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[导读]摘要 介绍了红外遥控数字式FM接收机的设计方法,该系统以微控制器avr48v10au为设计核心,与数字收音机模块Si4702构成一个FM数字收音机系统,通过微控制器向Si4702和PT2315芯片写入相关程序,实现收膏机的接收频率调整

摘要 介绍了红外遥控数字式FM接收机的设计方法,该系统以微控制器avr48v10au为设计核心,与数字收音机模块Si4702构成一个FM数字收音机系统,通过微控制器向Si4702和PT2315芯片写入相关程序,实现收膏机的接收频率调整、工作模式、音量等各项参数的设置。该电路的频率接收范围为87.5~108 MHz,能够接收到10~12个电台,具有精度高、抗干扰性强、稳定性好等特点,具有较高的应用价值。
关键词 红外遥控;FM接收机;微控制器avx48v10au;数字收音机模块;编程

    数字化技术是电子产品发展的趋势。目前音频产品基本采用模拟技术。随着信息化技术的发展,收音机逐渐数字化、集成化、成本越来越低、体积越来越小,并在音频广播的基础上还集成其它的功能,如图文广播等,使得在各种设备中嵌入收音机的现象更加普遍。设计将数字式FM音频设备嵌入在家用电器上,通过红外遥控方式实现数字调台以及数字音量调节。该电路系统以AVB单片机为控制核心,以数字单片式FM模块SI4702为接收单元,以PT2315进行D/A变换,并以TEA2025实现数字功放。整个电路系统具有成本低、体积小、数字化控制等优点,具有一定的市场前景。

1 系统方案设计
   
设计采用模块化的设计方法,整个系统由主控制模块、FM音频模块、电源模块、红外线接收模块和数字功放模块组成,系统框图如图1所示。


    设计的主控制模块(MCU)用于对红外发射器发送的信号进行解码、频率调节以及音量控制。FM接收模块可以实现调频收音机的所有功能。由于功放和控制模块电压需求不同,电源模块采用双电源供电,分别产生7.5V和3.3 V的电源电压。数字功率放大模块采用音频功放芯片,设计采用立体声输出,故为双通道放大。红外线接收模块由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片进行控制操作,红外线遥控是目前使甩广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而,继彩电、录像机之后,在音响设备、空调机以及玩具等,其他小型电器装置上也多采用红外线遥控。工业设备中,在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境
下,采用红外线遥控不仅安全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

2 系统实现
2.1 硬件设计
   
为使设计更加直观,采用分层设计方法,整体框架如图2所示。


    设计采用ATmega公司生产的8位微控制器avr48v10au组成控制中心,与数字收音机模块Si4702构成一个FM数字收音机系统。控制模块是
设计的核心,通过MCU向Si4702和PT2315芯片写入相关程序,实现收音机的接收频率调整、工作模式、音量等各项参数的设置功能。图2中TQFFP32.SCHDOC即为AVB单片机部分,是系统的核心,它与SI470X.SCHDOC的SDATA,SCLK,BUSEN,SI_RST*,SI_RDY连接。其中,SDATA,SCLK为I2C通信的信号线,还与PT2315即音频控制模块连接。ic.SCHDOC为电源模块,分别为主控制模块、FM模块提供DVDD,为音频控制模块和功放模块提供AVDD。同时,主控制模块使用AV_PWDN与电源模块相连,控制输出AVDD的大小。如图2所示,整个左右声道信号在电路中的传播过程,由FM模块输出模拟左右声道信号,送入音效控制模块,经音效调节后的左右声道送入功放模块,功放模块进行功率放大后直接将信号输出给扬声器,产生双声道立体声。
    AVR单片机采用内部RC震荡,可以减少外围电路,且功耗极低。该单片机具有ISP接口,可方便地进行在线调试和仿真。由于红外遥控系统的有效距离不长,因此在硬件电路设计中,主体电路可能放在某个角落,为使红外接收管不被遮挡,红外接收管部分可与主体电路相分离,这样也可以减少功放部分对红外接收管的干扰。
    FM模块采用Silicon Labs公司的Si4702芯片,是业界首次运用数字集成和100%CMOS处理技术,集成了从高频放大到FM解调的全部功能,只需要外部一颗电源旁路电容就可以实现调频收音机的所有功能,所需的电路板面积只有20 mm2。
    供电电压要求单片机:1.8~5.5 V;Si4702 2.7~5.5 V;PT2315 6~10 V;功率放大模块是3~15 V,所以采用双电源,由220 V交流电经过变压器,整流桥转换成9 V直流,然后经过两块LM317稳压。单片机和Si4702,采用LM317稳压芯片提供的3.3 V电压,功率放大模块采用7.5 V的稳压模块供电。
    音效处理使用PT2315芯片,它是一种优质的音质处理集成电路,能在I2C总线的控制下进行音频信号的处理,如高低音调节、左右声道分离等,且在实际应用中基本上无插入损耗,被音响生产厂家广泛采用。设计中,要求能对音效进行调节,其电路左右声道完全对称,因此采用双声道立体声输出。无论是Si4702还是PT2315,虽然它们输出都是完整的音频信号,但都无法达到2 x 2 W的功率要求。因此,需要在音效处理后进行功率放大。在功放模块中,为减少不必要的干扰,设计没有采用分立元器件而直接采用专用的音频功放芯片TEA2025。由于是立体声,两个声道需要同时放大,如果使用独立元器件,虽然能进行功放,但不能保证两个通道的功放一致,其两个声道之间可能会出现左右声相互交扰。TEA2025是ST生产的双声道功率放大集成电路,该电路具有声道分离度高、电源接通时冲击噪声小。外接元件少,最大电压增益可由外接电阻调节等特点,可应用于便携式立体声音响系统中作为功率放大。设计在制作时采用双面板布线,并大面积覆铜以减少信号的干扰,实物样机如图3所示。


    红外发射器采用直接购买的普通电视万能遥控器,接收端采用三线制的红外接收管,分别为数据端、接地端、电源端,这样就只要一个中断口就能进行数据的红外输入。在电路中采用双色发光二极管显示目前的工作状态,当为绿色时,即为正常工作,表示搜到电台;绿色和红色交替闪烁时,表示正在搜台。
2.2 软件设计
   
软件设计主要包括3部分:AVR单片机控制部分,FM部分和audio部分。其中AVR部分为设计核心,主要为I2C-avr,IRRxd-avr,timer0-avr,main。FM部分主要为Si4702-avrdrv,通过I2C方式与AVR进行通信,实现对Si4702的寄存器读写操作。Audio部分和FM部分类似,也是MCU通过I2C方式对音效处理寄存器读写操作以达到音效控制的目的。


    在软件设计中,采用模块化的设计方法,这样使每个模块之间只需要注意函数接口,便于检查和更新。主程序流程如图4所示。

3 功能调试及结论
   
接通电源,发光二极管的绿灯和红灯交替闪烁,电路在自动搜台中。收到电台时,发光二极警为绿灯,不再闪烁,两个扬声器能同时听到清晰立体音。接下遥控器上的“音量+”健,可明显感觉到声音变大;按下“音量-”键,能感觉到声音变小。当然,声音也是有最大和最小的,如果达到其极限,继续按音量键则无效。按下“power”时,扬声器不再发出声瞢,同时发光二极管熄灭,此时为关电状态,再次接下“power”,扬声器发出声音,发光二极管发出绿光,此时为开机。按下“CH+”时,发光二极管再次闪烁,同时扬声器听到不同的噪声,正在搜台,几秒后,扬声器再次发出清晰的声音,但与之前声音已不同,同时,发光二极管也已恢复为绿色,表明换台成功。当达到台的最大范围时,仍会播放当前频道。
    设计的红外遥控数字式FM收音机,搜索频率范围87.5~108 MHz,能够接收到10~12个电台,其中有4~5个电台的音质效果较差,但总体达到了设计要求,说明设计方案合理、正确。该电路系统的创新点:用高集成度的芯片来装配电子设备,其装配密度比传统的晶体管电路高,设备的稳定工作时间也可大幅提高,同时电路成本低,只需很少的外围器件,便可大规模生产,具有广阔的应用前景。

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