毕业设计数字调频收音机的设计

最新推荐文章于 2023-11-18 11:45:51 发布

汪老师单片机

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分类专栏： 32单片机 51单片机文章标签：课程设计 51单片机嵌入式硬件单片机 python java php

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序
🔥 毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。
为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是：数字调频收音机的设计

第一章硬件系统

1.1 接收机电路

采用了本课题提供的CXA1019S芯片及其外围典型应用电路。从天线输入的信号经88MHZ—108MHZ带通滤波器滤波送入CXA1019S进行高频放大、混频、中频放大、鉴频处理，解调出音频信号。此电路是在CXA1019S典型应用电路的基础上去掉AM部分，如图1所示：

图1

由天线将高频信号经BPF滤波器送到CXA1019S芯片的13脚（FM高频输入），在芯片内部进行高频放大，放大后的信号由接在10脚的L1、C6、C5和VD1选频，通过改变变容二极管VD1的反向偏置电压，来改变变容二极管的电容量，以达到频率调谐的目的；接在8脚的L2、C7、C8和VD2组成FM本振选频网络，同样是通过调节变容二极管VD2的反向偏置电压来改变本振频率的；选频后的调频电台信号在芯片内部混频，混频后的10.7MHZ调谐信号在15脚输出，通过R1（330）电阻送到CF（10.7MHZ陶瓷滤波器），经其选频后送到芯片的18脚进行FM中频放大。放大后的FM信号在其内部进行鉴频，鉴频网络接在3脚的DICF两端的陶瓷带通滤波器（10.7MHZ）上，鉴频后的音频信号由24脚输出，经电容E4直接耦合到25脚。通过内部的音频功率放大最后由28脚送出给扬声器。对于音量的控制是通过音量电位器的滑动来控制的，当电位器滑动端改变时，直流电压随之改变，从而达到控制音量的目的。相关的理论计算如下：

（1）、波段覆盖系数的计算

88MHz~108MHz频率,高端频率fmax=108MHz,低端频率为fmin=88MHz,

1.2 数字锁相环路部分

这一部分既是设计的重点也是设计的难点，我们利用锁相环路法来构成数字式频率合成器，应用锁相频率合成器芯片BU2614内部的数字逻辑电路把VCO频率一次或多次降频至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，所产生的误差信号用来控制VCO的频率，使之锁定在芯片内参考频率的稳定度上。

（1） BU2614及外围电路的分析

BU2614 PLL频率合成芯片工作于FM波段，具有低发射的噪声，低能耗的特点，并内建有高灵敏度RF放大器，支持IF计数功能。BU2614的应用为调谐器（小型元件，盒式收音机，收音设备等），特性为：

1）内建高速预置可分频130MHZ压控振荡器。

2）75KHZ参考晶振可保证低发射噪声。

3）低电流消耗，（操作时4MA，PLL关闭时100MA）。

4）提供以下7种步进频率25KHZ、12.5KHZ、6.25KHZ 、3.125KHZ、5.3KHZ.

5）部频率测量计数器。

6）解锁检测。

7）三个输出口（漏极开路）

8）串行数据输入（CE、CLK、DA）

原理框图如图2：

图2

围电路控制。该方案的显著优点是频率稳定度高,当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率重新稳定。通过对可编程分频系数进行预置和步进，可以在好的环路性能下实现电台的程控搜索。BU2614锁相频率合成芯片工作于FM波段，具有低噪声，低能耗的特点，并且内部带有高灵敏度RF放大器，支持IF计数功能。电路如图3所示：

图3

BU2614的外围电路工作原理：5脚接收单片机的串行数据，该数据为12脚反馈频率FMOSC提供分频系数N，内部标准频率由串行数据位中的R0，R1，R2的不同取值确定。本设计选择R0为“1”R1为“1”，R2“1”，标准频率为25KHZ与频率FMOSC/N比较，在PD输出相位比较信号，根据PD输出端的不同状态，从低通滤波器得到相应的直流电压，该电压加在CXA1019S收音机回路的调谐和本振回路中的变容二极管上，使得调谐频率和本振频率的改变与天线BPF接出的载波信号谐振收到电台，实现电调谐功能。而本振频率通过电容耦合反馈到BU2614中使得频率锁定。

（2）锁相环的组成及工作原理

此环路是一个相位的负反馈控制系统。它是由鉴相器PD、环路滤波器（LF）、电压控制振荡器（VCO）和程序分频器（N）四个基本

部件组成。如图4所示：

图4

当压控振荡器的频率f0由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位变化。这相位变化鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位(对应于频率fr)相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压Vd(t)，经过低通滤波器，取出其中缓慢变动的直流分量V0(t)。V0(t)用来控制压控振荡器中的压控元件数值（变容二极管的电容量），而这压控元件又是VCO振荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将VCO的输出频率fv又拉回到稳定值上来。这样，VCO的输出频率稳定度即由参考晶体振荡器所决定，这时环路处于锁定状态。

A 、鉴相器PD

鉴相器是锁相环路中的关键部件。它的形式很多，但在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种，由于脉冲取样保持相位比较器输出波纹电压小，相位比较范围在360。，因此在数字式锁相环路中常采用脉冲取样保持相位比较器做鉴相器，其作用是：用来比较输入信号电压和输出信号电压的相位，产生与两信号之间相位差成比例的电压Vd(t)≈Kd(θv-θ r)。

BU2614通过外接晶振产生75KHz的参考频率送至鉴相器，而反馈的VC（FM本振频率）经过分频器后也送至鉴相器进行比较产生一个与相位差成比例的电压送至LF环节。

B、环路滤波器

环路滤波器，即低通滤波器，常用的形式有：RC滤波器、无源比例积分滤波器、有源比例积分滤波器。其作用是：用来滤除鉴相器输出电压中的无用组合频率分量及其它干扰分量，以保证环路所要求的性能，并提高环路的稳定性。

本设计采用RC滤波器（其电路如图5所示）。

图5

RC滤波器的输出经Q2放大后由VD端输出加至调谐回路和本振回路的变容二极管上。环路滤波器的输出波形如图6：

图6

采用RC滤波器的优点是结构简单、性能稳定、调试方便。根据题目要求为了保证搜索到所有电台，标准频率fr设定为25KHz，本振输出频率fo为98.7 ~ 118.7MHz，可采用分频方式，环路的可编程分频器的分频比N由下式计算可得：

N=fo/fr

BU2614分频比变化范围为：

C 、压控振荡器(VCO)

压控振荡器就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件，压控元件一般都是用变容二极管，它的电容量受到输入电压vc(t)的控制。vc变化时，即引起振荡频率ωv变化。在一定范围内，ωv与vc之间是线性关系。在线性范围内，这一线性曲线可用下列方程表示：

ωv(t)= ω0 + KV vc(t)

在本设计中通过低通滤波器输出的直流电压控制调谐和本振的变容二极管使得调谐频率和本振频率相应的变化。变压二极管是一个PN结电容变化范围较大的晶体二极管，变容二极管工作时，两端加一个反向偏压VD；VD变化其等效电容CD也随之变化。UD增加时，CD减小；UD减小时，CD增加，VD与CD 的关系为

1.3 显示电路

该部分设计采用了MAX7219串行显示控制芯片，代替常规的非门驱动芯片，如74LS00，大大的简化了显示电路，实现了以最少器件、最小功耗、在最短时间内提高电路的稳定性的要求。MAX7219是串行接口8位数字静态显示芯片，功能齐全，占用系统资源少，只使图-10

用了AT89C52的P3.3、P3.4、P3.5三个口。电路如图7所示。

图7

1.4 键盘电路

对于功能键的设计，我们采用了查询的方式，即将单片机89C52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8所示。

图8

1.5 掉电数据存储电路

由于串行EEPROM 93C46具有在线擦写功能，因此本设计用它来存储电台数据，使重新开机时所有存储的电台能被调出。93C46是64*16（1024）位串行存取的电擦除可编程只读存储器，具有在线改写数据和自动擦除功能；无论电源开或关，数据不丢失；其与单片机的连接如图10，主要通过端口CS、SK、DI和DE来进行通信完成。其中CS为片选线，输入高电平有效。当CS=1时，可对芯片读写。加于CS端信号的下降沿启动片内定时电路开始擦写操作。SK为串行数据输入或输出的外加触发时钟信号输入，输入时钟频率为0~250KHZ。DI为串行数据输入端。DE为串行数据输出端，读写操作时，OUT可用作擦写状态指示相当于READY/BUSY信号，其它状态时OUT处于高阻态。BPE接高电平时片擦片写指令有效。

第二章软件系统

2.1 主程序

本设计功能键采用查询方式，数字键采用动态扫描方式。在收音机开机后，首先把上次关机时的电台调出来，并把上次关机前的各个台号存储的电台频率数据还原。然后开始动态扫描各个数字键，判断是否直接调用已存好的电台。如果有数字键按下，则调用已存在该键下的电台，并显示该电台频率。如果没有数字键按下则转入判断功能键。当有功能键按下时，则执行相应的功能。若没有功能键按下，则存储当前电台数据后再返回继续进行循环扫描。主程序流程图如图所示

2.2 功能键查询程序

根据设计要求，安排了六个功能键：全频搜索键、继续搜索键、指定频率范围搜索键、向上步进键、向下步进和存储键。当程序执行到功能键查询时，如果有键按下则转入各个功能键。全频搜索执行后，收音机将从88MHZ开始以25KHZ为步进向上搜索，如果没有锁台信号，则收音机将一直搜索到108MHZ才跳出。当有锁台信号时，将停留在该台上。继续搜索程序是从当前频率开始以，向上开始搜索，如果没有锁台信号，则收音机将一直搜索到108MHZ才跳出。当有锁台信号时，将停留在该台上。指定频率范围搜索程序是当按下该键后，数码管自动显示“LP ”提示输入频率范围的最小值，输完数值后，按下确定键，此时将显示“HP ”提示输入频率范围的最大值，输完数值后，按下确定键，则自动地从输入最小频率点开始，以25KHz为步进进行搜索，当搜索到电台后自动转入收音状态。若输入的频率值不在本机所覆盖的频段88MHz ~ 108MHz内或输入的最大值小于输入的最小值，则显示“OP ” 提示输入错误。向上步进、向下步进程序是以25KHZ为步进进行的手动搜索。存台程序是按下该键后调用动态扫描键程序，然后按下数字键得到键号，将相应的频率存入相应的存储单元。这部分的程序流程图见附图1。

2.3 掉电数据存储程序

这部分主要包括：（1）每次开机时将93C46中存储的数据读到相应的位置。（2）每运行一次主程序中的循环扫描和功能查询后，将当前值和存台数据写入93C46芯片中。这两部分程序分别如下：

（1）、从93C46中读取数据的程序

LCALL INSB ;读取上一次关机前的数值

MOV A,#80H

ORL A,#80H

LCALL WRI ;调写指令

NOP

LCALL RDI ;读写31H中的数据

MOV 31H,A

LCALL RDI

MOV 2FH,A ;读写2FH中的数据