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                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                电子设计 ? 2020-11-30 08:50 ? 次阅读

                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,随着无线电通信技术的迅速发展,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,因此在频率合成技术中采用锁相环路可以产生频率准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信来改变分频比,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。

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                2.2各部分电路的设计

                (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-8Ω时,输出功率为500mW。收音单元电路如图2。

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                (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。

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                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=fo\fr

                BU2614分频比变化范围为

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                VCO为本振压控振荡器,实际测得的VCO增益为

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                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。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2764A,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,可靠性大大提高。

                (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4所示。

                锁相环和频率合成技术在数字式收音机中设计应用

                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问题,经调整天线输入端的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量;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。

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                本文档的主要内容详细介绍的是多个单片机的应用实例包括简介电路图和PCB图及程序等资料免费下载包括了:....
                发表于 01-16 11:43 ? 25次 阅读
                多个单片机的应用实例包括简介电路图和PCB图及程序等资料免费下载

                第2部分:FM解决方案和简单载波开/关键控研究介绍

                在本系列关于小型,低成本,一次性无线电设计的第1部分中,我们研究了AM技术,从单晶体管解决方案到集成....
                的头像 电子设计 发表于 01-16 08:19 ? 117次 阅读
                第2部分:FM解决方案和简单载波开/关键控研究介绍

                8051系列单片机汇编指令速查表资料合集免费下载

                本文档的主要内容详细介绍的是8051系列单片机汇编指令速查表资料合集免费下载。说明: Ri, Rn ....
                发表于 01-16 08:00 ? 16次 阅读
                8051系列单片机汇编指令速查表资料合集免费下载

                23个单片机开发小工具合集免费下载

                本文档的主要内容详细介绍的是23个单片机开发小工具合集免费下载主要内容包括了:音乐代码转换,一种实用....
                发表于 01-16 08:00 ? 96次 阅读
                23个单片机开发小工具合集免费下载

                stm32f407外部中断容易触发

                我是刚刚学习stm32单片机的,在使用外部中断的时候遇到一个问题,单片机的IO口如果配置为输入模式,中断极其容易触发,手随便摸...
                发表于 01-16 06:34 ? 103次 阅读
                stm32f407外部中断容易触发

                如何选择合适的单片机常用单片机介绍

                单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系....
                发表于 01-15 17:18 ? 69次 阅读
                如何选择合适的单片机常用单片机介绍

                单片机开发工程案例分析与解析的详细资料概述

                设计一个单片机控制的简易定时报警器。要求根据设定的初始值(1-59秒)进行倒计时,当计时到0时数码管....
                发表于 01-15 16:48 ? 36次 阅读
                单片机开发工程案例分析与解析的详细资料概述

                使用单片机在电阻炉温度控制系统中的应用说明

                传统的电阻炉温度控制系统在电阻炉启、停状态时,产生很大的冲击电流,对电阻炉设备及电网带来一系列问题并....
                发表于 01-15 16:48 ? 20次 阅读
                使用单片机在电阻炉温度控制系统中的应用说明

                FM和AM的原理是什么

                FM(Frequency Modulation)即调频。习惯上用FM来指一般的调频广播(76-108....
                的头像 发烧友学院 发表于 01-15 16:00 ? 173次 阅读
                FM和AM的原理是什么

                如何使用单片机和串口进行SD卡读取平台的设计

                随着现代电子技术的发展,各种存储设备的应用越来越广泛。其中以SD存储卡的应用最为广泛,但是由于在传统....
                发表于 01-15 15:44 ? 21次 阅读
                如何使用单片机和串口进行SD卡读取平台的设计

                单片机对19264液晶屏的驱动

                首先说下19264屏 1926屏是由3个64*64 组成 64行 192列 其中192列 是6....
                发表于 01-15 15:37 ? 72次 阅读
                单片机对19264液晶屏的驱动

                单片机攻击的四大主要技术解析

                该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的....
                发表于 01-15 15:29 ? 85次 阅读
                单片机攻击的四大主要技术解析

                如何使用C18编译器和MSSP模块进行SPI EEPROM与PIC18单片机的接口设计

                Microchip Technology生产的25XXX系列串行EEPROM兼容SPI 通信标准,最....
                发表于 01-15 14:45 ? 22次 阅读
                如何使用C18编译器和MSSP模块进行SPI EEPROM与PIC18单片机的接口设计

                15亿光年外的外星人在给人类打招呼

                根据这些新数据,Gerry Zhang 和他的同事能够确定 FRB 121102 先前一些未被发现的....
                的头像 电子资讯网工程师 发表于 01-15 10:19 ? 462次 阅读
                15亿光年外的外星人在给人类打招呼

                树莓派教程之从零开始学树莓派开发超好玩的智能小硬件制作书PDF

                本书以实战开发为出发点,以Raspberry Pi应用开发为主线,通过Python开发简单的树莓派单....
                发表于 01-15 10:06 ? 61次 阅读
                树莓派教程之从零开始学树莓派开发超好玩的智能小硬件制作书PDF

                一个很不错的LED跑马灯程序免费下载

                一个使用单片机设计的LED跑马灯程序资料免费下载,很不错。
                发表于 01-15 08:00 ? 34次 阅读
                一个很不错的LED跑马灯程序免费下载

                如何使用AD590设计嵌入式温度采集及显示系统

                在本设计中采用TP.AD590为核心 ,与单片机相辅相成,实现温度的数字化显示。本系统的主要功能是对....
                发表于 01-15 08:00 ? 32次 阅读
                如何使用AD590设计嵌入式温度采集及显示系统

                HT45FH23A和HT45FH24A系列ASSP Flash型单片机数据手册免费下载

                该系列单片机是具有 A/D 功能及 Holtek 低功耗架构的 8 位高性能精简指令集的 Flash....
                发表于 01-15 08:00 ? 19次 阅读
                HT45FH23A和HT45FH24A系列ASSP Flash型单片机数据手册免费下载

                HT45B0003和HT45B0005两线式高压收发器的数据手册免费下载

                主机控制器系统控制多个联网子系统,如烟感器,水表,太阳能系统等。冗长的互连电缆的成本是主要因素。通过....
                发表于 01-15 08:00 ? 29次 阅读
                HT45B0003和HT45B0005两线式高压收发器的数据手册免费下载

                单片机教程之定时器和计数器原理及应用

                  本文档的主要内容详细介绍的是单片机教程之定时器和计数器原理及应用主要内容包括了:定时器、计数器原....
                发表于 01-14 17:20 ? 45次 阅读
                单片机教程之定时器和计数器原理及应用

                硬件工程师的未来方向以及硬件设计的流程案例

                发表于 01-14 16:34 ? 0次 阅读
                硬件工程师的未来方向以及硬件设计的流程案例

                如何设计低功耗的单片机便携式系统详细设计方法说明

                针对单片机便携式系统功耗要求低的特点,比较仝面的介绍了将单片机便携式系统如何设计成低功耗系统.主要从....
                发表于 01-14 08:00 ? 31次 阅读
                如何设计低功耗的单片机便携式系统详细设计方法说明

                电子钟全套资料合集免费下载

                本文档的主要内容详细介绍的是如何设计电子钟 电子钟设计全套资料合集免费下载。
                发表于 01-11 17:09 ? 184次 阅读
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                LY5A-L12单片机学习开发板电路原理图资料免费下载

                本文档的主要内容详细介绍的是LY5A-L12单片机学习开发板电路原理图资料免费下载。
                发表于 01-11 16:23 ? 108次 阅读
                LY5A-L12单片机学习开发板电路原理图资料免费下载

                单片机P0口的内部结构及工作原理

                当D端和CP/CLK端同时有信号输入后突然撤掉CP/CLK信号时,D的值将会被保存到(“锁”)在器件....
                发表于 01-11 15:39 ? 164次 阅读
                单片机P0口的内部结构及工作原理