红外遥控数字式FM接收机设计

吴 尘，陈伟元，杨爱恩，张大强

(苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州215104)

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AVR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［1－2］。

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。

图1 数字式红外遥控FM收音机系统组成框图

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7.5 V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用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。

图2 FM收音机系统方案设计整体框图

设计采用ATmega公司生产的8位微控制器avr48v10au组成控制中心［3］，与数字收音机模块Si4702构成一个FM数字收音机系统［4］。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AVR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［4］。

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［5］。

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2×2 W的功率要求。因此，需要在音效处理后进行功率放大［6］。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［7］。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。

图3 实物样机

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。

图4 主程序流程图

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，发光二极管为绿灯，不再闪烁，两个扬声器能同时听到清晰立体音。按下遥控器上的“音量+”键，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，扬声器不再发出声音，同时发光二极管熄灭，此时为关电状态，再次按下“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。当达到搜台的最大范围时，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。

［1］ 郭鑫.基于DSP技术的音频优化电路的设计与实现［D］.成都:成都理工大学，2010.

［2］ 赵德浩.基于DSP技术的数字音频信号处理［D］.南京:南京理工大学，2005.

［3］Atmel Corporation.ATmega48/88/168 datasheet［M］.USA:Atmel Corporation，2011.

［4］Silicon Labs.Si4702/03－C19 datasheet［M］.USA:Silicon Laboratories Inc.，2008.

［5］National Semiconductor.LM117/LM317A/LM317 3－Terminal adjustable regulator datasheet［M］.USA:National Semiconductor Corporation，2005.

［6］Princeton Technology.PT2315 datasheet［M］.Taipei:Princeton Technology Corporation，1998.

［7］SGS－THOMSON Microelectronics.TEA2025B/2025D datasheet［M］.USA:SGS－THOMSON Microelectronics，1994.