摘　要: 本调频收音机的设计是以SONY公司FM/ AM 收音机集成芯片CXA1019S 为核心,完成混频、中放,鉴频,功放等功能;采用MCS - 51 系列单片机控制变容二极管的输入电压以实现输入回路的调谐与高度稳定的本振,提高镜像抑制比;采用E2 PRAM 实现电台存储;通过DC - DC 直流变换器实现全电路3V 供电;通过D/ A 输出控制电压,加上8279 键盘显示电路,从而实现多种程控搜索、电台存储,载波显示,时钟的控制及显示;利用片内电子音量控制功能,使输出音量得到了提升;为提高灵敏度,抑制噪声,增加了调频静噪调谐电路,使该收音机的收音质量得到了很大改善.

1　设计要求
设计与制作一台调频收音机,要求:
1) 接收FM 信号频率范围88MHz～108MHz ;
2) 调制信号频率范围100Hz～15kHz;
3) 最大不失真功率≥100mW;
4) 镜像抑制比优于20dB ;
5) 接收机灵敏度≤1mV ;
6) 可实现多种自动程序频率搜索(如全频率范
围搜索、指定频率范围内搜索等) ;
7) 可存储已搜索到的电台,存储电台不少于5个;
8) 其它(如3V 单电源供电、节能供电、时钟显示等.

2 　方案的设计与论证
1) 接收芯片的选择
调频收音机一般包括:天线、输入调谐回路、混频、本振、中放、鉴频、功放、输出等部分. 如果要实现自动调谐,程控搜索,电台存贮,载频显示,还要加上控制和显示电路. 其中混频、中放、鉴频电路既可以单独设计,也可采用专用的芯片. 采用集成芯片可以使整个系统体积小、重量轻、可靠性好、灵敏度高、功耗低等特点. 考虑到调频收音机的接收频率较高,本课题对灵敏度,镜像干扰参数的要求严格,故采用SON Y 公司生产的单片调频调幅集成电路CXA1019S 构成该机的核心电路.
2) 调谐方案的选择
对整机性能和功能影响较大的是输入调谐放大器和本振,这两部分电路直接影响收音机的选择性,镜像抑制比. 调谐方式的选择,决定了整机能否实现程控搜索等功能.
方案①:手动LC 调谐. 通过手动调节双联电容或L 来改变输入回路的谐振频率和本振频率,使谐振频率发生变化,进而达到选台的目的. 其优点是调节简单,使用者可以根据收听效果进行调节,获得最佳效果;但由于频率的稳定度取决于LC 振荡器的稳定度,而LC 振荡器的频率稳定度较低,导致本振频率漂移严重,接收性能差.
方案②:手动压控调节:此方案将双联电容换成变容二极管,调节精密电位器产生一定的偏压改变电容二极管的结电容,使谐振频率发生变化. 其优点是调节简单,可用数字电位器产生一定的电压改变晶体管或变容二极管的结电容,从而改变选频回路和本振的振荡频率. 它虽然克服了分利元件的分散性,但难于实现程控搜索的智能化,一般数字电位器的位数较低,所以难于得到精细的控制电压,再加上变容二极管的非线形误差,使得控制电压与谐振频率之间成非线性关系,从而使控制电压的产生和载频确定都很困难,同时这种方案也存在稳定性不好的缺点.
方案③:电压合成调谐. 单片机将各种信号经D/ A 转换后,将得到的调谐电压送到本振回路,通过改变变容二极管两端的电压来改变本振的频率,从而实现电压的自动调谐. 该方式结构简单,信噪比高. 通过对单片机编程进而可以实现电台的程控搜索,并且可以准确显示本振或载波的频率. 实现了程控搜索的智能化. 是目前比较好的一种调谐方式.
方案④:锁相环频率合成方式. 该方案的显著优点是频率稳定度高,与晶体振荡器的稳定度相同,可达10 - 6以上,当压控振荡器参数发生变化时,可以自动跟踪捕捉,使频率重新稳定. 国外市场有专门的锁相频率合成芯片BU2614 ,该芯片含有参考分频器,鉴相器,转换寄存器,锁存器等组成,由于它具有跟踪特性,作为一个窄带跟踪滤波器,可提取淹没在噪声中的信号,用高稳定的参考振荡器锁定,通过频率合成,实现了PLL 控制. 同时它可输出控制电压作为反向偏压加至调谐与本振回路的变容二极管上,进而完成高质量的收音效果.
比较上述方案,很明显方案④的锁相频率合成方式优于①, ②, ③方案. 但由于该芯片较新,未投入市场使用,故决定采用方案③.
3) 单片机自动选台及搜索功能
单片机自动选台及搜索功能是本方案的技术难点,要解决的问题是如何定位信号. 其中有两个问题需要解决:一是信号采集问题,另一个问题是接收机带宽与本振频率分辨率的关系. 另一方面,由于接收机的带宽大于本振频率分辨率,检测到信号后还应当加上适当频率偏移调节.
综上所述,本设计的方案为:用软件来控制两个变容二极管的电压,从而实现电调谐. 混频. 中放. 解调. 和功放采用SON Y专用芯片CXA1019S ;同时采用MCS - 51 系列单片机,配以键盘和显示电路就可实现课题要求的功能.

3 　系统简介
该系统由接收机,单片机系统两大部分组成. 系统框图如图1 所示. 从天线输入的信号经88 ～108MHz 带通滤波器滤波, 10. 7MHz 滤波器滤波(抑制中频干扰) 后,送人CXA1019S 进行混频,中放和鉴频处理,还原出音频信号. 该机的本振控制电压由单片机提供作为变容二极管的压控信号,改变其压控信号大小即产生不同频率的本振信号,并在数码管上显示出相应信息.

4 　单元电路控制
1) 接收机部分
接收机部分的电路和外围元器件参数图见图2.
为了防止外部干扰,这部分电路和输入回路都用印刷电路板组装,效果较好.
该机的音量控制利用了片内电子音量实现,端子5 接音量电位器的可调端,其它两端中一端接端子9 的恒压输出,另一端通过电子R5 接端子20. 端子5 音量控制直流电压变化输出音量规律为:当端子5 电压上升时,输出音量减小,端子5 电压下降时,输出音量升高.
为提高本机的灵敏度,抑制噪声电压,增加了调频静噪调谐电路. 端子20 又称为调谐表指示. 该端子在收到FM 信号时,输出电压为低电平,相当于音量电位器一端接地,此时调节音量电压器,可获得最大的音量. 在无FM 信号或没有调谐到FM 信号时,端子20 输出为高电频,接近于电源电压. 该电压使音量控制端子5 电压升高,电子音量控制使功放处于低功耗的静态,无音频信号及噪声输出,提高了收音机的收音质量[1 ] .

2) 单片机部分
框图如图3 所示. 它是本机的控制中心,其主要功能是根据用户的操作信息,输出相应的数据,经过DAC0832 转化为相应的电压信号,进而控制本振频率,并显示接收机的接收信息,完成电台的搜索、储等功能. CPU 及键盘显示接口采用常用的8051和8279[2 ] .

3) 电源电路
本机在电路的不同部分共使用了三种电源.+ 5V供单片机和接收机用, ±12V 电源供运算放大器用. 由于本机的发挥部分要求用单- 3V 电源供电,所以必须采用某种升压措施,才能得到5V 和12V 的电压. 我们采用了DC - DC5D15 直流变换器,用升压与降压的方式来得到+ 5V ,与±12V 的电压.

5 　软件系统
软件编程是实现系统多功能、智能化、操作方便的关键,由于控制比较复杂,软件编译和仿真采用伟福软件开发系统.
主程序流程:

软件流程:

6 　测试仪表与数据
1) 测试仪表
示波器PROTER 6540 MHz ;高频毫伏表DYC- 5 ; 低频毫伏表DA - 16 ; 数字频率计HC -L F1000 ;调频扫频仪HG1250
2) 测试电路图

3) 性能测试
①频率范围测试

②最大不失真输出功率的测量
调频信号源输出载频分别为88MHz ,98MHz ,108MHz ,调制频率为1kHz ,频偏为75kHz 的调制信号加至收音机的输入端. 收音机分别调谐在88MHz ,98MHz ,108MHz 三点上,改变音量电位器,使负载两端电压波形失真为最小,记下RL 两端电压, 按,计算最大不失真功率. 数据如下表所示.

③灵敏度测试
收音机的方法与最大不失真功率方法类似,调节音量电位器使收音机输出功率为≥100mV ,减少信号源输出幅度,使输出波形恰好不失真,此时调频信号源输出电压即为灵敏度. 数据如下表所示.

④镜像抑制比测试
调频信号源输出88MHz , 98MHz , 108MHz 的载频信号,调节音连量,使接收机的输出标准功率≥100 mW 信号源输出调至灵敏度电压,关闭1 kHz调制信号. 改变频率为各频点对应的镜相频率调节信号发生器的输出电压,使中放输出电压增加到原来的标准,则前后两次调频信号源输出电压的比值用dB 表示,即为镜像抑制比. 数据如下表所示.

4) 实验结果和分析
所研制的调频收音机具备收音效果好,接收灵敏度高等特点,其整机测试指标均优于课题要求. 该机最大限度的开发了CXA1019S 芯片的功能,增加了调频静噪调谐电路,调谐时基本无电磁干扰. 考虑到5D - 15D 直流变换器的电磁效应,将其加以屏蔽以减少其对整机电路的高频干扰,收到良好的效果.
用单片机控制实现了全频率范围搜索,并显示指定频段的载频,测试期间搜索到11 个电台. 结果分析说明:该收音机的设计和控制方案合理,充分引用了新技术,其性能先进,质量可靠.

参考文献:
[1 ] 　王紫婷. 电子技术实验教程[M] . 成都:西南交大出版社,1997.
[2 ] 　武　锋. PIC 系列单片机应用技术[M] . 北京:北京航空航天大学出版社,1998.

The Design and Control of FM Receive

Abstract : In this paper , We used the FM/ AM receiver integrated Chip CXA1019 of SON Y company to finish mixing , intermediate - Frequency amplification , frequency discrimination , power amplification ; We used MCS- 51 signal - microcomputer to cont rol the input voltage of varicap then we CAN turn in the input circuit , gain stable frequency and high image - holdback ratio ; We used E2PRAM to save radios ; used DC - DC changer to supply the whole circuit (3V) with one power supply ; By means of the output voltage of D/ A and the keyboard- display circuit of 8279 , we can auto - search the radios , save the radios , display the carrier f requency and display the cLOCk ; We used the elect ric sound volume in the chip to cont rol the sound volume ; In order to raise the sensibility and holdback crackling , We added the circuit of quiet syntonize ; Through the mass of the radio had much progress.
Key words : FM Receiver ;Design ;Control