AVR單片機的調頻立體聲收音機設計

摘要：介紹一種以低功耗單片機ATmega8L為控制核心，以RDA5807P芯片作為FM接收器的調頻收音機。該收音機通過(guò)單片機ATmcga8L的I2C總線(xiàn)接口讀寫(xiě)RDA58O7P收音模塊的數據，用按鍵及紅外遙控器進(jìn)行搜臺、音量調節等操作。用LCD顯示接收頻道的頻率，當前音量大小等信息。設計中給出了實(shí)現FM調頻收音機的硬件電路、讀/寫(xiě)RDA5807P收音模塊及紅外遙控解碼程序的思路。經(jīng)多次比對測試，該收音機可以清晰、穩定地收聽(tīng)省府及本地發(fā)射的所有調頻電臺。

引言

早期的數字FM處理芯片TEA5767由Philips公司開(kāi)發(fā)并被廣泛地使用，但該芯片需要外加音頻放大電路才能驅動(dòng)耳機。鑒于此，國內銳迪科微電子公司獨立開(kāi)發(fā)了一顆具備高接收靈敏度的FM立體聲數字芯片RDA5807P，具有自動(dòng)搜臺、重低音、靜音、休眠、直接驅動(dòng)耳機等優(yōu)異的性能。本文介紹用RDA5807P芯片設計和制作了一款帶遙控功能的收音機。

1 收音機總體設計方案

收音機的總體設計框圖如圖1所示。本收音機采用單節3.7 V、容量1500 mAh的鋰電池作力電源，在使用壽命期內可以用手機充電器反復對它進(jìn)行充電，使用非常方便。采用低功耗的AVR單片機ATmega8L作為微控制器，負責處理和協(xié)調各模塊電路的工作，ATmega8L的工作電壓為2.7～5.5 V，片內有512字節的EEPROM，不用專(zhuān)門(mén)外接EEPROM芯片就可以將掉電前接收電臺的頻道和音量信息保存起來(lái)，重新開(kāi)機后又可以恢復原來(lái)的信息。調頻收音機模塊采用國產(chǎn)芯片RDA5807P加上少量的外圍元件組成，由微控制器通過(guò)I2C總線(xiàn)接口對芯片內部寄存器進(jìn)行寫(xiě)/讀操作。通過(guò)鍵盤(pán)或紅外遙控發(fā)射器可以進(jìn)行自動(dòng)搜臺、手動(dòng)選臺、音量調節、靜音操作。LCD用于顯示當前收聽(tīng)電臺的頻率、音量等級等信息。音頻功率放大器放大當前收聽(tīng)電臺的音頻信號，驅動(dòng)揚聲器發(fā)出聲音。

2 系統硬件電路設計

2.1 電源管理模塊電路設計

電源管理模塊電路如圖2所示。LM2054是一款單節鋰電池恒流、恒壓線(xiàn)性充電芯片，最大充電電流可達到800 mA。它只需外接極少的外部元件，預設4.2 V充電電壓，精度達到±1%。充電時(shí)，若鋰電池電壓低于4.2V，充電指示燈D101亮，充電達到預設值4.2 V后指示燈D101熄滅。

2.2 微控制器及鍵盤(pán)、顯示、紅外遙控接收電路設計

微控制器及鍵盤(pán)、顯示、紅外遙控接收電路如圖3所示。

鍵盤(pán)K1～K6用于選頻、音量調節等。紅外遙控接收頭連接到單片機ATmega8L的PB0，用單片機的輸入捕獲功能進(jìn)行解碼。為了減少液晶顯示器LCD1602A占用單片機過(guò)多的I/O口，數據接口只使用高4位，在寫(xiě)入命令或數據時(shí)，分兩次寫(xiě)入，先寫(xiě)高4位，再寫(xiě)低4位。為了降低LCD的用電量，LCD的背光燈用單片機的PD3和PC1進(jìn)行控制，當用戶(hù)設置好想收聽(tīng)的電臺，5 s后LCD背光燈自動(dòng)熄滅。

2.3 調頻收音模塊電路設計

調頻收音模塊電路如圖4所示。RDA5807P是國產(chǎn)的FM立體聲收音機接收芯片，加上極少的外圍元件且基本不需要校準，通過(guò)程序設定即可接收歐洲、美國和日本的調頻波段。單片機通過(guò)I2C總線(xiàn)SCL和SDA將訪(fǎng)問(wèn)RDA5807P芯片所需的地址、命令、數據寫(xiě)入內部的寄存器中，也可以通過(guò)該總線(xiàn)讀出芯片內部寄存器中的數據，取得接收頻道的數據和音量值，供顯示使用。RDA5807P的輸出經(jīng)磁珠F301、F302及電容器C30 3、C304抑制高頻干擾后，可以直接驅動(dòng)32 Ω的耳機發(fā)出聲音，也可以接到下級音頻功放進(jìn)行放大，推動(dòng)揚聲器發(fā)出聲音。

2.4 音頻功率放大電路設計

音頻功率放大電路如圖5所示。PAM8403是一塊D類(lèi)音頻功率放大器芯片，它具有諧波失真低、噪聲串擾小、可直接驅動(dòng)喇叭的特點(diǎn)。用它制作的音頻功放，電路簡(jiǎn)單，工作可靠。在5 V電源和4 Ω負載條件下，能輸出3 W的功率。效率可達90%以上，非常適合于用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品。電路中

引腳可通過(guò)單片機輸出低電平控制其進(jìn)行靜音和關(guān)閉功放系統。

2.5 紅外發(fā)射模塊電路設計

紅外遙控發(fā)射器電路如圖6所示。BA5104是一塊紅外遙控編碼芯片，內接有上拉電阻，無(wú)鍵按下時(shí)，電路中無(wú)電流流通，振蕩電路不起

振，無(wú)遙控編碼信號輸出。當有某一鍵按下時(shí)，電路產(chǎn)生455 kHz的振蕩信號，由BA5104內部電路進(jìn)行12分頻，獲得38 kHz的載波信號。此時(shí)按鍵的編碼信息和C1、C2引腳的狀態(tài)信息對38 kHz載波進(jìn)行編碼調制，經(jīng)15引腳串行輸出，由三極管Q501、Q502構成的達靈頓驅動(dòng)電路放大，經(jīng)外發(fā)射管向空間發(fā)射，同時(shí)14引腳輸出高電平，發(fā)射狀態(tài)指示燈D501點(diǎn)亮。

3 系統軟件程序設計

軟件程序設計主要包括讀寫(xiě)RDA5807P芯片相關(guān)的模塊程序、頻率及音量顯示模塊程序、按鍵檢測與功能設定模塊程序、遙控解碼及功能設定模塊程序等。本設計選用CodeVisionAVR作為開(kāi)發(fā)軟件，軟件中集成有LCD1602、I2C總線(xiàn)驅動(dòng)程序，不用再編寫(xiě)相應的底層函數，使用非常方便。故在此僅介紹RDA5807P芯片工作在RDA5807P模式及采用I2C總線(xiàn)接口進(jìn)行搜臺的程序設計和紅外遙控解碼程序的設計。

3.1 搜臺程序設計

搜臺程序可用硬件模式進(jìn)行搜臺，也可以采用軟件模式進(jìn)行搜臺。本文著(zhù)重介紹硬件模式搜臺，軟件模式搜臺可參照硬件搜臺模式進(jìn)行編程。

I2C總線(xiàn)接口是由START、命令字節、數據字節及每個(gè)字節后的ACK及NACK比特、STOP組成。RDA58027P芯片寫(xiě)器件地址為0x20，讀器件地址為0x21。RDA5807P芯片內部的I2C總線(xiàn)接口有4個(gè)寫(xiě)數據寄存器，其地址分別是0x02、0x03、0x04、0x05。2個(gè)讀數據寄存器，其地址分別為0x0A、0x0B，每個(gè)數據寄存器又分為高字節和低字節。這些數據寄存器的地址是不可見(jiàn)的，不能通過(guò)單片機直接對指定地址的數據寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。因此，單片機在發(fā)出讀/寫(xiě)命令字節后，接下來(lái)必須對數據寄存器進(jìn)行連續地讀/寫(xiě)操作。其子程序如下：

硬件模式搜臺程序設計主要是通過(guò)調用連續寫(xiě)和連續讀操作子程序來(lái)對收音模塊寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)，其程序流程圖如圖7所示。

根據該流程圖編寫(xiě)的子程序如下：

3.2 紅外遙控解碼程序設計

由BA5104的編碼格式可知;遙控碼的一幀長(cháng)度為12位，其中包括3位起始碼、2位用戶(hù)碼、7位指令碼。遙控碼的每一幀時(shí)間間隔為4T，T=1.6879 ms為一位遙控碼的周期。一幀完整的遙控碼如圖8所示。

遙控碼中“1”用3T/4的高電平與T/4的低電平表示，“0”用T/4的高電平與3T/4的低電平表示，一位遙控碼的波形如圖9所示。

由圖9可見(jiàn)，要用單片機來(lái)判斷遙控發(fā)射器發(fā)出的是“0”還是“1”，關(guān)鍵是要判斷接收脈沖下降沿至上升沿之間的時(shí)間?？梢圆捎猛獠恐袛喾?，也可以采用輸入捕獲功能法，本文采用后一種方法。解碼的思路是：初始化時(shí)，將ATmcga8L的ICP1引腳設置為輸入狀態(tài)，下降沿觸發(fā)，當紅外接收頭接收到紅外遙控信號時(shí)，產(chǎn)生下降沿，單片機自動(dòng)將TCNT1寄存器中的值保存至ICR1寄存器中，在捕獲中斷服務(wù)程序中將ICR1中的值保存至T1中;然后將ICP1設置為上升沿觸發(fā)，當再次產(chǎn)生捕獲中斷時(shí)，將ICR1中的值保存至T2中，將ICP1設置為下降沿觸發(fā)，并將TCNT1置0。之后計算出T2-T1的時(shí)間并保存至事先開(kāi)辟的數組中，要注意的是，T2-T1有可能出現負值，此時(shí)要將(T2-T1+0xffff)再保存，直到接收完12位數據。

保存在數組中的數據，當其值為3/4×1.687 9ms≈1266μs時(shí)，被認為接收到“1”，當其值為1/4×1.687 9 ms≈422 μs時(shí)，被認為接收到“0”。由于遙控發(fā)射器和單片機所使用的晶振頻率與標稱(chēng)值會(huì )有一定的偏差，所以在程序中要留有一定的余量。

結語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次比對測試，該收音機可以清晰、穩定地收聽(tīng)省府及本地所發(fā)射的調頻電臺信號。