调频收音机的软硬件设计_岳晨阳.pdf

电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 31Electronics 电子学片、共阴极数码管以及按键电路模块组成，实现了显示频道信息与选择频道的功能。信号接收与处理部分由QN8035芯片工作电路、高频放大电路和天线接收模块组成，实现了信号接收、信号处理及信号输出功能。2 电路设计所设计的调频收音机由显示及控制电路和信号接收与处理电路两部分组成，其总电路原理图如图2所示。2.1 显示及控制电路本部分主要由STC12LE5204AD芯片、74HC4511芯片、CH340G芯片、共阴极数码管以及按键电路模块组成，实现了显示频道信息与选择频道的功能。电路原理图如图2（a）中所示。我们在这里选用了STC12LE5204AD芯片，该系0 引言调频收音机接收电路的工作机制是接收无线电广播发送来的高频信号并将其还原成声音。调频收音机的基本功能是把空中的无线电波转变成高频电信号，这一功能由接收天线来实现，混频之后进行中频放大，然后进行频率检波（即把调制在高频载波上的音频信号从已调频高频信号上卸下来，将调频信号频率的变化还原为音频信号，常称鉴频，实现这一功能的电路叫鉴频器）。最后，用鉴频出来的音频信号低频放大来推动扬声器或耳机，即声音恢复。调频收音机结构框图如图1所示。1 研究背景本次设计的调频收音机由控制及显示、信号接收与处理两部分组成。控制及显示部分主要由STC12LE5204AD芯片、74HC4511芯片、CH340G芯作者简介：岳晨阳，沈阳航空航天大学；研究方向：电子技术应用。通信作者：石剑民，沈阳航空航天大学；研究方向：电子系统设计。收稿日期：2022-09-04；修回日期：2023-06-12。摘要：阐述独立设计功能电路，以STC12LE5204AD单片机为控制核心，配合74HC4511、CH340G、QN8035的不同功能芯片，实现功能模块电路，在实现指定频段接收的同时，配置了外接耳机播放功能、按键控制功能、频段显示功能。测试表明，此设计运行稳定，调节功能灵敏，整体功能流畅可靠。关键词：电路设计，信号接收，8051单片机。中图分类号：TN852.1，TP368.1文章编号：1000-0755(2023)06-0031-03文献引用格式：岳晨阳，祁雨霏，王亚莉，陆顺，杨程凯，路越，石剑民.调频收音机的软硬件设计J.电子技术,2023,52(06):31-33.调频收音机的软硬件设计岳晨阳，祁雨霏，王亚莉，陆顺，杨程凯，路越，石剑民（沈阳航空航天大学，辽宁 110136）Abstract This paper describes the independent design of functional circuit,which uses STC12LE5204AD single chip microcomputer as the control core,and cooperates with different functional chips of 74HC4511,CH340G,and QN8035 to realize the functional module circuit.While realizing the reception of the specified frequency band,it also configures the external headset playing function,key control function,and frequency band display function.The test shows that the design runs stably,the adjustment function is sensitive,and the overall function is smooth and reliable.Index Terms circuit design,signal receiving,8051 single chip microcomputer.Design of Software and Hardware for FM RadioYUE Chenyang,QI Yufei,WANG Yali,LU Shun,YANG Chengkai,LU Yue,SHI Jianmin(Shenyang University of Aeronautics and Astronautics,Liaoning 110136,China.)图1 调频收音机结构框图32 电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月Electronics 电子学列单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，性能良好。我们选用74HC4511作为显示译码器芯片，74HC4511是实验室较为常用的芯片，可以节约制作成本。CH340G是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。CH340G是目前最常用的转换芯片，具有广泛的适用性。2.2 信号接收与处理电路本部分由QN8035芯片工作电路、高频放大电路和天线接收模块组成，实现了信号接收、信号处理及信号输出功能。电路原理图如图2（b）中所示。调频收音机一般包括：天线、输入调谐回路、混频、本振、中放、鉴频、功放、输出等部分，以及频道的控制与选择电路。采用集成芯片可以赋予整个系统体积小、重量轻、可靠性好、灵敏度高、功耗低等特点，因此在本实验中采用QN8035芯片作为核心信号处理芯片，摒弃了传统的功能分立式电路，使电路集成度大大提高。QN8035芯片是一款高性能、低功耗、全功能的FM接收器芯片，有着优异的性能。它集成了FM接收功能，自动寻道和清晰通道扫描。先进的数字架构使其有优越的接收灵敏度和清晰的音频。3 程序设计 3.1 信号传输程序单片机传输方式常用的有UART、SPI和I2C。UART即通用异步收发传输器。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。本设计采用I2C总线传输方式，它仅需两根线就能完成传输信息的功能，解放了线路资源，省去了外加线拓展芯片的麻烦。3.2 频段显示程序本设计采用常见的共阴极数码管进行显示，显示程序依据“片选+位选”显示的原理控制数码管显示频段数据，其最困难的部分在于频段数据的计算。这是由于QN8035作为核心信号处理芯片，其内部数据与频段数据并不一致，需要经过复杂的计算转换才能换算出当前频段。同理，需要接收指定频段的信号，同样需要经过数据处理才能得出指令参数，传递给QN8035。依据QN8035的使用手册，我们编写内部数据处理程序，同时参考实际情况中广播频段的段落情况，我们设定频段控制的跳变单位为0.2MHz，范围为89.9132.1MHz。3.3 芯片控制程序采用集成芯片大大简化了电路设计的复杂程度，增强了系统运行的可靠性。其运行借助单片机指令控制。本设计的芯片控制主要依据芯片参数手册，在理清程序运行逻辑后，按逻辑以I2C总线方式向芯片控制寄存器写入数据，同时提取数据寄存器的数据，传递给下一处理单元。首先编写好功能模块函数，然后调整模块接口，用数据将不同功能模块串联起来，形成工作闭环，程序就运转起来。图2 电路原理图电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 33Electronics 电子学4 性能测试电路板焊接完成后，电路板如图3所示。4.1 电路连接测试（1）测试方法：如图4所示，使用万用表测量各关键引脚的电压值，与理论计算值进行对比。（2）测试结果：在允许误差范围内，各引脚电压测量值与计算值相符，证明电路连接良好。4.2 显示及按键电路测试（1）测试方法：随机按动sw2、sw3按键，观察数码管显示情况。（2）测试结果：如图5所示，每次按动按键sw2，数码管显示刷新，显示数值加0.2；每次按动按键sw3，数码管显示刷新，显示数值减0.2，说明显示电路与按键电路均运行良好。4.3 信号接收及播放电路测试（1）测试方法：调节频道至现有广播频段，观察是否能接收到广播。（2）测试结果：在FM92.1频道，接收到沈阳都市广播；在FM102.9频道，接收到辽宁之声广播。声音清晰度较高，调节电台灵敏，证明信号接收、信号处理以及播放电路均工作良好。5 结语本系统实现了信号的接收与解调，完成了收音机的基本功能，并提供了选择频道的方式，硬件性能良好，项目完成度良好。在设计外部包装与程序黑盒测试后，即可作为完全设计成品投入使用。参考文献1 雷明涛,高杰,高发起.调频收音机的设计和控制J.兰州铁道学院学报,2001(06):126-130.2 詹明,段书凯,王丽丹.调频收音机原理与制作实验的教学探讨J.西南师范大学学报(自然科学版),2014,39(07):218-223.3 贾俊荣.多功能数字调频收音机的设计与实现J.科技传播,2015,7(21):167-168.4 于洪珍.通信电子电路（第3版）J.北京：清华大学出版社，2016.5 林锋,孙军.应用TEA5767的调频收音电路设计J.微计算机信息,2005(02):170-171+57.6 李瑶,李进.数字调频立体声收音机系统设计J.工业控制计算机,2016,29(09):141-143.7 符长友,汪星宇,何丽.基于MSP430F149的数字调频收音机的设计与实现J.四川职业技术学院学报,2011,21(06):111-113.8 王波,李会勇,钟君.一种基于WinCE 6.0的数字调频收音机的设计J.单片机与嵌入式系统应用,2011,11(06):79-81.9 贾俊荣.多功能数字调频收音机的设计与实现J.科技传播,2015,7(21):167-168.图3 电路板实物图图4 电路测试图（1）图5 电路测试图（2）