車(chē)載AM／FM收音機的精簡(jiǎn)型設計

摘要：如何設計一款既達到成本控制需求，又能達到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足此領(lǐng)域對于降低成本和簡(jiǎn)易設計的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。為了實(shí)現低成本AM/FM車(chē)載收音機應用，本文引入低成本微控制器MC9S08QG8、集成收音芯片TEF6621、低成本音頻處理及高保真功率輸出方案，并以精簡(jiǎn)硬件設計電路，同時(shí)描述了器件選擇、總體構建思路與硬件設計細節。本設計方案能滿(mǎn)足低功耗、低成本、高性能、高音質(zhì)等要求。

關(guān)鍵詞：車(chē)載收音機;AM/FM;微控制器;MC9S08QG8;TEF6621;硬件設計

隨著(zhù)汽車(chē)從代步工具轉變?yōu)榧蓍e、娛樂(lè )為一體的個(gè)性化消費品，消費者對汽車(chē)娛樂(lè )方面的要求不斷提升，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也正面臨強大的市場(chǎng)壓力，亟需在不犧牲效能的情況下降低成本，這個(gè)現象在入門(mén)級汽車(chē)市場(chǎng)尤為明顯，而消費者對于低價(jià)車(chē)輛的需求讓低端媒體娛樂(lè )市場(chǎng)的年成長(cháng)率超過(guò)10%。AM/FM收音機以其低成本高音質(zhì)等特點(diǎn)，尤為得到廣泛的歡迎。如何設計一款既達到成本控制需求，又能達到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足此領(lǐng)域對于降低成本和簡(jiǎn)易設計的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。我們可以想象收音機的不斷的改進(jìn)和不斷創(chuàng )新，使收音機的發(fā)展空間愈來(lái)愈大。

通常的傳統的收音機解決方案為采用由分列集成單元構成調頻/調幅收音機，其主要組成為：天線(xiàn)、輸入回路、高頻放大電路、混頻電路、本機振蕩電路、中頻放大電路、鑒頻電路、低頻功率放大電路、揚聲器等。改方案的設計實(shí)現非常復雜，并且音質(zhì)噪聲大，音頻信號失真嚴重，各方面評估都不是一種最好的解決方法。本文將設計一個(gè)新型的、低成本的、使用RFCMOS單芯片AM/FM收音機解決方案，精簡(jiǎn)型微控制器，配合超低成本音頻音效處理DSP和高保真音頻功率放大器，實(shí)現元器件極少、走線(xiàn)極少、體積極小、成本極低的高品質(zhì)AM/FM車(chē)載收音解決方案。

1 器件選擇

為了實(shí)現低端轎車(chē)或超應用低成本的目標，首要任務(wù)是選擇合適的微控制器(MCU)和AM/FM低中頻調諧器。Freescale半導體公司最新推出的MC9S08QG低端微控制器系列，其處理內核、片上外圍設備、節電功能和開(kāi)發(fā)工具等，構成了成本、能源、效率敏感的控制應用的理想解決方案。本無(wú)線(xiàn)控制器設計的核心器件即選擇Freescale該系列中的僅有16引腳的MC9S08QG8。MC9S08QG8是采用高性能、低功耗的HCS08內核的飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高的集成度的器件，內置8K FLASH存儲器、512字節RAM、SCI/SPI/IIC接口、8位模數定時(shí)器模塊、A/D模塊等。MC9S08QG8 MCU集成了那些通常只有較大、較昂貴的元器件才具有的性能，包括背景調試系統以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線(xiàn)捕捉的內置在線(xiàn)仿真(ICE)功能，具有單線(xiàn)的調試及仿真接口(BDM)，還包括一個(gè)可編程的16位定時(shí)器/脈沖寬度調制(PWM)模塊(TPM)，是同類(lèi)產(chǎn)品中最靈活、又最經(jīng)濟的模塊之一。

另一個(gè)主要芯片為低中頻調諧器，選擇NXP半導體公司的TEF6621。TEF6621，為NXP(恩智浦)公司其極為成功的RFCMOS單芯片車(chē)載收音機解決方案系列。作為業(yè)界廣泛應用的TEF6601和TEF6606的升級版本，TEF6621調諧器能讓我們確保在汽車(chē)收音機系統中很小的空間里安裝更加令人激動(dòng)的特色功能。調諧器的創(chuàng )新特色在于全部關(guān)鍵射頻組件一一包括：壓控振蕩器，陶瓷濾波器，中頻變壓線(xiàn)圈，低噪聲放大器和自動(dòng)增益控制，只需要32個(gè)低成本的無(wú)源外圍器件(電容、電阻、電感及晶體管)。此外，通過(guò)特殊的大信號處理的功能，這款低中頻調諧器能很好的支持汽車(chē)收音機應用的高性能需求?；赥EF6621設計的車(chē)載收音機系統將因為更加完善的弱信號處理、FM噪聲消隱、對環(huán)境干擾噪聲更強的多路徑抑制能力、按壓噪聲抑制等功能而成為理想的收音機解決方案。

剩下就是數字音頻信號處理子系統和音頻音效處理放大輸出電路，本方案采用PT2313對系統音頻進(jìn)行處理，PT2313L音頻處理器具有高、低音控制功能和高響度(重低音)控制功能，同時(shí)具有三路立體聲輸入端口，且其增益可由微控器控制此外，它還具有四路獨立的功放激勵端口，且可由微控器控制其輸出、平衡度和靜音關(guān)閉等功能其音量也可由微控器控制，最小步進(jìn)量為1.25 dB。

采用ST半導體4×41W的四橋汽車(chē)音響放大器TDA7388，TDA7388是一種新技術(shù)AB類(lèi)音頻功率放大器，使用flexiwatt 25封裝設計，因其高輸出功率能力，低失真低輸出噪聲，靜音功能，低外部元件數，內部固定增益(為26 dB)，無(wú)需外部補償，無(wú)啟動(dòng)電容器等特點(diǎn)，成為高端汽車(chē)收音機首選。

MC9S08QG8內部IIC模塊實(shí)現通過(guò)IIC總線(xiàn)與調諧器TEF6621及音效處理及音量調節器PT2313進(jìn)行數據通信控制，實(shí)現對收音頻率的選擇和音頻音量的調節。并且通過(guò)MC9S08QG8微處理器對整個(gè)音頻高功率部分進(jìn)行控制，實(shí)現待機(standby)、關(guān)機(shut up)等控制。

至于其它外圍器件則可選用通用的，比如AM/FM天線(xiàn)、液晶顯示器使用16x2的字符型LCD，以及作為調諧使用的編碼電位器等，這部分的電路應用已是成熟技術(shù)。

2 音頻音效處理與均衡技術(shù)

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播節目從采編、制作到傳播、發(fā)送，都使用了較先進(jìn)的技術(shù)設備，節目的質(zhì)量也大為提高。雖然如此，接收天線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò )的匹配問(wèn)題和音頻信號在傳輸過(guò)程中的噪音和衰減問(wèn)題仍然困擾著(zhù)高保真音頻享受技術(shù)的實(shí)現，這主要原因為工程師很少關(guān)心音頻處理器的工作狀態(tài)及設置問(wèn)題。

廣播音頻信號在處理過(guò)程中存在很大的非線(xiàn)性，對音頻處理設備來(lái)說(shuō)，它不僅包括對信號的壓縮、限制、削波、擴展等處理方式，而且還對音頻處理設備安裝的位置、引線(xiàn)長(cháng)短，以及在高電磁場(chǎng)強輻射環(huán)境下抗干擾能力等方面都有嚴格的要求。

音頻傳播媒體特征，也即聲波的物理特性，音頻的記錄和產(chǎn)生方式多種，主要包括模/數、數/模轉換、數據壓縮和聲音合成等。音頻數據的編輯處理方法也是多樣，總的來(lái)說(shuō)音頻信號的處理方法大致可分為兩類(lèi)：一種是數字音頻方式，另一種是分析一合成的方式。

規則音頻是一種連續變化的模擬信號，可用一條連續的曲線(xiàn)來(lái)表示，稱(chēng)為聲波。模擬信號的曲線(xiàn)無(wú)論多復雜，在任一時(shí)刻t都可分解成一系列正弦波的線(xiàn)性疊加：

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