AVR單片機(jī)的調(diào)頻立體聲收音機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種以低功耗單片機(jī)ATmega8L為控制核心，以RDA5807P芯片作為FM接收器的調(diào)頻收音機(jī)。該收音機(jī)通過單片機(jī)ATmcga8L的I2C總線接口讀寫RDA58O7P收音模塊的數(shù)據(jù)，用按鍵及紅外遙控器進(jìn)行搜臺、音量調(diào)節(jié)等操作。用LCD顯示接收頻道的頻率，當(dāng)前音量大小等信息。設(shè)計(jì)中給出了實(shí)現(xiàn)FM調(diào)頻收音機(jī)的硬件電路、讀/寫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(jī)可以清晰、穩(wěn)定地收聽省府及本地發(fā)射的所有調(diào)頻電臺。

引言

早期的數(shù)字FM處理芯片TEA5767由Philips公司開發(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(qū)動耳機(jī)。鑒于此，國內(nèi)銳迪科微電子公司獨(dú)立開發(fā)了一顆具備高接收靈敏度的FM立體聲數(shù)字芯片RDA5807P，具有自動搜臺、重低音、靜音、休眠、直接驅(qū)動耳機(jī)等優(yōu)異的性能。本文介紹用RDA5807P芯片設(shè)計(jì)和制作了一款帶遙控功能的收音機(jī)。

1 收音機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

收音機(jī)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本收音機(jī)采用單節(jié)3.7 V、容量1500 mAh的鋰電池作力電源，在使用壽命期內(nèi)可以用手機(jī)充電器反復(fù)對它進(jìn)行充電，使用非常方便。采用低功耗的AVR單片機(jī)ATmega8L作為微控制器，負(fù)責(zé)處理和協(xié)調(diào)各模塊電路的工作，ATmega8L的工作電壓為2.7～5.5 V，片內(nèi)有512字節(jié)的EEPROM，不用專門外接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，重新開機(jī)后又可以恢復(fù)原來的信息。調(diào)頻收音機(jī)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I2C總線接口對芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫/讀操作。通過鍵盤或紅外遙控發(fā)射器可以進(jìn)行自動搜臺、手動選臺、音量調(diào)節(jié)、靜音操作。LCD用于顯示當(dāng)前收聽電臺的頻率、音量等級等信息。音頻功率放大器放大當(dāng)前收聽電臺的音頻信號，驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源管理模塊電路設(shè)計(jì)

電源管理模塊電路如圖2所示。LM2054是一款單節(jié)鋰電池恒流、恒壓線性充電芯片，最大充電電流可達(dá)到800 mA。它只需外接極少的外部元件，預(yù)設(shè)4.2 V充電電壓，精度達(dá)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(dá)到預(yù)設(shè)值4.2 V后指示燈D101熄滅。

2.2 微控制器及鍵盤、顯示、紅外遙控接收電路設(shè)計(jì)

微控制器及鍵盤、顯示、紅外遙控接收電路如圖3所示。

鍵盤K1～K6用于選頻、音量調(diào)節(jié)等。紅外遙控接收頭連接到單片機(jī)ATmega8L的PB0，用單片機(jī)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(jī)過多的I/O口，數(shù)據(jù)接口只使用高4位，在寫入命令或數(shù)據(jù)時(shí)，分兩次寫入，先寫高4位，再寫低4位。為了降低LCD的用電量，LCD的背光燈用單片機(jī)的PD3和PC1進(jìn)行控制，當(dāng)用戶設(shè)置好想收聽的電臺，5 s后LCD背光燈自動熄滅。

2.3 調(diào)頻收音模塊電路設(shè)計(jì)

調(diào)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(jī)接收芯片，加上極少的外圍元件且基本不需要校準(zhǔn)，通過程序設(shè)定即可接收歐洲、美國和日本的調(diào)頻波段。單片機(jī)通過I2C總線SCL和SDA將訪問RDA5807P芯片所需的地址、命令、數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部的寄存器中，也可以通過該總線讀出芯片內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)，取得接收頻道的數(shù)據(jù)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(qū)動32 Ω的耳機(jī)發(fā)出聲音，也可以接到下級音頻功放進(jìn)行放大，推動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

2.4 音頻功率放大電路設(shè)計(jì)

音頻功率放大電路如圖5所示。PAM8403是一塊D類音頻功率放大器芯片，它具有諧波失真低、噪聲串?dāng)_小、可直接驅(qū)動喇叭的特點(diǎn)。用它制作的音頻功放，電路簡單，工作可靠。在5 V電源和4 Ω負(fù)載條件下，能輸出3 W的功率。效率可達(dá)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

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

2.5 紅外發(fā)射模塊電路設(shè)計(jì)

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(nèi)接有上拉電阻，無鍵按下時(shí)，電路中無電流流通，振蕩電路不起

振，無遙控編碼信號輸出。當(dāng)有某一鍵按下時(shí)，電路產(chǎn)生455 kHz的振蕩信號，由BA5104內(nèi)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(diào)制，經(jīng)15引腳串行輸出，由三極管Q501、Q502構(gòu)成的達(dá)靈頓驅(qū)動電路放大，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(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)主要包括讀寫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(shè)定模塊程序、遙控解碼及功能設(shè)定模塊程序等。本設(shè)計(jì)選用CodeVisionAVR作為開發(fā)軟件，軟件中集成有LCD1602、I2C總線驅(qū)動程序，不用再編寫相應(yīng)的底層函數(shù)，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總線接口進(jìn)行搜臺的程序設(shè)計(jì)和紅外遙控解碼程序的設(shè)計(jì)。

3.1 搜臺程序設(shè)計(jì)

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總線接口是由START、命令字節(jié)、數(shù)據(jù)字節(jié)及每個(gè)字節(jié)后的ACK及NACK比特、STOP組成。RDA58027P芯片寫器件地址為0x20，讀器件地址為0x21。RDA5807P芯片內(nèi)部的I2C總線接口有4個(gè)寫數(shù)據(jù)寄存器，其地址分別是0x02、0x03、0x04、0x05。2個(gè)讀數(shù)據(jù)寄存器，其地址分別為0x0A、0x0B，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器又分為高字節(jié)和低字節(jié)。這些數(shù)據(jù)寄存器的地址是不可見的，不能通過單片機(jī)直接對指定地址的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀/寫操作。因此，單片機(jī)在發(fā)出讀/寫命令字節(jié)后，接下來必須對數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行連續(xù)地讀/寫操作。其子程序如下：

硬件模式搜臺程序設(shè)計(jì)主要是通過調(diào)用連續(xù)寫和連續(xù)讀操作子程序來對收音模塊寄存器進(jìn)行讀/寫，其程序流程圖如圖7所示。

根據(jù)該流程圖編寫的子程序如下：

3.2 紅外遙控解碼程序設(shè)計(jì)

由BA5104的編碼格式可知;遙控碼的一幀長度為12位，其中包括3位起始碼、2位用戶碼、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，要用單片機(jī)來判斷遙控發(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。可以采用外部中斷法，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(shè)置為輸入狀態(tài)，下降沿觸發(fā)，當(dāng)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(jī)自動將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(shè)置為上升沿觸發(fā)，當(dāng)再次產(chǎn)生捕獲中斷時(shí)，將ICR1中的值保存至T2中，將ICP1設(shè)置為下降沿觸發(fā)，并將TCNT1置0。之后計(jì)算出T2-T1的時(shí)間并保存至事先開辟的數(shù)組中，要注意的是，T2-T1有可能出現(xiàn)負(fù)值，此時(shí)要將(T2-T1+0xffff)再保存，直到接收完12位數(shù)據(jù)。

保存在數(shù)組中的數(shù)據(jù)，當(dāng)其值為3/4×1.687 9ms≈1266μs時(shí)，被認(rèn)為接收到“1”，當(dāng)其值為1/4×1.687 9 ms≈422 μs時(shí)，被認(rèn)為接收到“0”。由于遙控發(fā)射器和單片機(jī)所使用的晶振頻率與標(biāo)稱值會有一定的偏差，所以在程序中要留有一定的余量。

結(jié)語

經(jīng)過多次比對測試，該收音機(jī)可以清晰、穩(wěn)定地收聽省府及本地所發(fā)射的調(diào)頻電臺信號。