=0，退出待机模式。5BL波段制式：BL=1，日本调频制式；BL=0，美国/欧洲调频制式。4XTAL如果XTAL=1，那么fxtal=32.768KHz；如果XTAL=0，那么fxtal=13MHz。3SMUTE软件静音：SMUTE=1，软静音打开；SMUTE=0，软静音关闭。2HCC白电平切割：HCC=1，高电平切割打开，HCC=0，高电平切割关闭。1SNC立体声噪声去除：如果SNC=1，立体声消噪除打开，如果SNC=0，立体声消噪除关闭。0SI搜索标志位：SI=1，SWPORT1输出准备好信号；SI=0，SWPORT1作为软件可编程端口1用。表（10）数据字节4位描述⑤数据字节5a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）PLLREFDTC------------------------------------表（11）数据字节5字节格式b）位描述位号符号描述7PLLREF若PLLREF=1，6.5MHz的锁相环参考频率启用；若PLLREF=0，6.5MHz的锁相环参考频率关闭。6DTC若DTC=1，去加重时间常数为75us；若DTC=0，去加重时间常数为50us。5到0------未用，状态不必考虑。表（12）数据字节5位描述（3）写模式下5个数据字节的格式及各位的描述。①数据字节1a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）RFBLFPLL13PLL12PLL11PLL10PLL9PLL8表（13）数据字节1字节格式b）位描述位号符号描述97RF准备好标志：RF=1，有一个频道被搜到或者一个制式已经符合；RF=0，没有频道被搜到。6BLF波段制式：BLF=1，一个制式已经符合；BLF=0，没有制式已经符合。5到0PLL[13：8]用于搜索和预设后的可编程频率合成器设定结果。表（14）数据字节1位描述②数据字节2a）字节格式位7（高位）位6位5位4位3位2位1位0（低位）PLL7