数字调频收音机的方案设计书与实现

摘要
摘要
调频收音机（FM Radio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。

从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。

如今，随着消费类电子的兴起和繁荣以及数字电子的发展，广大从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智能手机、便携式Video播放器等产品中嵌入FM部分。

传统的调频解决方案存在电路体积大、调谐不方便、稳定性欠佳等弊端。

为了解决上述问题，众多半导体公司纷纷寻求调频接收机的ASIC 解决途径。

本文介绍了数字调频立体声收音机的设计与实现。

其解决了传统的调频方案中体积大、调谐不方便、稳定性不好等这些缺点。

在本文中主要介绍了该设计的硬件电路、软件设计流程、系统测试。

数字调频立体声收音机的MCU采用AT89S52单片机，单片机是本系统的核心器件。

由收音机模块TEA5767实现频率的接收，LCD1602实时显示时间、频率以及音量，用24C16来存储频率，以TDA2822作为音频功率放大器，并通过数字电位器X9313调音量。

本设计通过按键调节频率，用DS1302实时显示时间，并可通过按键修改时间。

关键字：单片机数字调频TEA5767
ABSTRACT
ABSTRACT
FM Radio (FM) has been have in people's life entertainment plays a very important role. From old-fashioned transistor radios to today's Internet radio, show that, through radio and enjoy life has always been like way of life. Now, with the rise of consumer electronics and prosperity and digital electronic development, our engaged in consumer electronics manufacturers don't forget design such as MP3, smartphone, portable Video player etc products part. Embedded in FM. The traditional FM solutions exist circuit big volume, tuning inconvenient, poor stability disadvantages. In order to solve the above problems, numerous semiconductor companies to seek FM receiver ASIC solution.The traditional FM solutions exist circuit big volume, tuning inconvenient, poor stability disadvantages. In order to solve the above problems, numerous semiconductor companies to seek FM receiver ASIC solution.In this paper mainly introduces the design of hardware circuit and software design process, system test. Digital FM stereo radio by MCU AT89S52 SCM system we single chip computer is the core component.TEA5767 realization by radio frequency receiver module LCD1602 real-time, show time, frequency and volume, with 24C16 to store frequency, TDA2822 as audio power amplifier, and through digital potentiometer X9313 tuning quantity.
This design through adjusting frequency, with buttons DS1302 real-time display time, and can modify time by buttons.
key words：TEA5767 microcontroller digital FM
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第1章引言错误！未定义书签。

1.1 选题背景 (1)
1.2 课题概述 (1)
第2章调频收音机的设计 (2)
2.1 调频广播与单声道调频收音机的基本组成 (2)
2.1.1 调频波的特点 (2)
2.1.2 调频广播的优点 (2)
2.1.3 单声道调频收音机基本组成及信号流程 (3)
2.2 调频头电路 (5)
2.2.1 调频头电路的组成、作用与要求 (5)
2.2.2 输入回路 (6)
2.3 高频放大电路2.3.1晶体管共基极高放电路 (9)
2.4 变频电路 (10)
目录
2.5 自动频率控制电路（AFC） (12)
2.6 调频头电路实例分析 (13)
2.7 中频放大电路 (14)
2.8 鉴频电路与去加重电路 (19)
2.9低频放大电路 (22)
第3章结论 (30)
参考文献 (31)
致谢 (33)
第1章引言
第1章引言
1.1选题背景
随着科学技术的不断发展，新颖的调频收音机的不断出现，技术不断的提高，设计出来的收音机外型精致和小巧。

从分离元件到集成电路，这标志着收音机的内部电路简单化。

用一个集成块就能完成所有的工作。

从早起的调幅收音机到现在的调频收音机，我们可以想象收音机的不断的改进和不断的创新，使收音机的发展空间愈来愈大。

现在，出现了新一代高科技产品——数字调频收音机，功能强大，性能优良，设计精巧耐用。

1.2课题概述
调频收音机电路设计，主要采用万能板做TEA5767数码管显示数字调频收音机
1
第2章调频收音机的设计
2.1调频广播与单声道调频收音机的基本组成
2.1.1调频波的特点
(一)调频波的形成
调制是通过用待传送的音频信号（即调制信号）去控制高频载波的振幅、频率或相位来实现。

(二)频偏
调频波是一种等幅疏密波，疏密变化的程度用频偏来表示。

频偏是调频广播中的一个重要概念，它表示为某时刻调频波的频率与调制前高频率载波的频率之差，在调频过程中，频偏随音频信号强弱变化，音频信号强，频偏大，音频信号弱，频偏小。

为保证高保真广播所需要的贷款和有效的利用有限的频道间隙，国际上规定调频广播所允许的最大频偏为75kHz。

(三)广播频段和传播特点
调幅广播中的中波段载频范围为525～1605kHz，短波段载频范围一般在2.6～26.1MHz，前者主要靠地波传播，后者应用在短波段靠电离层反射来传播，调频广播工作在超短波段，其范围在30～300MHz，各国采用频率范围大小不一样，我国采用的是国际标准波段，即87～108MHz。

由于调频广播工作在超短波段，其工作频率大约为调幅中波广播频率的100倍，因此其传输特性与一般中波、短波的调幅广播有很多不同之处，主要特点有：直线传播，传播距离一般在几十至上百km，易受金属物体、高山、楼房等障碍物的反射。

2.1.2调频广播的优点
调频（FM）广播与调幅（AM）广播相比，主要具有以下几个优点
（一）抗干扰能力强，噪声低
1. 各电台间干扰少
由于调频广播为视距广播，因此各电台间相互干扰大大减少。

2. 易克服干扰所引起的幅度变化
一般工业、家用电器等外界及本机内部干扰都以幅度调制方式出现，所以，这种干扰对调幅收音机来说很难克服，而调频收音机中因为有限幅器，能够切除这种幅度干扰，使得调频收音机的信噪比较高，不易出现噪声。

调幅广播目前规定中波广播的频道间隔为9kHz，考虑到选择性，中频通频带只能限制在9kHz以内，致使放声的最高频率最多只能在4~7kHz，所以，高音频分量难以重现，不能保证音质。

调频广播电台间隔规定为200kHz，单声道调频收音机通频带为180kHz，立体声收音机通频带为198kHz，因此，放音频率范围可达20~15000kHz，这就可以实现高质量的声音广播。

对于同一个调频—调幅收音机，即使在低放及节目相同情况下，调频也比调幅收听效果好很多。

调频段的开发不仅可以增加200个频道。

而且由于它是视距传播，所以，数百km外又可重复使用同一频率，这样采用交叉布台的方法，在我国幅员辽阔的情况下，可大大增加可用的频道数目
2.1.3单声道调频收音机基本组成及信号流程
（一）基本组成
如2-1图所示为单声道调频收音机基本组成方框图，它也采用超外差式，由输入回路、高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、音频放大及自动频率控制电路（AFC）等电路组成。

（1）调频收音机的调谐器，通常设有高频放大电路，它由输入回路、高频放大、混频与本振电路组成。

调幅收音机的调谐电路，一般不设
高频放大电路。

（2）调频收音机变频后的中频频率为10.7MHz，而调幅收音机变频后的中频频率为465kHz，两者电路形式基本相同。

（3）调频波的干扰主要表现为幅度干扰，为此调频收音机中在中放电路后设有限幅电路，以切除幅度干扰。

这是调幅收音机没有的，也是
不能有的。

（4）由于调频收音机接收的是调频波，要想从中解调出音频信号，需采用频率解调电路，即鉴频电路。

调幅收音机采用的是检波电路，以
进行幅度解调。

（5）调频收音机中，由于本机震荡频率较高，为了防止由于电源电压与温度变化而引起的振荡频率漂移，还附设有自动频率控制电路
（AFC）,这是一般调幅收音机中没有的
2-1图单声道调频收音机电路方框图
（二）信号流程
如2.1.1图所示，由天线接收到的信号，经过输入回路的选频，将所选出的等幅调频波先送入高频放大电路进行放大，以增加输入信号的幅度，然后变频，变换成10.7MHz固定中频的调频波。

这里的中频调频信号，保持了原调频信号频率
偏移特性，只是载频频率变低。

限幅电路的作用是把经过中频放大后的调频波上的幅度干扰切除掉，保持调频波的等幅特性。

经过限幅电路去掉噪声干扰后，信号被送至鉴频电路，通过鉴频电路解调作用，将调频波中的频率变换转换成信号幅度的变化，于是得到与发射台相对应的音频信号。

音频信号再经过低放、功放电路组成的音频放大电路放大，推动扬声器发出声音来。

与AM收音机相比，其低放、功放电路基本相同，可公用。

2.2调频头电路
2.2.1调频头电路的组成、作用与要求
(二) 组成与作用
调频头也称调频高频头或高频调谐器，它主要由输入回路、高频放大电路、变频电路组成，见2-2图所示
调频头的作用是选择所要接听的调频电台信号，并将它放大、混频，变为10.7MHz的固定中频信号，输至中频放大电路。

（二）性能要求
调频头既是调频接收电路中工作频率最高、信号最微弱的部位，又是决定整机选择性、灵敏度的关键部件。

因此，对调频头的电路结构、元器件质量及工艺要求较严格。

1．要有良好的选择性
调频头既要能选择出所要接听的电台的信号，又应能对其它电台的信号及干扰信号有效地加以抑制。

尤其是镜频干扰和中频干扰，必须靠调频头来抑制，一旦进入中频放大级以后，中频滤波器是无能为力的。

2. 噪声系数要小
输入信噪比与输出信噪比的比值，叫噪声系数。

调频头处在整机最前端，降低调频头的噪声（采用低噪声元件和降低线路本身噪声等措施），是收音机的噪声功率大大下降，噪声系数大大减小，扬声器可发出没有任何杂音的“干净”的声音。

3．线性要好，动态范围大，增益适当
调频头要有很好的线性工作状态和能够承受大信号的较大的工作范围，同时还要有适当的增益。

4．本振辐射要小
本振信号可视为一种干扰源，若其向外辐射，则对接收机造成干扰。

为此，本机振荡不要过强，波形失真要小，一般对本振部分加屏蔽。

有些高保真收音机甚至把整个调频头全屏蔽起来。

2.2.2输入回路
调频收音机输入回路分为固定调谐式输入回路和可变调谐式输入回路。

（一）固定调谐式输入回路
固定调谐式输入回路的谐振频率为87~108MHz的调频波段中间（98MHz）附近的固定值。

由于调频收音机的频率覆盖比较窄，通常使波段两端的灵敏度较高，
中间有些失真，增益较低，为补偿波段中间的增益，将输入回路的谐振频率调到中间。

采用固定调谐式输入回路的调频头，一般使用双连可变电容器，一连用于本振谐振回路，一连用于高放输出端谐振回路，这样可以基本满足普通调频收音机对灵敏度与选择性的要求。

输入回路的天线多采用拉杆天线，有单杆和双杆之分，单杆对地不平衡，双杆对地平衡。

1．单杆不平衡天线输入回路
单杆不平衡天线输入回路，如2-3图所示，其特点是结构简单。

A图为电容耦合，L1、C1组成的输入回路，75Ω鞭状天线接收的信号通过C2耦合到输入回路，经筛选后，输入回路选择出的信号经C3耦合到高放级。

B图为电感耦合，天线接收的信号通过电感L1、L2耦合到输入回路，在由C2将输入回路选择出的信号耦合到高放级。

电容耦合在天线与输入回路的匹配和传输均匀性上，不如电感耦合好，但结构简单，普通接收机多采用电容耦合的方式。

图2-3输入回路
2．双杆平衡天线输入回路
双杆平衡天线输入回路，如2-4图所示。

它有单调谐和双调谐之分，A图为单调谐回路，它通过L1、L2之间的耦合作用，将天线接收到的信号耦合到输入回路，
再由C2将输入回路选择出的信号送到高放级。

对要求较高的收音机，单调谐回路满足不了选择性既好，增益又高的要求，常采用B图所示的双调谐回路。

图2-4双杆平衡天线输入回路
（二）可变调谐式输入回路
高档的调频收音机，常采用可变调谐式输入回路，如2-5图所示。

改变输入回路的可变电容，使其与所要接收电台的信号频率发生谐振，其它频率的干扰受到很大衰减，既增强了选择性，又提高了抗干扰能力。

此电路多采用三连或多连可变电容器。

天线接收的电台信号，通过L1、L2耦合到由L2、C1a、C2、C3、C4和C5组成的输入回路。

C4、C5组成电容分压器，起减小高放级输入阻抗的旁路作用，提高回路Q值，C5两端的电压送到高放级。

图2-5可变调谐式输入回路
2.3高频放大电路
2.3.1晶体管共基极高放电路
高档调频头的晶体管高频放大电路一般采用共基电路，这是由于共基电路的截止频率高、内部反馈小、工作稳定性好、有较好的增益，适于高频放大，并且共基电路输入阻抗低，容易与天线输入阻抗相匹配。

如2-6图所示如下图所示，该电路为晶体管共基极高放电路。

其中，L1、C2组成固定调谐式单杆不平衡直接耦合输入回路。

输入回路选择出的信号由变压器耦合到高频放大管基极，进行高频放大后，再由C5、C6a、C7、C8与L2组成的可变调谐回路对信号进一步选择。

即调节C6a，使调谐回路谐振于所要接收的电台频率上，从而对无用电台信号或干扰信号加以抑制，从而选择出所要接收的电台信号，经C9耦合到混频管。

R1、R2、R3为该电路偏置电阻，AGC（自动增益控制电路）控制电压经R2加至高放管基极。

C6a从容量最大变化到最小时，调谐回路从低端87MHz 变化到高端108MHz。

C5、C7用于调谐回路在高端与本振回路进行统调。

C8容量较大，对高频相当于短路，主要起隔直作用。

图2-5共基极高放电路
2.3.2场效应管共源极高放电路
在性能要求较高的调频收音机中，高放管多采用场效应管。

这是因为场效应管与晶体管相比具有阻抗较高，动态范围大，噪声系数低等优点。

将场效应管应
用于高放电路，可大大提高对大信号的承受能力，减小失真，提高整机的选择性。

如2-6图所示，为场效应管高放电路，为提高增益，它接成共源极电路。

该图中，L1、L2、C1、C2与C3组成可变调谐式输入回路；AGC电压从中放级输出取得，经R4、C12、R1滤波，由R1提供给场效应管栅极，在输入信号电压增大时，管子压变负，跨导减小，增益下降，即反向AGC；R2为源极电阻，负偏压从R2上取得；R3为漏极电阻，提供电源电压；L4、C8、C9与C10组成并联谐振回路；C6为中和电容，起抵消漏栅电容内部反馈的作用。

2-6图结型场效应管的高放电路
2.4变频电路
调频头变频级有采用单管完成本振和变频功能的，也有采用两只分别完成本振和混频功能的。

单管完成本振与变频功能的电路，与调幅收音机电路基本相同，此处不再重复。

电压一种简单实用的混频电路如2-7图所示。

其中，三极管T1实现频率变换，将天线接收到的高频调制信号（f1）与三极管T2和晶振组成的本机振荡器的输出信号（f2）进行混频，由LC选频网络选出的中频信号（f2-f1）。

频率变换的原理是，利用三极管集电极电流i c与输入v be之间的非线性关系实现频率变换。

变换后的调制参数（调制频率和频率偏移）保持不变，仅载波频率变换成中
频频率。

对于上图所示电路，由于高频调制信号从混频管的基极输入，本机振荡信号从混频管的发射极注入，故称这种电路为基极输入、发射极注入式混频电路。

这种电路的特点是：信号的相互影响较小，不易产生牵引现象，但要求本振的输出电压较大，以便使三极管T 1工作于非线性区，实现频率变换。

混频管T 1的静态工作点由R 1、R 2及 R 3决定（在电源电压+V cc 确定时）。

为使混频管在大信号输入下进入非线性工作区，静态工作电流I CQ 不能太大，否则非线性作用消失，混频增益将大大下降。

但I CQ 也不能太小。

实验表明+V cc =+6V 时,I CQ 取 (0.3~0.5)m A 较合适。

三极管T 2 和晶振J T 组成的本机振荡电路称为电容反馈三
点式振荡电路，又称“考毕兹”电路。

电路的反馈系数F=C 7/C 5。

振荡频率主要由
晶振的频率决定，因此频率稳定度较高。

分析表明，振荡频率f 0的表达式 f0=∑∏LqC 21
（2-1）
式中，Lq 为晶振的等效电感，与频率有关，对于频率为几十兆赫的晶振，Lq 约为 几毫亨；C ∑为谐振回路总电容，由晶振的等效电容C0、Cq 与外接电容C4、C5及 C7共同决定。

若选C4<<C5,C4<<C7,则
C ∑=4)
4(C Co Cq C Co Cq +++ （2-2）
式中，C q 为(0.005~0.1)p F ，C 0为(2~5)p F ，所以C 4的取值比较小才能对晶振的频率实现微调，一般C 4为几皮法~几十皮法的小微调电容。

本机振荡电路的静态工作点主要由R 4、R 5、R 6及R 7决定。

为使本机振荡器输出较大的电压，静态电流I CQ 应较大，但也不能太大，否则会使振荡输出的波形发生畸变，产生高次谐波，影响混频级电路的性能。

实验表明+V cc =+6V 时，I CQ 取(0.4~0.8)m A 较好。

电容C 3为本机振荡器的输出耦合电容。

由于混频管工作在非线性状态，易引起各种信号的干扰，如中频干扰、镜像干扰等，采用晶振构成的本机振荡电路，可以减少干扰，必要时，在混频级前加一级高频调谐放大器，可大大抑制镜像干扰。

图2-7双管构成的混频电路
2.5自动频率控制电路（AFC）
自动频率控制电路简称AFC电路，它是一个闭合环路，如2-8图所示：
图2-8自动频率控制方框图及变容二极管特性曲线
从鉴频电路得到的电压正比于偏离10.7MHz中频的频偏的大小，若用这个电压控制本振回路中的可控元件，就可改变本振频率。

它是利用接收机失谐时鉴频电路输出的直流电压控制本振频率，使接收机自动处于最佳调谐状态，这时鉴频电路反馈的AFC电压最小。

控制本振频率的最常见方法是采用变容二极管，其特性曲线见上图所示。

将变容二极管置于本振调谐回路中，当AFC控制电压加在变容二极管两端，随着AFC电压的变化，变容二极管的等效结电容CB也随之变化，其结果使AFC电压控制本振电路的谐振频率。

2.6调频头电路实例分析
请见附录A为调频头实例电路。

L1、C2组成单杆不平衡天线输入回路。

天线接收的信号通过C17耦合到输入回路，其通频带在87~108MHz，此输入回路筛选后的信号由C3耦合到高放级。

高放级VT1采用共基极电路，其负载是由L2、C5、C6组成的可变调谐回路。

可变电容，它与本振回路中C1b构成双连可变电容，C5为微调电容，C6为补偿电容。

R1、R2、R3构成VT1偏置电路，C4为旁路电容，C8为耦合输出电容。

VT2
为变频管，既完成本振功能又实现混频。

其中，C1b、C12、C10、C14与L4组成本振回路。

C12为振荡反馈电容，C14为微调电容，C13为补偿电容；L3、C9、R4构成串联谐振回路，起中频陷波作用，抑制中频干扰。

由C8输出的高频信号与C12输出的本振信号，同时加到VT2输入端，利用VT2非线性作用产生10.7MHz 中频信号。

中频选频回路T1与本振回路串接，由于中频选频回路中电容对频率较高的本振信号相当于短路，本振回路中L4电感对中频信号也相当于短路，故这两个回路相互影响很小。

变容二极管VD4通过隔直电容C15跨接在本振回路两端。

当调谐准确时，变频输出中频信号10.7MHz，此时V AFC为零，本振频率不受其影响；当本振频率发生漂移，则它与接收的高频信号差频也将偏离10.7MHz，这时鉴频电路将输出正或负的V AFC直流电压，该电压经R8加至变容二极管VD4的负极，使其电容量增大或减小，使本振频率恢复正常。

二极管VD3是阻尼二极管，VD5、VD6起稳压作用，为高放管VT1与变频管VT2提供偏压。

2.7中频放大电路
2.7.1作用与性能要求
（一）作用
将变频级输出的中频10.7MHz信号加以放大，提高灵敏度；对中频信号进一步筛选，提高选择性；并且送到鉴频器进行鉴频。

（二）性能要求
中放级性能的好坏，在很大的程度上决定着收音机整机的灵敏度、选择性、失真度和自动增益控制等主要的技术指标。

对中频放大器主要性能的要求有：
1.增益高
要保证有60dB左右功率增益，一般中放级采用两级放大。

2.选择性好
中频放大器多采用谐振于10.7MHz并联谐振回路作负载，由此大大提高整机的选择性。

3.稳定性好
中放级工作在10.7MHz信号下，如果不考虑其工作时的稳定性要求，将容易
出现失真、自激现象等等。

4. 通频带要有一定的宽度
中频信号的中心频率为10.7MHz，广播电台发射信号的频谱宽度规定为9KHz。

这样，送入中频放大级的信号频率约为88~108MHz，要对整个频谱内的信号均匀放大，就要求中放级的通频带要有一定的宽度。

2.7.2 电路分析
（二）电路组成
中频放大电路一般由两级中频放大器和三个中频变压器组成，如2-9图所示。

中频变压器有两个作用，其一，变压器的初级线圈与槽路电容组成固定中频的选频回路，对信号作进一步的筛选；其二，利用变压器耦合实现阻抗匹配，并将信号耦合至下一级。

图2-9中放电路的组成
变频后的10.7的中频信号，经过中频变压器1的筛选后，送往第一级中频放大器放大；中频变压器2对放大后的中频信号进一步的加以筛选，再送到第二级中频放大器放大，中频变压器3将选出的信号送往检波器。

应当指出，三个中频变压器工作原理是相同的，但是对它们的要求不同，参数也有所不同。

要求变压器1有良好的选择性，变压器2有一定的通频带和选择性，变压器3有较宽的通频带和较好的选择性。

在实际的电路中，三个变压器的位置不可更换。

2.7.3调谐回路的种类
中频变压器就是调谐回路。

它可分为单调谐回路、双调谐回路和陶瓷滤波器。

各种外差式收音机的类别、档次不同，对增益、选择性通频带等指标的要求也不同，选用的中频变压器也不同。

1. 单调谐回路
单调谐中放回路每级只有一个LC并联谐振电路，有时为展宽谐振回路通频带，往往在回路两端并联一阻尼电阻。

如2-10图所示为单级单调谐中放电路。

要说明的是，为了电路稳定，实际电路中往往还要设置中和电容，如2.7.3图C9,这是因为晶体管本身存在极间电容，一般几pF。

对低频信号工作时，这些电容容抗较大，近似开路，对电路影响不大。

但高频率信号工作时，其容抗较小，将有高频电流通过，特别是基极和集电极级间电容Cc，能把集电极输出的一部分信号反馈回基极输入端，形成内部反馈，由此能使中放管产生自激。

如增加中和电容C9，由于中频变压器T初级抽头接电源，使初级上下两端相位正相反（对抽头而言）。

这样，输出信号从C9加到基极的电流i9相位刚好和极间反馈电流ic相反。

如果适当选择C9的大小，就可以使这两个电流大小相等，从而相互抵消。

由此可知，所谓中和，就是人为的外加一反馈电流和管内极间电容所造成的反馈电流大小相等相位相反，从而相互抵消。

单调谐回路结构简单，便于调整。

其谐振曲线较尖锐，虽对10.7MHz中频信号能产生很高压降，有较好选择性，但对距10.7MHz 中心频率稍远一些的信号衰减过大，致使音质欠缺。

图2-10中频调谐回路谐振特性
2.双调谐回路
单调谐中频放大器具有结构简单，调整方便，应用广泛等特点，但它很难同时满足选择性和通频带两方面的要求。

在较高档次收音机中多采用双调谐中频放大器。

双调谐耦合回路是指两个谐振于同一个中心频率f0的LC并联谐振回路，它们间通过电感或电容耦合的方法，形成一个双调谐耦合回路，其频率响应除决定于各调谐回路的Q值外，很大程度上还与两回路间电感或电容耦合松紧有关。

耦合较松时为单峰曲线，耦合较紧时为双峰曲线。

如2-11图所示。