TDA7088自动选台的单片机控制解析Word下载.docx

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目录

引言

1TDA7088自动选台的单片机控制………………………………………12

2FM接收机

2.1FM解调基本原理

2.2FM的解调方式

2.2.1振幅鉴频方法

2.2.2相位鉴频方法

2.2.3移相乘积鉴频方法

2.2.4脉冲计数式鉴颇方法

2.2.5锁相解调电路

2.3调频接收机的工作原理

2.4调频接收机的主要技术指标

2.5TDA7088FM接收集成电路

2.6TDA7088的完整FM接收电路

2.7利用Protel设计接收机原理图

2.8利用Protel设计接收机PCB图

3FSK解调音频中附加的数据

3.1FSK工作原理

3.2滤波器的基本原理

3.3LM741芯片的介绍

3.4巴特沃斯带通滤波器的设计

3.5锁相环的组成和原理

3.6NE564锁相环的设计

3.7利用protel设计FSK解调原理图

3.8利用protel设计FSK解调PCB图

4单片机控制模块

4.1AT89S51单片机

4.2单片机串行接口技术

4.2.1串行接口的一般概念

4.2.2串行通讯的方式

4.2.38051单片机的串行接口结构

4.3AT89S51单片机模块的控制流程

4.4利用Protel设计单片机原理图

4.5利用Protel设计单片机PCB图

5电路的仿真与调试

5.1电路的仿真

5.2电路的调试

5.3调试的注意事项

6结论

谢辞

参考文献

附录

近年来，单片机软件发展十分迅速，单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域，它具有体积小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。

单片机程序广泛应用于通信，自动控制，信息处理等诸多领域。

在应用领域中．单片机不仅仅与数字电路有很大联系字传而且它还要联系到模拟电路、以及还能应用到通信，扩频领域。

同时信号接收系统在现代生活中有着十分广泛的运用。

比如在网络，广播，视频，音频收发中都要运用接收系统。

在这里，我是利用所学的电子电路、单片机、通信技术方面的有关知识,实现一个用单片机控制TDA7088芯片自动选台的发送与接收的通信系统。

要分析TDA7088芯片的性能特点，比较FM调制解调的各种实现方法。

用FSK解调输出的音频数据掌握高频信号的接收处理流程，与实验中心通信系统配合，实现无线通信。

在TDA7088自动选台的单片机控制项目中，利用NE564芯片制作锁相环路，并且将锁相环路和带通滤波器组成FSK解调系统，用FSK调制解调方法解调收音机输出的音频数据,，确认波特速率后返回单片机程序确认，用单片机程序控制TDA7088芯片的选台安键，让芯片所控制的收音部分选择符合特定的频率。

以达到控制TDA7088自动选台的功能。

1TDA7088自动选台的单片机控制

设计TDA7088自动选台的单片机控制必须利用所学的电子电路、单片机、通信技术方面的有关知识,掌握高频信号的接收处理流程，分析TDA7088芯片和NE564芯片的性能特点，用TDA7088芯片制作一个收音机系统。

并使用NE564芯片制作锁相环路用FSK调制解调方法解调收音机输出的音频数据。

返回AT89S51单片机实现一个用单片机程序控制的TDA7088芯片制作的收音机系统自动选台的发送与接收的通信系统，与实验中心通信系统配合，实现无线通信。

TDA7088自动选台的单片机控制方框图（图1-1）如下：

图1.1TDA7088自动选台的单片机控制方框图

整个设计中分为3个部分：

（1）调频收音机

由TDA7088芯片及外围电路组成，分为调频接收机，音频输出，耳机3部分。

具有接收频率选台的功能，并且能够用耳机收听到清楚的声音。

（2）FSK调制解调音频数据

由2个带通滤波器和NE564锁相环组成，分别连接到调频收音机的音频输出和单片机控制电路上，从音频输出口接收到数据并且分析数据，确定信号的波特频率，在将解调以后的数据输入单片机，让单片机利用数据控制收音机系统的选台。

（3）单片机程序控制

用89S51芯片制作单片机系统，接收FSK解调后的音频数据通过程序确认来控制调频收音机选台。

2调频收音机

2.1FM基本原理

设幅度为1的单一频率Ω的调制信号

U=sin（Ωt+Ф）（2-1）

则调频信号为

Ufm（t）=Ucsin{{Wc+△WUf（t）}t}（2-2）

试中Wc为载频；

Uc为载波幅度；

△W为峰值频偏。

将

（1）代入

（2）试得

Ufm（t）=Ucsin{Wc+△Wsin（Ωt+Ф）}t}（2-3）

已调信号的幅度为常数，其瞬时频率正比于调制信号，既实现了频率调制FM，简称调频。

调频信号可以分窄带和宽带2类，所谓载带调制信号是指锋值频偏△W远小于调制频率Ω，既Mf<

<

1。

这时带宽为

Bfm=Ω/2Π（HZ）（2-4）

所谓宽带调频信号是指Mf〉〉1，带宽为

图2.1振幅鉴频器模型

2.2FM解调方式

在调频信号中，调制信息寄存于已调波信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调波信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现频率—电压转换—电压转换。

完成此功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。

2.2.1振幅鉴频方法

将调频波通过频率—幅度线形变换网络，使变换后调频波的振幅能按其瞬时频率的规律变化，即将调频波变换成调频—幅度波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化时解调电压。

这种鉴频器称为频率鉴频器，或称振幅鉴频器，它的电路模型如图

调频接收具有以下特点。

（1）抗干扰性能好，噪声小

调频接收工作在超短波段，该波段原有的干扰本来就小，加上电路中带有限幅，消除了信号幅度干扰的影响。

同时，由于调频接收具有抗同频干扰的特性，即使干扰频率与接收的信号频率相同，只要信号电平稍强于干扰，就会使干扰受到很大的抑制，所以高频接收具有抗干扰性能好，收到电台后背景噪声小的特点。

（2）通带宽，频响好，失真小，音质优美

超外差接收的通带主要取决于中频通带。

因调频接收中频频率为10.7MHz，远比调幅中频（465kHz）高，故相对通带较容易达到200kHz以上。

因此，传递信号时高音频的衰落及失真可以大为减小。

又因调频接收信噪比高，动态范围也就相应增大，故调频接收机能获得调幅机难以达到的音质。

（3）传播距离

视距传播，易受高大建筑物影响，产生遮蔽及多径传输现象。

2.2.2相位鉴频方法

将调频波通过频率—相位线性变换网络，使变换后调频波的相位能按其瞬时频率的规律变化，即将调频波变换成调频—调相波，再通过相位检波器检测出反映相位变化的解调电压。

把这种鉴频器称为相位鉴频器，它的电路模型如图所示。

图2.2相位鉴频器模型

2.2.3移相乘积鉴频方法

随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频机中较多采用的是移相乘积鉴频器。

它是将输入FM信号经移相网络后生成与FM信号电压相正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电压同时加人相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后，便可还原出原调制信号。

它的电路模型如图所示。

图2.3移相乘积鉴频器模型

2.2.4脉冲计数式鉴颇方法

先将调频波通过具有合适特性的非线性变换网络，使它变换为调颇脉冲序列，出于该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量，因而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。

也可将调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化的解调屯压，将这种鉴频器称为脉冲计数式鉴颇器。

它的电路模型如图所示、

图2.4脉冲计数式鉴颇器模型

锁相调频解调电路的门限电平比普通鉴频器低，其电路组成方框图如图所示。

图2.5锁相调频解调电路模型

当输入信号为调频波时，如果将环路滤波器的带宽设计得足够宽．使鉴相器的输出电压能顺利通过，则VCO就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率。

即VCO的输出是一个具有相同调制规律的调频波。

显然，这时环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。

这种电路称为调制跟踪型锁相环。

若输入的调频信号为

（2-7）

式中,

：

Kf为调频比例系数，

为调制信号电压，Wr为输入调频波的载波频率载波角频率。

调节VCO的中心角频率W使Wo＝Wr，对于已经锁定的环路，当输入调频信号的频率和相位发生某种变化时，环路将使压控振荡器的频率和相位跟踪输入信号的变化。

在这种情况下，环路中产生的相位差

不大，即SIN

，可以近似地把环路作为线性系统来。

在线性鉴相的条件下，鉴相器的输出电压为：

（2-8）

因此，鉴相器的输出电压W

（t）正比于调制信号电压U

（f）。

对于直接从鉴相器的输出端取出解调信号，输出信号中将会有较大的干扰和噪声，所以一般不采用这种方法，通常要经过环路滤波器在进一步滤波后再输出。

可以证明，这种鉴频器的输入信噪比的门限值比普通鉴颜器有所改善。

调制指数越高，门限改善的分贝数也越大，一般说来可以改善几个分贝；

调制指数高时，可改善10分贝以上。

此外，在调频波锁相解调电路中，为了实现不失真解调，环的捕捉带必须大于输入调频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频波中调制信号的频谱宽度。

2.3调频接收机的工作原理

一般调频接收机的工作原理是:

天线接收到的高频信号,经输入调频回路选频,在经过高频放器放大,进入混频器,本机振荡器输出的另一高频信号也进入混频器,则混频器的输出含有F1.F2（F1+F2）等频率分量的信号.混频器的输出接有选频回路,选出中频信号（F2-F1）,再经过中频放大器放大,获得足够高的增益,然后经鉴频器调出低频调制信号,再由低频功放级放大,驱动扬声器,在从天线接收到的高频信号经过混频器为固定的中频F2-F1,故称为超外差式接收机.这种接收机的灵敏度高,选择性好,性能也比较稳定。

目前在一般调频接收机中多数采用集成电路，调频头中放连同鉴频器、立体声解码器往往分别采用三块不同型号的集成块。

而该调频接收机采用飞利浦公司的TDA7088T集成块，它是把调频头，中放、鉴频器、立体声解码器集成在一起。

这样不但简化了外围电路，大大减小了接收机的尺寸，使之更易携带;

同时也为大量生产提供了方便，提高了性价比。

调频接收机的基本工作过程是:

从天线进入的高频信号，经过输人电路和高放电路，通过变频器将高频信号变为中频信号，进行多级的中频放大，然后检波出音频信号，最后送到低放电路。

输人回路、高放和变频三个部分合在一起，称为高频电路，也称为调频头。

调频接收机和调幅接收机相比较有两处不同，其一是调频机不论普及机型或高级机型，大都带有高放。

这是因为调频信号一般比较弱，加一级高放，能够降低噪声系数，提高其信噪比;

另外，由于调频机的工作频率高，天线阻抗低，输人回路对各种假信号干扰的选择性不易做好，需要加一级调谐高放来提高抗干扰性能，同时还可以减少本机振荡向天线端的辐射，因为调频机的频率高，和电视频道相近，本振的辐射容易干扰电视机。

另一个不同之处是解调部分，由于调频波的振幅是不变的，只有载波的频率发生变化，若像调幅机那样用一只二极管作幅度检波器，即使切去载波的半边波形，仍然是等幅波，检不出音频信号。

因而必须采用另一个办法，使其能对载波的频偏起反应而检出音频信号来。

这种调频波的解调器叫做鉴频器中放在高频头的后面，它是将从混频出来的信号加以放大，再进入鉴频器在鉴频器的后面是立体声解调器，以及分为左、右两个声道输出，需要配接两个声道的音频放大器调频接收机中一般还有一些附属电路，如自动增益控制电路、自动频率控制电路等。

图2.6调频接收机组成方框图

2.4调频接收机的主要技术指标

1.工作频率范围:

接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作范围或者波段范围.接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应.

2.灵敏度:

接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度,通常用输入信号电压的大小来表示,接收的输入信号越小,灵敏度越高,调频广播收音机的灵敏度一般为2-30uV

3.选择性:

接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号的能力称为选择性,单位用dB表示,dB数越高,选择性越好,一般调幅收音机频偏10KHZ的选择性大于20dB,调频收音机的中频干扰比应大于50dB.

4.频率特性:

接收机的频率响应范围城为频率特性或通频带,调频接收机的通频带一般为200KHZ

5.输出功率:

接收机的负载上获得的最大不失真功率城输出功率

TDA7088T是飞利浦公司的TDA70系列中的一种，与其它TDA70系列一样是将接收机需要调试的中频变压器以及FM的鉴频谐振线圈省去了，中频滤波器也都集成在芯片中。

它是新一代的微型单片IC，将外差式的调幅、调频、低放电路等等，集成在一小块电路中。

用这种电路设计组装的微型FM接收机（又称“火柴盒”接收机），由于其特殊的内部功能，调谐只需单连可变电容二极管，外围元极少，体积也做得很小。

组装后几乎不需要调试。

TDA7088T是一用于单声道便携式和袖珍接收机的双极型集成电路。

当要使用最少的外围器件时，这一集成电路就更为重要了（保证了小尺寸和低成本）。

此电路包括频率锁定环（FLL）系统，它工作于大约70kHz的中频;

选择性是由RC滤波器实现的，与中频有关的解调（DE-TUNING）和太弱的输人信号被静音电路抑制掉。

TDA7088T集成块，采用16脚双列扁平封装，工作电压为3V，该电路除包含FM收音机从天线接收到鉴频输出音频信号的全部功能外，还设有搜索调谐电路、信号检测电路、静噪电路以及压缩中频频偏的频率锁定环FLL电路。

TDA7088T电路的中频频率设计为70kHz，外围电路不用中频变压器，其中频选择由电路内部RC中频滤波器来完成。

该机像数字调谐收音机那样采用电调谐按钮（RUN），另一只是复位按钮（RESTE）。

调谐按钮通过BB910变容二级管改变电容，从而改变压控振荡器VCO的频率范围控制芯片的接收频率，电路接通电源后，按一下搜索按钮，电路自动地由频率低端向高端搜索电台，一旦搜索到电台信号，调谐自动停止。

如果接着按一下搜索按钮，电路继续往高频端搜索电台。

当调谐到FM接收频率最高端时，只需按一下复位按钮，本振频率即回到最低端，搜索调谐又重新开始。

TDA7088芯片是由BB910变容二级管电压改变电容，从而改变压控振荡器VCO的频率范围控制芯片的接收频率。

芯片的中频是70KHZ。

表1TDA7088芯片管脚作用如下表

管脚

作用

管脚

作用

1

声音输出

2

音频输出信号

3

音频环路滤波

4

+3V电压输入

5

环路震荡

6

环路返回

7

低通1DB电容扩音

8

环路输出电容

9

输入

10

低通限幅电容

11

无线信号输入

12

13

限制偏移电压

14

接地

15

连接选台按键

16

连接复位按键

TDA7088T是专用于调频接收机的集成电路，外形为16脚双列扁平封装。

TDA7088T电路内包含有FM变频、中放、鉴频和前级放大，也就是说，除了音频功率放大外，具有调频单声道接收机的所有功能。

TDA7088T同其他TDA70系列一样，采用了频率反馈技术，对中频信号的频偏进行压缩，从而降低FM中频频率。

这种独具匠心的技术处理，使得该电路与普通FM集成电路相比，具有很多独特之处。

一块TDA7088芯片包含了调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC（频率自动控制）电路、中频放大器（中频频率为70kHz）、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。

图2.7

（1）频率锁定环（FLL）

标准调频广播制式的频偏△F1今为士75kHz，音频信号的最高调制频率F2为15kHz。

这样，调频接收机的一般通带应满足

B=2x（△F1+F2）=2x（75kHz+15kHz）=180kHz（2-9）

TDA7088T为了在内部集成中频滤波电路，就必须采取低中频，这时其有效带宽最大也不会超过140kHz。

为了解决这个矛盾,TDA7088T采用了频率锁定环FLL（Frequency-LockedLoop）技术，将外来信号的频偏压缩5倍，使得中频信号的最大频偏为士15kHz。

FLL的基本原理是利用鉴频器输出的音频信号对本振频率进行调制使本振信号的频偏低于天线输人信号的频偏。

当外来载频波信号无频偏时，鉴频器输出的音频信号中有一路加到环路滤波器，经低通滤波器后反馈控制本振电路中的压控振荡器。

这样，本机振荡的频率就不是固定不变，而是随着调频信号的频偏而摆动。

当外调频信号的最大频偏为土75kHz时，设定合适的FLL参数，使得本振信号的最大频偏为-60kHz。

于是，经混频器差频变频后，得到的中频信号的最大频偏就成为

75kHz-（60kHz）=15kHz（2-10）

这时，所需的中频通带为

2x（15kHz+15kHz）=60kHz（2-11）

因此，中频只要大于60kHz，就能容纳足够的有效边带。

兼顾调谐抑制比、信噪比、镜像抑制比等综合因素，TDA7088T选用了70kHZ的低中频。

由于采用了频率锁定技术，使得本振信号频率能正确地跟踪输人调频信号的频率，因此TDA7008T不需要再另外设计AFC电路。

（图2.8）中频滤波器

（2）有源中频滤波器

由于大幅度降低了中频频率，TDA7088T能够把中频滤波器集成在电路中。

这就使得这块集成电路既不用传统的中频变压器、鉴频谐振线圈，也不需外接陶瓷滤波器或陶瓷鉴频器等频率组件，大大简化了调试等程序，节省了外围元器件，减小了体积。

IC内部中频滤波器是由电阻、电容、运算放大器等组成的RC低通滤波器，为二阶有源低通滤波器，其截止频率为125kH