数字调谐器原理及维修(综合版).doc

1、 1 数字调谐器原理及维修 2009-12-06 15:02:51| 分类： 默认分类 | 标签： |字号 大 中 小 订阅 我摘录的文章的出处是在电子报 92 年合订本， TU-3030 型石英晶体锁相环数字调谐器原理及维修。选用其中的 锁相环路 ：锁相环 路是数字调谐系统的重要组成部分。本机的锁相环路主要由 IC4（ TC9172P）， 7.2MHZ 高稳石英晶体振荡器 ,参考频率分频器 ,环路滤波器及压控本机振荡器组成 ,其原理方块图如图 ,这个是没有出来工作以前学习的。 在 TC9172P 中 ,包含有预分频器 ,可编程分频器 ,相位比较器 ,数据锁存器以及相应的控制电路 .锁相环的参

2、考频率是由 IC5(TC9303AN)产生 .IC5 的 40,41 脚两脚之间外接的 7.2MHZ石英晶体振荡器及电容器 C93,C94与内部电路组成的振荡频率为 7.2MHZ的高稳定度振荡电路 .7.2MHZ 的振荡频率经过 IC5 内部的可变参考频率分频器分频后 ,获得 FM 和 AM 波段所需要的参考频率 fr,并从 37 脚输出后送入 IC4 的 2 脚面进入相位比较器 .同时 7.2MHZ的振荡信号在 IC5 内部分频后还作为控制系统所需要计数脉冲使用 .环路滤波器由场效应管 FT2,晶体三极管 Q6 其外接元件组成 .其它略 . 92 合订本 220 面 ,介绍的 星河 XH-9

3、90 系列高级组合音响的电路原理，特点与维修 数字调谐器采用锁相环频率合成系统，可获得稳定，准确的调谐特性。 由压控振荡器（用变容二极管构成的本振电路）产生的频率为 fo 的振荡信号，经可变分频 N 变成 fo/N 后，输入鉴相器中与基准频率相 比较，它所输出误差电压 Vp，再经协定低通滤波和真流放大后，变为调谐电压信 VT，并返回去控制压控振荡器的振荡频率 fo，从而形成锁相环路，这是个负反馈式的锁相环路， fo 当偏高， fo/N fr 时， VTfofo/N，直到 fo/N=fr 为止；当 fo 偏低，使用 fo/N fr 时， VTfofo/N，直到 fo/N=fr 为止。所以，在锁相

4、环路中， fo/N=fr 总能成立。这等式说明： 1，当 N 为某定值时，由于基准频率fr 来自晶振电路，因而极为稳定，就能得到同样稳定的 fo。 2，不同的 N 值，对应不同的 fo，改变 N 值（ N 值由 CPU 按制），就能改变 fo。将调谐电压 VT 同时加到接收调谐回路，使其谐振频率与 fo 同步变化。其它文章略。 2 数字式调频收音机设计 1 引言 作为收音机重要组成部分的调谐电路和本振电路一直采用传统的电容、电感手动调台方式。近年来，随着无线电通讯技术的迅速发展，锁相环和频率合成技术在各个领域得到了广泛的应用。由于锁相环具有跟踪特性、窄带滤波特性和锁定状态无剩余频差存在，因此在

5、频率合成技术中采用锁相环路可以产生频率正确度很高的振荡信号源。利用 这种振荡信号源产生的频率作为收音机电路的调谐频率和本振频率可以实现数字化收音。利用单片机控制锁相环路中的分频数就可以改变振荡信号源的输出频率，以达到调台的目的。设计要求主要有： (1)接收 FM 信号的频率范围为 88-108MHz； (2)调制信号的频率范围为 100-15000Hz，最大频偏 75kHz； (3)最大不失真输出功率 )100mW(负载阻抗 8n)； (4)接收机灵敏度 1mW ； (5)镜像抑制性能优于 20dB； (6)能实现数字化的自动搜台、手动调台、存台和频率显示等功能。 2 设计方案 采用专用的芯片

6、可以使整个系统体积小、重量轻、可靠性好、灵敏度高、功耗低。 2.1 整机电路方案 设计中高放、混频、中放、解调等电路采用 CXA1019S；自动调谐、程控搜索、电台载频显示等功能由锁相频率合成器芯片 BU2614， MCS-51 系列单片机及相应的外围电路配合完成。通过 BU2614 的串行口与单片机通讯来改变分频比，用 BU2614 内部的分频器和鉴频鉴相器，与 CXAl019S 的本振 VCO 构成数控锁相环，通过改变分频比改变接收的频点。选台和频率显示、存台等由单片机 AT89C52 和 MAX7219， 93C46 芯片配合完成，系统框图如图所示 1。 3 2 2 各部分电路的设计 (

7、1)收音单元。目前市场上收音机的集成芯片很多， CXAl019S 用于便携式收音机及头盔式收音机，其接收灵敏度高、镜像抑制性能好、外围元件少且输出功率大。 FM 时 Vcc： 5V，工作电流为 5 3mA；在 Vcc=6V、 RL-8 时，输出功率为 500mW。收音单元电路如图 2。 (2)锁相频率合成单元。这一部分既是设计的重点也是难点， FM 调频收音机的接收频率范围是 88-108MHz，因此所选用的频率合成器芯片最高频率须达到 110MHz 才能满足要求。 ROHM公司生产的锁相频率合成调谐集成芯片 BU2614 最高频率可达到 130MHz，完全满足要求 ，另外该芯片内带有高灵敏度

8、的 RF 放大器，支持 IP 计数功能。利用锁相环路法构成数字式频率合成器，应用 BU2614 内部的数字逻辑电路把压控振荡器 VCO 频率一次或多次降频至鉴相器4 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。 BU2614 应用电路如图 3 所示。 为了按要求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 为 N=fofr BU2614 分频比变化范围为 VCO 为本振压控振荡器，实际测得的 VCO 增益为 5

9、BU2614 的外围电路工作原理： 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 的取值确定。该设计选择R0,R1,R2 均为 “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 输出真个不同状态，从低通滤波器得到相应的直流电压 ，该电压加在 CX-A1019S 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输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。 (3)显示单元

10、。常用的显示接口电路多由 8155， 8279 等芯片构成，由于这些芯片与单片机连接时需占用 P0， P2 口，且动态扫描方式占用单片机内部系统资源比较大。为简化单片机的外围电路，用 MAX7219 构成一个 6 位静态显示模块，它只需占用 AT89C52 的 3 个口线，即可完成显示功能。 (4)键盘电 路。由于本设计中使用的按键较多，因而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，这样既可减少扫描占用的时间，又可以简化程序。 (5)关机数据存储单元。根据设计要求，该机具有掉电后能够保存所存储电台的功能。目前市场上并行 EEPROM 类型很多如 27

11、64A， 2864A 等，体积大且无关电保存数据功能。而串行EEPROM 体积小、价廉、电路连接简单，如 93C46 是电擦除可编程只读存储器，具有在线擦除和改写数据功能，能满足关电保存数据的要求。另外采用串行的形式，能节省单片机的口资源。 (6)程序运行监视单元。为加强程序运行的可靠行，需要对程序的运行状况进行监视，以防止程序弹飞到一个临时构成的死循环中，导致整个系统完全瘫痪。因此有必要在电路中设置看门狗电路 (WATCHDOG 电路 )。现在常用的看门狗电路既有硬件构成的，也有纯软件构成的，但纯软件的 WATCHDOG 系统需要设置高级中断子程序，占用较多的单片机内部资源，必将影响整机的运

12、行速度。硬件构成的 WATCHDOG 系统的硬件部分完全独立于 CPU，可靠性大大进步。 6 (7)电源单元。由于 BU2614， CXAl019S 以及单片机系统需要 5V 电源电压，而变容二极管需要 9V 以上的电压，若采用单电源 +5V 供电，则必须采用 DC-DC 模块升压得到 +12V 电压。 3 软件系统设计 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，判定是否直接调用已存好的电台。假如有数字键按下，则调用已存在该键下的电台，并显示该电台频率。假如没有数字键按下则转进判定功能键。当有功能键按下时，则执行相

13、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 4 所示。 4 测试结果分析改进措施 设计制作完成后，对整机进行了测试，结果完全达到了预想的要求，可实现全频段范围搜索、选择存储电台，在特定范围搜索选择存储电台，调用已存储的任意电台，载波频率显示等功能，接收机镜像抑制比极高，但也存在着各频点灵敏度略有不同的题目，经调整天线输进真个带通滤波器及相关电路，效果有较 大改善。 从本调频收音机所采用的器件来实现的功能上看，还有可以改进和完善的地方，如显示采用LCD 液晶显示可提供汉字信息、增加时间显示，功能键采用复合键以减少按键的数目；从整机供电、携带方便等角度考虑，整机应采用更低的电源供电。 总的来看，该设计的接收性能达到了要求，有的已远超过设计要求，控制功能基本完善。 7 8 9 10