一款低成本AM/FM車載收音機(jī)設(shè)計(jì)

音頻信號(hào)的頻帶越寬，所包含的音頻信號(hào)分量越豐富，音質(zhì)越好，動(dòng)態(tài)范圍越大，信號(hào)強(qiáng)度的相對(duì)變化范圍越大，音響效果越好。如圖1即為幾種音頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。

動(dòng)態(tài)范圍=20xlog10(信號(hào)的最大強(qiáng)度/信號(hào)的最小強(qiáng)度)(dB)

由圖中可以看出，3種音頻信號(hào)的頻域動(dòng)態(tài)范圍：

信噪比SNR(Signal to Noise Ratio)是有用信號(hào)與噪聲之比的簡(jiǎn)稱。噪音可分為環(huán)境噪音和設(shè)備噪音。信噪比越大，聲音質(zhì)量越好。

SNR=20xlog10(有用信號(hào)的平均功率/噪聲的平均功率)(dB) (2)

PT2313L音頻處理器內(nèi)部主要由四部分電路組成。其中串行總線解碼和鎖存電路(Serial BusDecoder&Latchs)用于完成串行數(shù)據(jù)的接收、解碼和鎖存，并以其控制其余三部分電路。輸入選擇器和增益控制電路(Input Selector&Gain Control)主要完成對(duì)三路音響源的選擇和對(duì)其增益的控制。音量和高響度(重低音)、低音、高音電路(Volume&Loudness、Bass、Treble)由對(duì)稱的左右兩個(gè)聲道電路組成，主要完成對(duì)音量大小、重低音、低音、高音的控制。音頻處理器，又稱為數(shù)字處理器。數(shù)字處理器就是對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，其內(nèi)部的構(gòu)普遍是由輸入部分和輸出部分組成，其中屬于音頻處理部分的功能一般如下：輸入部分一般會(huì)包括，輸入增益控制(INPU TGAIN)，輸入均衡(若干段參數(shù)均衡)調(diào)節(jié)(INPUT EQ)，輸入端延時(shí)調(diào)節(jié)(INPUT DEIAY)，輸入極性(也就是大家說的相位)轉(zhuǎn)換(input polarity)等功能。而輸出部分一般有信號(hào)輸入分配路由選擇(ROUNT)，高通濾波器(HPF)，低通濾波器(LPF)，均衡器(OUTPUTEQ)，極性(polarity)，增益(GAIN)，延時(shí)(DELAY)，限幅器啟動(dòng)電平等功能。

PT2313L音頻處理器典型的音調(diào)(Typical Tone Response)頻率響應(yīng)曲線如圖2所示，就音頻處理器目前的技術(shù)水平來看，完全能滿足高保真廣播的要求，使經(jīng)過加工后的聲音聽不到加工聲，也就是說，在沒有加工痕跡的情況下，仍然保留原聲音的高品質(zhì)，甚至比原聲音更加悅耳、清晰、動(dòng)聽。

3 AM/FM車載收音機(jī)的總體構(gòu)建

基于前述主要器件的選擇考慮，本文實(shí)現(xiàn)的低端車載收音機(jī)解決方案原理框圖如圖3所示。

用來對(duì)調(diào)諧器和音效處理IC進(jìn)行配置和與微控制器之間交換數(shù)據(jù)的接口主要為IIC總線接口(Inter-Integrated Circuit)。微控制器MC9S08QG8通過IIC接口(共2線)對(duì)TEF6621的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作(操作地址：讀C1H/寫0xC0H)。從而完成對(duì)TEF6621的控制和調(diào)諧操作。該接口可以讀寫調(diào)諧器的配置、狀態(tài)和控制寄存器，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧器初始化運(yùn)行配置和頻道選擇等功能。

由于IIC是一種多向控制總線，微控制器MC9S080QG8同時(shí)可以通過IIC接口對(duì)PT2313的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作(操作地址：讀89H/寫0x88H)。配置其內(nèi)部串行總線解碼和鎖存電路(Serial BusDecoder&Latchs)用于完成串行數(shù)據(jù)的接收、解碼和鎖存，并控制輸入選擇器和增益控制電路(Input Selector&Gain Control)主要完成對(duì)三路音響源的選擇和控制由對(duì)稱的左右兩個(gè)聲道電路組成的音量和高響度(重低音)、

低音、高音電路(Volume&Loudness、Bass、Treble)，完成對(duì)音量大小、重低音、低音、高音的控制揚(yáng)聲器衰減和靜音電路(Speaker Att、Mute)控制，可完成對(duì)送至左聲道前部、后部，以及右聲道前部、后部四路揚(yáng)聲器功放電路激勵(lì)信號(hào)幅度大小的控制和關(guān)閉。同時(shí)微控制器MC9S08QG8通過一個(gè)通用I/O接口GPIO對(duì)TDA7388進(jìn)行靜音控制(待機(jī)控制Standby)。

微控制器MC9S08QG8對(duì)編碼電位器進(jìn)行讀取，旋轉(zhuǎn)編碼電位器具有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、按下三個(gè)功能。4、5腳是中間按下去的開關(guān)接線1、2、3腳一般是中間2腳接地，1、3腳上拉電阻后，當(dāng)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)旋紐時(shí)，在1、3腳就有脈沖信號(hào)輸出了。MCU通過通用I/O接口GPIO完成對(duì)1、3腳脈沖計(jì)數(shù)，編碼開關(guān)5腳接地，4腳上拉后與MCU中斷請(qǐng)求(IRQ)信號(hào)相連，IRQ腳會(huì)產(chǎn)生下降沿跳變。IRQ產(chǎn)生后，微控制器即刻讀取系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，確定是開機(jī)初始化調(diào)諧器并打開音效和喚醒功放，還是靜音并讓功放處于待機(jī)狀態(tài)。

微控制器MC9S08QG8通過通用I/O接口GPIO完成與液晶顯示器和按鍵的連接，其中LCD數(shù)據(jù)線由MCU單獨(dú)提供(共4線)，LCD的控制線由MCU單獨(dú)提供(共3線)。

BDM程序下載和在線調(diào)試僅占用MCU的單線1線，在設(shè)計(jì)之初是必須的，但當(dāng)調(diào)試下載完成后，該引線也可當(dāng)作普通I/O來使用或備用。

4 硬件電路的具體設(shè)計(jì)

根據(jù)前面器件選擇和總體構(gòu)建的考慮，本文完成的AM/FM車載收音機(jī)具體設(shè)計(jì)電路如圖4。其中MC9S08QG8微控制器(MCU)的大部分管腳具有多重功能，電路設(shè)計(jì)中，即以MC9S08QG8為控制核心，實(shí)現(xiàn)顯示、調(diào)諧、音頻音效、功放輸出等各種控制。

這里的AM/FM車載收音機(jī)應(yīng)用原理圖分作3部分。第一部分是MC9S08QG8 MCU所需的基本連接。第二部分是TEF6621調(diào)諧器與天線接收電路，第3部分是由PT2313和TDA7388組成的音頻處理和功率放大輸出電路，第4部分是16x2 LCD和編碼電位器的人機(jī)交互電路。

汽車電池標(biāo)準(zhǔn)電壓為12/24 V，本文設(shè)計(jì)中，采用DC—DC電壓調(diào)整電路輸出1路9 V電壓和1路5 V電壓，微控制器、顯示部分及其他低壓外設(shè)部分供電為5 V數(shù)字電壓，調(diào)諧器TEF6621和音效芯片PT2313供電為9 V電壓，功放TDA7388采用汽車電池直接供電方式。MCU的時(shí)鐘電路無需外接晶振，直接使用MCU內(nèi)部自帶的時(shí)鐘;圖中TEF6621調(diào)諧器、PT2313、TDA7388及它的外圍電路使用數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的工作所需的最低硬件要求。MCU與TEF6621調(diào)諧器、PT2313的連接按照標(biāo)準(zhǔn)IIC方式連接，MCU為主機(jī)，TEF6621、PT2313為從機(jī)，由SDA、SCL信號(hào)線通過不同的從機(jī)地址對(duì)兩個(gè)器件進(jìn)行基礎(chǔ)配置和操作，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧與調(diào)音功能。

MCU的8K FLASH和512字節(jié)的存儲(chǔ)器資源對(duì)于基本收音機(jī)控制是足夠的，另外，如需在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步功能擴(kuò)展，造成片內(nèi)資源緊張，Freescale公司還提供了pin—to—pin兼容的MC908QG16/32等低成本升級(jí)方案。

5 結(jié)論

文中僅使用了一個(gè)Freescale MC9S08QG8低端微控制器，再加上集成單芯片AM/FM調(diào)諧器和音頻功放電路及很少的一些連接線和硬件資源，已經(jīng)具有完整具備調(diào)諧、調(diào)音及人機(jī)交互等功能的4x41W高品質(zhì)低成本車載收音機(jī)，這說明車載多媒體應(yīng)用并不一定總是需要高性能的微處理器和昂貴體積巨大的高保真處理音頻器件，低端微控制器和單芯片調(diào)諧處理解決方案也能夠滿足車載收音多媒體系統(tǒng)基本要求，從而降低了車載音頻解決方案的成本。同時(shí)，本文實(shí)現(xiàn)的車載收音機(jī)具有功耗低、元器件少、成本低、性能高、音效品質(zhì)優(yōu)、而且功能足的特點(diǎn)，是針對(duì)低端車輛車載收音機(jī)應(yīng)用的一種精簡(jiǎn)解決方案。