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基于单片机的多功能收音机的设计与实现.doc

发布时间：2022-06-21 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.53M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    毕业设计说明书
    电子与信息工程系
    基于单片机的多功能收音机的设计与实现
    第一章概述
    1.1收音机的简介及发展史
    1.2收音机的分类
    1.3收音机的基本原理
    第二章 多功能收音机的总体设计
    2.1 设计收音机的功能介绍
    2.2 总体设计思路
    2.3芯片的选择
    第三章 收音机的硬件设计原理
    3.1收音机的单片机模块功能设计
    3.2 收音机的FM收音模块设计
    3.2.1 TEA5767芯片介绍
    3.2.2 I2C总线协议介绍
    3.3收音机的显示模块设计
    3.4收音机的功放模块设计
    3.5 串口转USB功能设计
    3.5.1 PL2302原理简介
    3.5.2 MAX323原理简介
    3.6 电源模块设计
    第四章 软件设计
    4.1编程语言选择
    4.2 软件总体设计结构
    4.3 收音机频率调节模块软件设计
    4.3.1 频率计算软件设计
    4.3.2 自动搜台软件设计
    4.3.3手动搜台软件设计
    4.4 I2C总线控制模块软件设计
    4.5 LED显示模块软件设计
    4.6 成果展示
    第五章 总结
    致 谢
    参考文献
    附 录
    附录1. 电路设计总原理图
    附录2. TEA5767芯片管脚定义及内部结构原理
    附录3. 软件设计总程序
    学 号 09700113 毕业设计说明书 基于单片机的多功能收音机的设计与实现 学 生 姓 名 李 炯 专 业 名 称 电子与信息工程系 指 导 教 师 电子与信息工程系 2013 年 6 月 16 日
    基于单片机的多功能收音机的设计与实现 Microcontroller-based multi-function design and implementation of radio
    摘 要 单片机自从 20 世纪 70 年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重 视和关注，因此应用很广泛，发展很快。单片机的特点是体积非常小、集成度很 高、重量轻、抗干扰的能力强，对环境的要求不高，价格还算低廉，可靠性比较 高，灵活性好，开发较容易。正是因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域 很广泛，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已经被广泛地应用在工业自 动化控制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、 尖端武器等各个方面。我们可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。更 重要的意义是对单片机的应用可以改变控制系统传统的设计思想和方法。在以前 采用的硬件电路实现的大部分控制功能，正在利用单片机通过软件方法来实现。 这种以软件结合硬件或者取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技 术。例如，本文所要论述的通过单片机来控制 TEA5767 芯片及驱动 LED 数码管实 现 FM 收音并显示频率。现在人们通常使用的收音机为手动调频收台，使用较为 麻烦，且由于接收灵敏度不高，所接收的频段范围较小。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。另外，它具有高性能的 RF AGC 电路，其接收灵敏度高、参考频率选择灵活、可实现自动搜台。 关键字：单片机；TEA5767；LED 八段数码管
    目 录 第一章述 ....................................................... 1 1.1 收音机的简介及发展史 ........................................ 1 1.2 收音机的分类 ................................................ 3 1.3 收音机的基本原理 ............................................ 3 第二章 多功能收音机的总体设计 .................................. 5 2.1 设计收音机的功能介绍 ........................................5 2.2 总体设计思路 ................................................5 2.3 芯片的选择 .................................................. 6 第三章 收音机的硬件设计原理 .................................... 8 3.1 收音机的单片机模块功能设计 ..................................8 3.2 收音机的 FM 收音模块设计 ....................................11 3.2.1 TEA5767 芯片介绍 ......................................11 3.2.2 I2C 总线协议介绍 ...................................... 13 3.3 收音机的显示模块设计 ....................................... 15 3.4 收音机的功放模块设计 ....................................... 17 3.5 串口转 USB 功能设计 .........................................18 3.5.1 PL2302 原理简介 .......................................18 3.5.2 MAX323 原理简介 .......................................20 3.6 电源模块设计 ...............................................22 第四章 软件设计 ............................................... 24 4.1 编程语言选择 ............................................... 24 4.2 软件总体设计结构 ...........................................24 4.3 收音机频率调节模块软件设计 .................................26 4.3.1 频率计算软件设计 ..................................... 26 4.3.2 自动搜台软件设计 ..................................... 27 4.3.3 手动搜台软件设计 ..................................... 29 4.4 I2C 总线控制模块软件设计 ....................................31 4.5 LED 显示模块软件设计 ....................................... 32 4.6 成果展示 ...................................................34 第五章 总结 ................................................... 36 致 谢 ......................................................... 37 参考文献 ...................................................... 38 附 录 ......................................................... 40
    附录 1. 电路设计总原理图 ....................................... 40 附录 2. TEA5767 芯片管脚定义及内部结构原理 ......................41 附录 3. 软件设计总程序 ......................................... 45
    第一章 概述 第一章 概述 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。 1.1 收音机的简介及发展史 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 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 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。这是人类 1
    第一章 概述 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 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。我国在上世纪 50 年代末也开始研制晶体管收音 机，并在 70 年代形成生产高潮。德国根德，日本索尼，荷兰菲利普和国产的红 灯、牡丹、熊猫等著名品牌的老收音机，就是这段历史的佐证。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。 集成电路就是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的 晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起，作为一个具有一定电路功能的器件 来使用的电子元件。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长， 可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。本质上，集成电路是 最先进的晶体管，集成电路使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈 进了一大步。用集成电路来装配电子设备，它的装配密度比晶体管可提高几十倍 至几千倍，可大大提高设备的稳定工作时间。 DSP 技术收音机，就是无线电模拟信号由天线感应接收后，在同一块芯片里 放大，然后转化为数字信号，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 2
    第一章 概述 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，DSP 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。 1.2 收音机的分类 从体积大小上可以分为分为袖珍型、台式、便携式收音机等。 从波段上可以基本分为短波与调频二波段收音机、调频与中波二波段收音 机、短波与中波二波段收音机、3-4 多波段收音机、5- 14 多波段收音机、全波 段。目前市场上的收音机单波段、二波段收音机较少，融调频、中波与短波为一 体的多波段收音机较多。 从功能上基本可以分为传统机械指针式收音机、非存储模拟调谐数显收音 机、能存储电台频率的 PLL 合成、DSP 电子数调机。 从生产基地上可以分为进口机与国产机。 从发烧程度上基本可以分为普及机与发烧机。如 BCL 收音机。 从价格和性能可分为：低档类收音机、中档类收音机、高档类收音机。 1.3 收音机的基本原理 收音机的基本原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音 频信号，送到喇叭或耳机变成音波。 由于科技进步，天空出现了很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全 部接收下来，音频信号就会像处于闹市之中一样，许多的声音会混杂在一起，结 果什么也听不清了。为了能选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电 路，它的作用是把所需的信号挑选出来，并且能把不要的信号“滤掉”，避免产 生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。 选择性电路的输出 是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机是不行的，还必须要把它 恢复成原来的音频信号，这种还原电路被称为解调，把解调的音频信号送到耳机， 就可以实现收音功能，听到广播节目。 我们把最简单收音机称之为直接检波机，但是从接收天线得到的高频无线电 信号一般非常微弱，直接把它送到检波器不合适，最好的方法就是在选择电路和 检波器之间插入一个高频放大器，音频信号将被放大。即使已经增加了高频放大 器，通常检波输出的功率也只有几毫瓦，用耳机听还行，但要用扬声器听还是太 3
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