|
1 引言 作為收音機重要組成部分的調諧電路和本振電路一直采用傳統的電容、電感手動調臺方式。近年來，隨著無線電通信技術的迅速發展，鎖相環和頻率合成技術在各個領域得到了廣泛的應用。由于鎖相環具有跟蹤特性、窄帶濾波特性和鎖定狀態無剩余頻差存在，因此在頻率合成技術中采用鎖相環路可以產生頻率準確度很高的振蕩信號源。利用這種振蕩信號源產生的頻率作為收音機電路的調諧頻率和本振頻率可以實現數字化收音。利用單片機控制鎖相環路中的分頻數就可以改變振蕩信號源的輸出頻率，以達到調臺的目的。設計要求主要有： (1)接收FM信號的頻率范圍為88-108MHz； (2)調制信號的頻率范圍為100-15000Hz，最大頻偏75kHz； (3)最大不失真輸出功率)100mW(負載阻抗8n)； (4)接收機靈敏度≤1mW； (5)鏡像抑制性能優于20dB； (6)能實現數字化的自動搜臺、手動調臺、存臺和頻率顯示等功能。 2 設計方案 采用專用的芯片可以使整個系統體積小、重量輕、可靠性好、靈敏度高、功耗低。 2.1整機電路方案 設計中高放、混頻、中放、解調等電路采用CXA1019S；自動調諧、程控搜索、電臺載頻顯示等功能由鎖相頻率合成器芯片BU2614，MCS-51系列單片機及相應的外圍電路配合完成。通過BU2614的串行口與單片機通信來改變分頻比，用BU2614內部的分頻器和鑒頻鑒相器，與CXAl019S的本振VCO構成數控鎖相環，通過改變分頻比改變接收的頻點。選臺和頻率顯示、存臺等由單片機AT89C52和MAX7219，93C46芯片配合完成，系統框圖如圖所示1。 2．2各部分電路的設計 (1)收音單元。目前市場上收音機的集成芯片很多，CXAl019S用于便攜式收音機及頭盔式收音機，其接收靈敏度高、鏡像抑制性能好、外圍元件少且輸出功率大。FM時Vcc：5V，工作電流為5．3mA；在Vcc=6V、RL-8Ω時，輸出功率為500mW。收音單元電路如圖2。 (2)鎖相頻率合成單元。這一部分既是設計的重點也是難點，FM調頻收音機的接收頻率范圍是88-108MHz，因此所選用的頻率合成器芯片最高頻率須達到110MHz才能滿足要求。ROHM公司生產的鎖相頻率合成調諧集成芯片BU2614最高頻率可達到130MHz，完全滿足要求，另外該芯片內帶有高靈敏度的RF放大器，支持IP計數功能。利用鎖相環路法構成數字式頻率合成器，應用BU2614內部的數字邏輯電路把壓控振蕩器VCO頻率一次或多次降頻至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進行比較，所產生的誤差信號用來控制VCO的頻率，使之鎖定在芯片內參考頻率的穩定度上。BU2614應用電路如圖3所示。 為了按要求保證搜索到所有電臺，標準頻率fr設定為25kHz，本振輸出頻率fo為98．7-118．7MHz，可采用分頻方式，環路的可編程分頻器的分頻比N為 N=fo\fr BU2614分頻比變化范圍為 VCO為本振壓控振蕩器，實際測得的VCO增益為 BU2614的外圍電路工作原理：⑤腳接收單片機的串行數據，該數據為12腳反饋頻率FMOSC提供分頻系數N，內部標準頻率由串行數據位中的R0,R1,R2的取值確定。該設計選擇R0,R1,R2均為"1"，標準頻率為25kHz與頻率FMOSC／N比較，在PD輸出相位比較信號，根據PD輸出端的不同狀態，從低通濾波器得到相應的直流電壓，該電壓加在CX-A1019S收音機回路的調諧和本振回路中的變容二極管上，使得調諧頻率和本振頻率的改變與天線BPF輸出的載波信號諧振收到電臺，實現電調諧功能。而本振頻率通過電容耦合反饋到BU2614中使得頻率鎖定。 (3)顯示單元。常用的顯示接口電路多由8155，8279等芯片構成，由于這些芯片與單片機連接時需占用P0，P2口，且動態掃描方式占用單片機內部系統資源比較大。為簡化單片機的外圍電路，用MAX7219構成一個6位靜態顯示模塊，它只需占用AT89C52的3個口線，即可完成顯示功能。 (4)鍵盤電路。由于本設計中使用的按鍵較多，因而采用了功能鍵與數字鍵分開識別的方式，即功能鍵采用查詢方式，數字鍵采用編碼動態掃描方式，這樣既可減少掃描占用的時間，又可以簡化程序。 (5)關機數據存儲單元。根據設計要求，該機具有掉電后能夠保存所存儲電臺的功能。目前市場上并行EEPROM類型很多如2764A，2864A等，體積大且無關電保存數據功能。而串行EEPROM體積小、價廉、電路連接簡單，如93C46是電擦除可編程只讀存儲器，具有在線擦除和改寫數據功能，能滿足關電保存數據的要求。另外采用串行的形式，能節省單片機的口資源。 (6)程序運行監視單元。為加強程序運行的可靠行，需要對程序的運行狀況進行監視，以防止程序彈飛到一個臨時構成的死循環中，導致整個系統完全癱瘓。因此有必要在電路中設置看門狗電路(WATCHDOG電路)。現在常用的看門狗電路既有硬件構成的，也有純軟件構成的，但純軟件的WATCHDOG系統需要設置高級中斷子程序，占用較多的單片機內部資源，必將影響整機的運行速度。硬件構成的WATCHDOG系統的硬件部分完全獨立于CPU，可靠性大大提高。 (7)電源單元。由于BU2614，CXAl019S以及單片機系統需要5V電源電壓，而變容二極管需要9V以上的電壓，若采用單電源+5V供電，則必須采用DC-DC模塊升壓得到+12V電壓。 3 軟件系統設計 在收音機開機后，首先把上次關機時的電臺調出來，并把上次關機前的各個臺號存儲的電臺頻率數據還原。然后開始動態掃描各個數字鍵，判斷是否直接調用已存好的電臺。如果有數字鍵按下，則調用已存在該鍵下的電臺，并顯示該電臺頻率。如果沒有數字鍵按下則轉入判斷功能鍵。當有功能鍵按下時，則執行相應的功能。若沒有功能鍵按下，則存儲當前電臺數據后再返回繼續進行循環掃描。主程序流程圖如圖4所示。 4測試結果分析改進措施 設計制作完成后，對整機進行了測試，結果完全達到了預想的要求，可實現全頻段范圍搜索、選擇存儲電臺，在特定范圍搜索選擇存儲電臺，調用已存儲的任意電臺，載波頻率顯示等功能，接收機鏡像抑制比極高，但也存在著各頻點靈敏度略有不同的問題，經調整天線輸入端的帶通濾波器及相關電路，效果有較大改善。 從本調頻收音機所采用的器件來實現的功能上看，還有可以改進和完善的地方，如顯示采用LCD液晶顯示可提供漢字信息、增加時間顯示，功能鍵采用復合鍵以減少按鍵的數量；從整機供電、攜帶方便等角度考慮，整機應采用更低的電源供電。 總的來看，該設計的接收性能達到了要求，有的已遠超過設計要求，控制功能基本完善。 |
