1、 I 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 目的和意义 . 1 1.2 研究概况及发展趋势综述 . 1 1.3 本系统主要功能 . 3 第 2 章 总体方案论证与设计 . 4 2.1 主控模块的选型和论证 . 4 2.2 显示模块的选型和论证 . 4 2.3 时钟芯片的选型和论证 . 5 2.4 FM 接收模块的选型和论证 . 5 2.5 存储模块的选型和论证 . 6 2.6 功率放大模块的选型和论证 . 6 2.7 系统整 体设计概述 . 6 第 3 章 系统硬件电路设计 . 8 3.1 主控模块 . 8 3.1.1 STC89C54 单片机主要特性 . 8 3.1.2 STC89C54
2、 单片机的中断系统 . 11 3.1.3 单片机最小系统设计 . 12 3.2 LCD 液晶显示器简介 . 12 3.2.1 液晶原理介绍 . 12 3.2.2 液晶模块简介 . 13 3.2.3 液晶显示部分与 STC89C54 的接口 . 14 3.3 键盘模块设计 . 15 3.4 FM 接收模块设计 . 15 3.4.1 TEA5767 芯片介绍 . 15 3.4.2 FM 广播介绍 . 16 3.4.3 FM 模块电路设计 . 16 3.4.4 功率放大模块设计 . 21 3.5 时钟模块的设计 . 22 3.5.1 DS1302 概述 . 22 II 3.5.2 DS1302 内部
3、 RTC 和 RAM 地址分配 . 23 3.5.3 DS1302 时钟电路设 . 26 3.6 总体原理图与 PCB 图 . 26 第 4 章 系统软件设计 . 28 4.1 程序设计原理 . 28 4.2 系 统总体设计 . 28 第 5 章 总结 . 32 5.1 硬件调试 . 32 5.2 软件调试 . 34 5.3 心得体会 . 35 参考文献 . 36 致谢 . 37 附录 . 38 附录 1 系统整体原理图 . 38 附录 2 系统 PCB 设计图 . 38 附录 3 元件清单 . 39 附录 4 源程序 . 40 附录 5 外文文献翻译 . 69 附录 6 任务书 . 87 附
4、录 7 开题报告 . 88 III 摘要 信息传递在人类社会生活中占据重要的地位，人类的生活离不开通信。从古代的信鸽到近代的无线电，都是人们寻找远距离短时间的通讯手段。随着人类文明、社会的和科学的进步，通讯技术的发展一日千里。 虽然电视、手机、互联网等媒体和各种便携式娱乐设备已经遍布于到生活中，但传统的收音机在众多的娱乐方式中仍然占有 重要地位。随着信息化的普及，收音机逐渐数字化，集成化，而且成本越来越低，这使得很多多媒体中都附带有 FM 功能。传统的调频接收机存在电路体积大、调谐不方便、稳定性不良等弊端。鉴于上述问题，本设计提出一种基于单片机的数字调频接收机设计的方案。 本文所要论述的是通过
5、单片机来控制 TEA5767 芯片及驱动 LCD1602 实现 FM 收音并显示频率。本设计采用的是 TEA5767 芯片，它是由 PHILIPS 公司推出的针对低电压应用的单芯片数字调谐 FM 立体声收音机芯片。 TEA5767 芯片内集成了完整的 IF 频率选择和鉴频系统，只需很少 的低成本外围元件，就可实现 FM 收音机的全部功能。此外，系统还有利用 DS1302 芯片实现了一个时钟显示的功能 。 设有多个按键，用户可以通过按键设定实时的时间，可以设置成自动搜台模式或者播放存储电台 模式 ，系统最多可以存储 4 个台。由于 TEA5767 的输出功率不大不足以驱动扬声器，又加上功率放大模
6、块进行功率放大。 关键词： TEA5767；单片机； LCD1602； DS1302； IV Abstract Information is an important part of human social life, no traffic, human society would be unthinkable. From the ancient flames to semaphore, in modern times, is that people looking for a quick means of long distance communication.Along with hum
7、an civilization, social and scientific advances, telecommunication technologies rapidly fast development. Television, mobile phones, the Internet and other media, and a variety of portable entertainment devices have become common to every household, but traditional radio continues to occupy an impor
8、tant place in the rich entertainment medium. With the development of information technology, progressive digital radios, integration, and less costly, which makes a wide variety of devices embedded in the radio is more widespread. Traditional FM receiver circuit for bulky tuned inconvenient, poor st
9、ability and other defects. In order to solve the above problem, this design presents a digital FM receiver design based on single-chip solution. It will be described in this article by single-chip microcomputer to control the TEA5767 chip and drive LCD1602 FM radio and frequency is displayed. This d
10、esign uses the TEA5767 chip, which was introduced by the PHILIPS company for low voltage applications of the single chip digital tuning stereo FM radio chip. TEA5767 chip integrates a complete IF frequency-select and frequency systems, with little low-cost external components, you can realize all fu
11、nctions of the FM radio. In addition, high performance RF AGC circuits, its high receiver sensitivity, reference frequency selection and flexible. Users can be selected by pressing the search mode or play user-stored radio station. In addition, the system also has a clock chip DS1302 to achieve a di
12、splay function. There are more keys, the user can be set in real time by pressing the time can be set to Autoscan mode or playback stored radio stations, the system can store up to 4 channels. The TEA5767 output power is not sufficient to drive the speaker, coupled with the power amplifier power amp
13、lifier modules. Key words: TEA5767 SCM; LCD1602;DS1302; 第 1 页 第 1 章 绪论 1.1 目的和意义 收音机一直在人们的娱乐生活中占有非常重要的位置，从原来的老式晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播可以享受生活，这一直是人们喜欢的生活方式。现在，随着消费型电子的兴起并且繁荣和数字电子技术的发展，广大从事消费型电子设计的厂商都不忘记在诸如 MP3、便携式 Video、智能手机、播放器等产品中嵌入 FM 部分。本设计从实际出发设计一款收音效果好，简单便捷的多功能收音机。 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
14、，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、 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 STC89C54 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
15、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。 1.2 研究概况及发展趋势综述 收音机，由磁铁、电子、机械等构造而成，利用电能将电波信号转换为声音，是用来收听广播电台发射的电波信号的机器，又名无线电、广播等。 在 1844 年的时候，发明出来了电报，可以实现远地互相通讯，但还是必须依赖导线来连接。而收音机讯号的收、发就是无线电通讯。整个无线电通讯的发明史，是很多位科学家先后研究和发明的结果。在 1888 年，德国科学家赫兹，发现了无线电波的存在。在1895 年，俄罗斯物理 学家波波夫宣称在相距 600 码的两地，可以成功地收发无线电讯号。之后，年仅 21
16、 岁的马可尼，他是一个富裕的意大利地主的儿子，在他父亲的庄园土地内，用无线电波成功地进行了第一次发射。 1897 年波波夫用他制做的无线通讯设备，在海军巡洋舰上成功的与陆地上的站台进行通讯。 1901 年马可尼发射无线电波横越大西洋。 1906年加拿大发明家富森登第一次发射出电波声音，无线电广播就此开始。在同一年，美国人第 2 页 德弗雷斯特发明了真空电子管，这是真空管收音机的始祖。现在出现了改良的半导体收音机（原子粒收音机）、电晶体收音机。 1923 年 1 月 23 日，有美国人在上海创办中国无线电公司，播放广播节目，同时还出售收音机，以美国出品最多，种类有两个，一是矿石收音机，二是电子管
17、收音机。 1953 年，中国自主研制出第一台全国产化收音机（“红星牌”电子管收音机），并投放于市场。 1956年，又研制出中国第一只锗合金晶体管。 1958 年，我国第一部国产半导体收音机研制成功。1965 年，半导体收音机的产量超过了电子管收音机的产量。收音机市场发展的高峰时期是1980 年左右。 1982 年，出现了集成电路收音机和硅锗管混合线路和音频输出 OTL 电路的收音机。 1985 年至 1989 年，随着电视机和收音机的飞速发展，晶体管收音机销量则逐年下降，电子管收音机也趋于淘汰。收音机款式从大台式逐渐转向袖珍式。 1904 年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生。
18、这是人类第一只电子管的诞生，它标志着世界从此进入了电子时代。 电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。电子管是电子时代的鼻祖，电子管发明以后，使收音机的电路和接收性能发生了革命性的进步和完善。 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于 检波、放大、整流、开关、稳压、信号调制和许多其它功能（金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料最常见的便是锗和硅两种）。 1947 年 12 月 23
19、日，美国贝尔实验室诞生了世界第一块晶体管，这 是 20 世纪的一项重大发明 ，是微电子革命的先声 ,从此人类步入了飞速发展的电子时代。 晶体管收音机是一种小型的基于晶体管的无线电接收机。 1954 年 10 月 18 日，世界上第一台晶体管收音机投入市场 ，只包含 4 只锗晶体管。在晶体管出现以后，收音机才开始真正普及。 1958 年，我国第一部国产半导体收音机研制成功。 晶体管收音机以其耗电少，不需交流电源，小巧玲珑，使用方便等特点而赢得人民的喜爱，并且逐渐在市场上占据了主导地位，成为最普及和廉价的电子产品。 我国在 1982年，出现了集成电路收音机。 DSP 技术收音机，就是无线电模拟信号
20、由天线感应接收后，在同一块芯片里放大，然第 3 页 后转化为数字信号，再对数字信号进行处理，然后还原成模拟音频信号输出的新型收音机。DSP 技术的本质就是用 “ 软件无线电 ” 代替 “ 硬件无线电 ” ，它大大降低了收音机制造业的门槛。 美国芯科实验室在 2006 年首次研发出 DSP 技术收音机芯片，同一年，全球规模最大的收音机制造商深圳凯隆电子有限公司与美国芯科实验室合作，开发出世界上第一台 DSP收音机： KK-D48L。 2007 年，深圳凯隆电子有限公司在深圳与上海组建 DSP 技术研发实验室。 2009 年，完全具有自主知识产权的中、低端性能 DSP 收音机芯片诞生，从此， DS
21、P技术收音机开始普及。深圳凯隆电子有限公司也因此获得了国家级高新技术企业殊荣。 DSP 技术收音机的问世，标志着传统模拟收音机将逐渐退出历史舞台， 数字收音机的时代已经到来。 1.3 本系统主要功能 本系统 设计制作一个基于单片机的 FM 收音机。能实现以下几种功能： （ 1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。 （ 2）通过单片机采集 DS1302 的数据，并在液晶屏幕上显示实时的年月日时分秒星期，并可以通过按键设置时间，系统不供电的情况时钟芯片依然可以由后备纽扣供电，使其掉电时间保存。 （ 3）用户可以存储 4 个无线电台 。 （ 4）用户可以通过按键选择手动搜台
22、模式或者播放用户存储的电台。 第 4 页 第 2 章 总体方案论证与设计 根据所要实现的功能 划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、时钟模块、 FM 接收模块、存储模块、功率放大模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。 2.1 主控模块的选型和论证 方案一： 采用 MSP430 系列单片机，该单片机是 TI 公司 1996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。 方案二： 采用 51 系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的 8 位单
23、片机， 32 个 IO 口，且 STC 系 列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。 因此选用方案二中的 51 系列单片机作为主控芯片。 2.2 显示模块的选型和论证 方案一： 采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。 方案二： 采用 LED 数码管动态扫描， LED 数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164 移位寄存器进行移位， 该芯片在电路调试时往往有很多障碍
24、，所以不采用 LED 数码管作为显示。 第 5 页 方案三： 采用 LCD 液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个 LCD1602 的液晶屏即可，价格也还能接受，需要的接口线较多，但会给调试带来诸多方便。 所以本设计中方案三中的 LCD1602 液显示屏作为显示模块。 2.3 时钟芯片的选型和论证 方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时间计数。采用此种方案虽然可以减少时钟芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。 方案二： 采用 DS1302 时钟芯片实现时钟， DS1302 是美国 DALLAS 公司推出
25、的一种低功耗串行通信接口专用芯片，采用 3 线串行方式与单片机通信。片内有 31 字节的静态 RAM，能提供秒、分、时、日、月、星期及年等信息，可自动进行闰年补偿。时钟的运行采用 24H或带 AM 和 PM 的 12H 格式。与单片机通信仅需 3 根线。即复位线 RST、数据线 I/O 及串行时钟线 SCLK。数据可按单字节方式或多多字节方式传送。采用 32.768KHZ 晶振作为标准时钟。 因此本设计中采用方案二中的 DS1302 作为时钟模块。 2.4 FM 接 收模块的选型和论证 方案一： 选用传统的 LC 谐振电路进行无线信号的获取，通过改变谐振回路的参数值则可以改变选定的频率，不过这
26、种电路的缺点明显，改变谐振回路的电容和电感的参数值不太便利。 方案二： 选用集成收音机芯片 TEA5767 作为 FM 接收 模块的芯片， TEA5767 内置了 主频 高达75MHZ 的 数字信号处理器 ，实现 384KBPS/48KHZ 的 MD 级高品质 MP3 音乐文件回放，第 6 页 加上拥有一般 MP3 播放器难以企及的高保真回放线路（信噪比高达 95DB， THD 总谐波失真率 (0.05%)同时非常省电。 而且控制便利，只用单片机通过时序控制则能实现选台的功能。 因此本设计采用方案二中的 TEA5767 作为 FM 接收模块。 2.5 存储模块的选型和论证 由于系统需要存储电台
27、的频率，因此整个系统需要一个数字存储芯片进行电台存储。这里选用 24C02 芯片作为存储模块 24C02 是一 种采用 CMOS 工艺制成的串行电擦除可编程只读存储器。它 是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议， 两根数据线 SDA 和 SCL 是双向数据线。 由于其具有接口方便，体积小， 掉电不丢失数据 等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中 应用广泛 。 2.6 功率放大模块的选型和论证 方案一： 利用三极管做一个分立的功率放大器，优点是成本低廉，但是分立元件搭建的电路一般调试麻烦，而且元件较多，因此为了调试方便不适合使用分立元件进行搭建。 方案二： 使用集成芯片 LM386，该芯片是一种音频集成 功放 ，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。 因此本设计采用方案二中的 LM386 芯片 作为功率放大模块的芯片。 2.7 系统整体设计概述 本设计主要采用 MCS-51 系列单片机作为主控芯片完成收音机的选台，存储台，液晶显示等功能。系统结构图如图 2-1 所 示。
