1 引言

作為收音機(jī)重要組成部分的調(diào)諧電路和本振電路一直采用傳統(tǒng)的電容、電感手動(dòng)調(diào)臺(tái)方式。近年來，隨著無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展，鎖相環(huán)和頻率合成技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于鎖相環(huán)具有跟蹤特性、窄帶濾波特性和鎖定狀態(tài)無剩余頻差存在，因此在頻率合成技術(shù)中采用鎖相環(huán)路可以產(chǎn)生頻率準(zhǔn)確度很高的振蕩信號(hào)源。利用這種振蕩信號(hào)源產(chǎn)生的頻率作為收音機(jī)電路的調(diào)諧頻率和本振頻率可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化收音。利用單片機(jī)控制鎖相環(huán)路中的分頻數(shù)就可以改變振蕩信號(hào)源的輸出頻率，以達(dá)到調(diào)臺(tái)的目的。設(shè)計(jì)要求主要有：

（1）接收FM信號(hào)的頻率范圍為88-108MHz；

（2）調(diào)制信號(hào)的頻率范圍為100-15000Hz，最大頻偏75kHz；

（3）最大不失真輸出功率）100mW（負(fù)載阻抗8n）；

（4）接收機(jī)靈敏度≤1mW；

（5）鏡像抑制性能優(yōu)于20dB；

（6）能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的自動(dòng)搜臺(tái)、手動(dòng)調(diào)臺(tái)、存臺(tái)和頻率顯示等功能。

2 設(shè)計(jì)方案

采用專用的芯片可以使整個(gè)系統(tǒng)體積小、重量輕、可靠性好、靈敏度高、功耗低。

2.1整機(jī)電路方案

設(shè)計(jì)中高放、混頻、中放、解調(diào)等電路采用CXA1019S；自動(dòng)調(diào)諧、程控搜索、電臺(tái)載頻顯示等功能由鎖相頻率合成器芯片BU2614，MCS-51系列單片機(jī)及相應(yīng)的外圍電路配合完成。通過BU2614的串行口與單片機(jī)通信來改變分頻比，用BU2614內(nèi)部的分頻器和鑒頻鑒相器，與CXAl019S的本振VCO構(gòu)成數(shù)控鎖相環(huán)，通過改變分頻比改變接收的頻點(diǎn)。選臺(tái)和頻率顯示、存臺(tái)等由單片機(jī)AT89C52和MAX7219，93C46芯片配合完成，系統(tǒng)框圖如圖所示1。

2．2各部分電路的設(shè)計(jì)

（1）收音單元。目前市場(chǎng)上收音機(jī)的集成芯片很多，CXAl019S用于便攜式收音機(jī)及頭盔式收音機(jī)，其接收靈敏度高、鏡像抑制性能好、外圍元件少且輸出功率大。FM時(shí)Vcc：5V，工作電流為5．3mA；在Vcc=6V、RL-8Ω時(shí)，輸出功率為500mW。收音單元電路如圖2。

（2）鎖相頻率合成單元。這一部分既是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，F(xiàn)M調(diào)頻收音機(jī)的接收頻率范圍是88-108MHz，因此所選用的頻率合成器芯片最高頻率須達(dá)到110MHz才能滿足要求。ROHM公司生產(chǎn)的鎖相頻率合成調(diào)諧集成芯片BU2614最高頻率可達(dá)到130MHz，完全滿足要求，另外該芯片內(nèi)帶有高靈敏度的RF放大器，支持IP計(jì)數(shù)功能。利用鎖相環(huán)路法構(gòu)成數(shù)字式頻率合成器，應(yīng)用BU2614內(nèi)部的數(shù)字邏輯電路把壓控振蕩器VCO頻率一次或多次降頻至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的誤差信號(hào)用來控制VCO的頻率，使之鎖定在芯片內(nèi)參考頻率的穩(wěn)定度上。BU2614應(yīng)用電路如圖3所示。

為了按要求保證搜索到所有電臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)頻率fr設(shè)定為25kHz，本振輸出頻率fo為98．7-118．7MHz，可采用分頻方式，環(huán)路的可編程分頻器的分頻比N為

N=fo\fr

BU2614分頻比變化范圍為

VCO為本振壓控振蕩器，實(shí)際測(cè)得的VCO增益為

BU2614的外圍電路工作原理：⑤腳接收單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為12腳反饋頻率FMOSC提供分頻系數(shù)N，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)頻率由串行數(shù)據(jù)位中的R0，R1，R2的取值確定。該設(shè)計(jì)選擇R0，R1，R2均為“1”，標(biāo)準(zhǔn)頻率為25kHz與頻率FMOSC／N比較，在PD輸出相位比較信號(hào)，根據(jù)PD輸出端的不同狀態(tài)，從低通濾波器得到相應(yīng)的直流電壓，該電壓加在CX-A1019S收音機(jī)回路的調(diào)諧和本振回路中的變?nèi)?a target="_blank">二極管上，使得調(diào)諧頻率和本振頻率的改變與天線BPF輸出的載波信號(hào)諧振收到電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧功能。而本振頻率通過電容耦合反饋到BU2614中使得頻率鎖定。

（3）顯示單元。常用的顯示接口電路多由8155，8279等芯片構(gòu)成，由于這些芯片與單片機(jī)連接時(shí)需占用P0，P2口，且動(dòng)態(tài)掃描方式占用單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)資源比較大。為簡化單片機(jī)的外圍電路，用MAX7219構(gòu)成一個(gè)6位靜態(tài)顯示模塊，它只需占用AT89C52的3個(gè)口線，即可完成顯示功能。

（4）鍵盤電路。由于本設(shè)計(jì)中使用的按鍵較多，因而采用了功能鍵與數(shù)字鍵分開識(shí)別的方式，即功能鍵采用查詢方式，數(shù)字鍵采用編碼動(dòng)態(tài)掃描方式，這樣既可減少掃描占用的時(shí)間，又可以簡化程序。

（5）關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該機(jī)具有掉電后能夠保存所存儲(chǔ)電臺(tái)的功能。目前市場(chǎng)上并行EEPROM類型很多如2764A，2864A等，體積大且無關(guān)電保存數(shù)據(jù)功能。而串行EEPROM體積小、價(jià)廉、電路連接簡單，如93C46是電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，具有在線擦除和改寫數(shù)據(jù)功能，能滿足關(guān)電保存數(shù)據(jù)的要求。另外采用串行的形式，能節(jié)省單片機(jī)的口資源。

（6）程序運(yùn)行監(jiān)視單元。為加強(qiáng)程序運(yùn)行的可靠行，需要對(duì)程序的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，以防止程序彈飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。因此有必要在電路中設(shè)置看門狗電路（WATCHDOG電路）。現(xiàn)在常用的看門狗電路既有硬件構(gòu)成的，也有純軟件構(gòu)成的，但純軟件的WATCHDOG系統(tǒng)需要設(shè)置高級(jí)中斷子程序，占用較多的單片機(jī)內(nèi)部資源，必將影響整機(jī)的運(yùn)行速度。硬件構(gòu)成的WATCHDOG系統(tǒng)的硬件部分完全獨(dú)立于CPU，可靠性大大提高。

（7）電源單元。由于BU2614，CXAl019S以及單片機(jī)系統(tǒng)需要5V電源電壓，而變?nèi)荻O管需要9V以上的電壓，若采用單電源+5V供電，則必須采用DC-DC模塊升壓得到+12V電壓。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在收音機(jī)開機(jī)后，首先把上次關(guān)機(jī)時(shí)的電臺(tái)調(diào)出來，并把上次關(guān)機(jī)前的各個(gè)臺(tái)號(hào)存儲(chǔ)的電臺(tái)頻率數(shù)據(jù)還原。然后開始動(dòng)態(tài)掃描各個(gè)數(shù)字鍵，判斷是否直接調(diào)用已存好的電臺(tái)。如果有數(shù)字鍵按下，則調(diào)用已存在該鍵下的電臺(tái)，并顯示該電臺(tái)頻率。如果沒有數(shù)字鍵按下則轉(zhuǎn)入判斷功能鍵。當(dāng)有功能鍵按下時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的功能。若沒有功能鍵按下，則存儲(chǔ)當(dāng)前電臺(tái)數(shù)據(jù)后再返回繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)掃描。主程序流程圖如圖4所示。

4測(cè)試結(jié)果分析改進(jìn)措施

設(shè)計(jì)制作完成后，對(duì)整機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果完全達(dá)到了預(yù)想的要求，可實(shí)現(xiàn)全頻段范圍搜索、選擇存儲(chǔ)電臺(tái)，在特定范圍搜索選擇存儲(chǔ)電臺(tái)，調(diào)用已存儲(chǔ)的任意電臺(tái)，載波頻率顯示等功能，接收機(jī)鏡像抑制比極高，但也存在著各頻點(diǎn)靈敏度略有不同的問題，經(jīng)調(diào)整天線輸入端的帶通濾波器及相關(guān)電路，效果有較大改善。

從本調(diào)頻收音機(jī)所采用的器件來實(shí)現(xiàn)的功能上看，還有可以改進(jìn)和完善的地方，如顯示采用LCD液晶顯示可提供漢字信息、增加時(shí)間顯示，功能鍵采用復(fù)合鍵以減少按鍵的數(shù)量；從整機(jī)供電、攜帶方便等角度考慮，整機(jī)應(yīng)采用更低的電源供電。

總的來看，該設(shè)計(jì)的接收性能達(dá)到了要求，有的已遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求，控制功能基本完善。