毕业设计（论文）基于数字高频头FI1256全频道选台器

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1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 39 页 共 39 页1 绪论本课题设计的“全频道选台器”主要采用了飞利浦公司设计的FI1256 MK2数字高频头和美国ATMEL公司生产的CMOS 8位单片机AT89C51。FI1256 MK2采用I 2C总线结构设计，可通过串行I 2C总线接口进行编程控制，当使用不带I 2C总线接口的单片机或者通用计算机总线对其进行编程控制时，可以用单片机的I/O口或者计算机总线模拟I 2C总线的操作时序，而且FI1256 MK2可以直接从射频信号中解调出视频信号和音频信号，且只需一个5V电源，因此它极为适合应用于计算机系统控制和单片机系统控制下的TV接收和图文接收系统。

2、11 课题背景世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。数字电视被各国视为新世纪的战略技术，它成了继电信引爆IT之后的又一大“热点”。从模拟电视向高清晰度数字电视过渡，是一个跨越式的过渡，可以说无法直接兼容，也就是说目前的所有的模拟电视是不能使用的，所以一步到位是不现实的，目前各国采用了一个过渡式的办法即数字机顶盒，使用了数字机顶盒后将数字信号转变成模拟信号输入给现在的模拟电视机显示信息，这样有效地避免了电视信号

3、在传输过程中导致的干扰和损耗，电视接收的信号质量得到了很大程度的改善。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计算设备，具有完善的实时操作系统，提供强大的CPU计算能力，用来协调控制机顶盒各部分硬件设施，并提供易操作的图形用户界面，如增强型电视的电子节目指南，给用户提供图文并茂的节目介绍和背景资料。同时，机顶盒具有“傻瓜计算机”能力， 这样通过内部软件功能和对网络稍加进行双向改造，很容易实现如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务，可谓一网打天下。而数字选台器作为机顶盒中的一部分，也必然会成为数字电视机顶盒的研究中不可或缺的项目。本课题正是基于这样的背景，利用数字高频头FI1256

4、和51 单片机系统，设计了一个全频道数字选台器，可搜索范围从49.5MHZ到850MHZ，可输出AV信号，通过红外遥控器可控制各种参数，再加一个TV/VGA转换电路，可输出VGA信号，直接接到显示器上可以显示图像。12 设计内容和要求A设计内容：（1）设计出硬件电路图。（2）编写设计程序。（3）调试出各部分功能。（4）撰写毕业论文。B技术要求：能调谐099频道并显示所选的频道数，并存储当前的频道值，利用51单片机控制频道的选择，采用I 2C总线结构进行控制，能同时输出视频信号和音频信号。C工作要求：画出原理图，PCB图，编写软件，系统仿真，撰写论文。2 系统方案确定本课题的使用的硬件主要有：串

5、行存储芯片AT24C02,CMOS 8位单片机AT89C51,数字高频头FI1256 MK2和红外线遥控发射微处理器M50462AP。四者之间的关系是：单片机AT89C51接收键盘的指令信息，然后根据指令信息的要求通过模拟I 2C总线调谐高频头FI1256 MK2得到分离的音频信号和视频信号，同时单片机会将该调谐参数存入串行存储器AT24C02，该串行存储器会储存当前调谐参数，而且在断电后该存储器内的数据不会丢失，因此当关机后再次开机且没有按下任何有用按键的时候，该串行存储器先前存储的调谐参数会通过单片机再次调谐高频头输出AV信号，接入显示器以后便会显示该频道的内容。红外遥控发送端采用单片机将

6、待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号，红外接收端采用红外接收头对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，来控制频道参数。LED数码管显示频道值AV信号高频头FI1256射频信号单片机AT89C51串行存储器AT24C02红外遥控M50462键盘控制 图2 系统方案设计框图 3 硬件功能描述3.1 单片机系统（一）单片机的概念单片机又名微控制器，是将微型计算机中的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）及I/O口电路等主要部件，结合连接它们的总线集成在一块芯片上，即它是一块智能芯片。单片机

7、本身只是一块芯片，它并不能集成计算机的全部电路，因此需要加上时钟、复位电路等，才能构成单片机最小应用系统；若最小系统资源不足时，还需扩展外围电路和外围芯片等，从而构成能满足应用要求的单片机系统。而单片机应用系统是为实际的控制应用而设计的，该系统与控制对象结合在一起，是满足嵌入式对象要求的全部电路系统。它在单片机的基础上配置了前/后向通道接口电路、人机交互通道接口电路、串行通信接口等面向对象的接口电路。单片机系统和单片机应用系统都是软硬件结合的系统，缺一不可。（二）单片机发展史单片机诞生于20世纪70年代，象Fairchild公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央

8、处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成

9、完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相

10、继开发了具有自己特色的专用单片机。80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个新的平台。单片机的发展概括来说经历了SCM、MCU、SoC三大阶段：1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通

11、用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。2） MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。3）单片机是嵌入式系统的

12、独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。（三）AT89C51芯片特性及其内部结构本设计采用的AT89C51单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，是将FLASH存储器技术和MCS-51系列单片机的基本内核相结合的单片机，且管脚也与之兼容，可以直接代换。AT89C51芯片特性如下：与MCS-51 兼容 4K字节可编程

13、闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路AT89C51单片机内部结构主要有：（1）中央处理器CPU，是单片机的核心，完成运算和控制功能；（2）内部数据存储器（256字节），前面128个单元00H7FH存储内部数据，后面128个单元80HFFH被专用寄存器占用，用来实现对片内各部件进行管理、控制、监视；（3）程序计数器PC，是一个16位专用寄存器，其内容为下一条执行指令的地址；（4）Fl

14、ash内部程序存储器（4K），用于存储程序、原始数据、表格等；（5）4个并行I/O口（8位），实现数据的并行输入输出；（6）串行通信口，实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送；（7）2个定时器/计数器（16位），实现定时或计数功能；（8）中断控制系统，共5个中断源，分高低两个优先级；（9）一个片内振荡器和时钟电路，为单片机产生时钟脉冲序列；（10）总线，用于连接各个部件和单片机系统的扩展。（四）AT89C51引脚图及各引脚功能说明AT89C51的引脚图如右图3.1所示，其各引脚功能如下：图3.1 AT89C51引脚图Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向

15、IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 FIash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引

16、脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。FIash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内

17、容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 IO 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示表3.1 P3口第二功能表表3.1 P3口第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TX

18、D(串行输出口)P3.2INTO（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器 0 外部输入）P3.5T1（定时/计数器 1 外部输入）P3.6WR (外部数据存储器写选通)P3.7RD（外部数据存储器读选通）P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALEPROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 l6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时

19、钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。3.2 串行存储器AT24C02（一）概述AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。（二）管脚封装管脚封装如下图3.2所示。图3.2 AT24C02管脚封装图（三）存储器特性与400KHz I2C 总线兼容1.8 到6.0 伏工作电压范围低功耗CMOS 技术写保护功能当WP 为高电平时进入写保护状态页写缓冲器自定时擦写周

20、期1,000,000 编程/擦除周期可保存数据100 年8脚DIP SOIC 或TSSOP 封装温度范围商业级工业级和汽车级（四）功能描述AT24C02支持IC，总线数据传送协议IC，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。（五）管脚描述AT24C02各管脚功能如下表3.2所示。表3.2 AT24C02管脚功能表管脚名称 功能

21、A0 A1 A2 器件地址选择 SDA 串行数据/地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 Vcc +1.8V 6.0V 工作电压 Vss 地 SCL 串行时钟： AT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。 SDA 串行数据/地址： AT24C02 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）。 A0、A1、A2 器件地址输入端： 这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24

22、C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空或连接到Vss，如果只有一个AT24C02被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）必须连接到Vss。 WP 写保护： 如果WP管脚连接到Vcc，所有的内容都被写保护只能读。当WP管脚连接到Vss 或悬空允许器件进行正常的读/写操作3.3 数字高频头FI1256 MK2（一）高频头的概念高频头称低噪声降频器（LNB）。其内部电路包括低噪声变频器和下变频器，完成低噪声放大及变频功能，既把馈源输出的4GHz信号放大，再降频为950-2150MHz第一中频信号。高频头的作用就是将微弱的视频信号进行放大，并且对传输不稳定引起的图像变形

23、与干扰进行处理。视频处理芯片决定影像的分辨率，而高频头则决定影像的稳定性。但高频头本身非常容易受电磁干扰，因此内置电视卡一般会在高频头外面包裹一层金属层，以屏蔽电磁干扰 高频头又俗称调谐器，是电视高频信号公共通道的第一部分，目前电视机使用的高频头一般分为数字信号高频头（简称数字高频头）和模拟信号高频头（简称模拟高频头）。 数字高频头的作用是接收数字电视高频信号，并进行频道选择和高频信号放大及变频处理，有些还带中频信号放大和高频数字信号解调功能，高频数字信号经解调后，输出的数字信号为TS（Transport Stream）流，TS流：也叫传输流，它是以“帧”为单位的数字信号传输流，每一帧数字信号

24、中含有同步头、数据、结尾等信号，对于MPEG2数字信号，每帧信号是由长度为188字节的二进制信号包组成，其内容含有一个或多个节目。这里“帧”的概念与电视图像中的帧很类似，但内容不相同，一帧MPEG2数字信号对应于一帧图像来说，只相当于一幅图像内容中的几个像素点。根据接收高频数字信号的调制方式，数字高频头还分QPSK（Quadrature Phase Shift Keying正交键控调相）调制高频头和QAM（Quadrature Amplitude Modulation正交调幅）调制高频头。QPSK调制高频头主要用于卫星电视信号接收；QAM调制高频头主要用于有线电视信号接收。 模拟高频头的作用是

25、接收模拟电视高频信号，并进行频道选择、高频信号放大及变频处理。本设计采用的是数字高频头FI1256。（二）FI1256 MK2特性FI1256 MK2是飞利浦公司专为计算机多媒体环境下的射频应用而设计的。它体积小，结构紧凑，性能稳定，可以在输入75W射频信号的情况下直接解调出峰峰值为1V的视频信号和音频信号（同时给出第二伴音中频信号），可解调的射频信号覆盖了全部电视频道（49.75863.25MHZ）。其调谐和波段切换都通过内置的I 2C总线接口进行。由于内建直流直流变换器，故只需要单一+5V电源，使FI1256 MK2成为真正的+5V器件，简化了外围电路的设计。在结构上，FI1256的所有电

26、路封装于一个长方形的金属盒中，电路由设计在同一印刷电路板上的调谐单元和中频单元组成，调谐单元由3个可调谐场效应管射频输入级和含有振荡器、混频器、中频放大器的三波段混频-振荡电路组成。调谐单元的调谐可以分31.25KHZ、50KHZ、62.5KHZ三种步长调谐。（三）FI1256的内部结构及工作原理FI1256的内部结构图如下图3.3所示,工作原理如下： 图3.3 FI1256内部结构图输入级将天线来的信号输入到三个不同频段的滤波器, 进行放大和滤波。输入级的滤波器用来调谐频率。它们将高频头的频率范围划分为高、中、低三个频段。输入级的滤波器受PLL 锁相环调谐系统控制,以实现锁相调谐和频段切换。

27、三路输入级的输出分别和相应的高、中、低三个不同频段的振荡器的输出混频。混频器输出一个中频信号, 送入中频放大器进行放大。利用I2C 总线通讯对PLL 锁相环调谐系统编程, 达到调谐和控制的目的。 中频信号经过声表面滤波器后输入到锁相控制中频解调器模块。中频解调器模块输出复合视频信号及声音信号。 高频头内部含有AGC 控制。中频解调器模块输出的A GC 信号反馈至输入级的放大控制电路,A GC 控制输入级的放大量, 这样就可以使中频解调器输出稳定的电平。（四）FI1256引脚图及引脚功能 图3.4 FI1256引脚图表3.3 FI1256引脚功能表引出脚编号引出脚功能11调谐电压输入12调谐供电

28、（+5V）13I2C总线串行时钟14I2C总线串行数据15I2C总线地址选择21空脚22双声道控制23复合视频输出24中放音频供电（+5V）25音频输出调谐器外壳接地高频头引脚功能如下: VT (11 脚): 供高频调谐器用的+ 33V 电源, 通过22k外接电阻连接至该引脚；+ 5V Vb (12 脚): 高频头的+ 5V 电源；SCL (13 脚): I2C 总线的串行时钟线；SDA (14 脚) : I2C 总线的串行数据线；AS (15 脚) : I2C 总线的地址选择线；CVBS (23 脚):复合视频信号输出；+5V IF (24 脚): 中频解调器模块的+ 5V 电源；AF SO

29、UND O/ P (25 脚):声音信号输出。（五）FI1256的编程高频头FI1256是利用I 2C总线对其内部寄存器编程实现各种控制功能的。其地址编码为ADR (1 1 0 0 0 MA1 MA0 R/ W) 。通常取MA1 =0、MA0 =1。R/ W =0 时为写模式,当R/ W =1 时为读模式。高频头的控制字CW1 、CW2 定义为:CW1 (1CP T1T0111OS) 、CW2 (P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1P0) 。通常取T1 =0 、T0 =0 。当CP =1 时为快速调谐方式,当CP = 0 时为中速调谐方式。OS =0 时为普通工作方式, 当OS =1 时,

30、 可以通过手动调节VT 电压以实现频率调谐。CW2 为频段切换控制字, 每位的含义及设置如下: P0 、P1 、P2 取值任意, 当P7 P6 P5 P4 P3 =10100 时为低频段,P7 P6 P5 P4 P3=10010 时为中频段, 当P7 P6 P5 P4 P3 = 00110 时为高频段。高频头的分频系数DR1 、DR2 控制调谐频率的变化。DR1 的格式为: DR1 (0 N14 N13 N12 N11 N10 N9 N8) , DR2 的格式为(N7N6 N5 N4 N3 N2 N1 N0) 。振荡频率FOSC =N/ 16 (MHz) ,N 为由N13N0 组成的二进制数。

31、3.4 I 2C总线概述（一）I 2C总线简介I 2C (InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I 2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。（二）I 2C总线特点I 2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I 2C总线占用的空间非常小，减少了电

32、路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I 2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。（三）I 2C总线工作原理I 2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都

33、有唯一的地址，在信息的传输过程中，I 2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。 I 2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答

34、信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。 目前有很多半导体集成电路上都集成了I 2C接口。带有I 2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I 2C接口。（四）总线基本操作I 2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义

35、为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。 A 控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。 B 写操作 写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字

36、节不同有所不同。 C 读操作 读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。 在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 : 1） 严格按照时序图的要求进行操作， 2） 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。 3） 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。 4） 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如

37、果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。3.5 红外遥控电路及原理红外遥控的基本原理是编码芯片读取用户按键，并根据键号生成不同的编码，然后将此编码调制在38kHz的载波上，再通过电流放大电路后驱动红外LED发送数据。在接收端，则将恢复出编码信号以供CPU解码。目前广泛采用的红外接收头能直接输出原始载波信号。实际上，这个接收头是一个集成电路，它封装了红外光电管、前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波和比较、积分器和整形电路。这种接收头的外型象一只3极管，只需要外接3 V或5 V电源就能工作，但要注意的是，它输出一般采用

38、OC形式，这是为了起到电平转换的作用，使用时要外接一个上拉电阻。遥控发射器的脉冲编码一般由用户码和数据码构成，用户码用来区别同一种遥控器的不同厂家或设备，数据码则对应按键。用户码和数据码一般都是8位，各有256种状态。在红外遥控系统中，一般为了省电，它们不采用高低电平来区别0、1，而是采用脉冲位置编码方式。本设计采用M50462作为红外遥控发射微处理器，图3.5是M50462传送1位0、1的波形编码图： 图3.5 M50462的传送波形编码方式图中，在低电平部分，红外LED发光，此时不论发送0或1，其脉冲时间始终是0.25 ms，所不同的是占空比。由于实际发光时间很短，红外发光管的平均电流很低

39、，因此，发射效率相当高，非常省电。有时候，有些遥控编码器件会在发送数据之前先发送一个引导脉冲，有的还需要自动重复一次。但是，M50462芯片的编码却非常简洁，它只需要将用户码和数据码各发送一次即可。其传送波形如图3.6所示。 图3.6 M50462传送波形通过M50462发送编码信息时，低位先发，高位后发，一次传送后，4 ms之内不会再出现脉冲。接收头收到的波形也是如此，仔细观察发现。解码时可以不管脉冲宽度，而直接计算下降沿的间隔时间就可以了。红外遥控电路如下： 图3.7 红外遥控电路红外接收电路采用的主要元器件是红外一体化接收头HS0038B，它将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并

40、且输出可以让单片机识别的TTL 信号，HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38 kHz,周期约26 s，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。红外接收电路如下图3.8所示：图3.8 红外接收电路4 总体电路图及选台器成品介绍4.1 各模块功能介绍该电路主要分为4个模块，分别为控制模块、按键模块、存储模块和显示模块。（1） 控制模块：

41、该模块主要由单片机AT89C51和高频头FI1256组成，其中AT89C51 接收按键的指令信息，然后根据指令信息的要求通过模拟I 2C总线调谐高频头FI1256 MK2得到分离的音频信号和视频信号，同时单片机会将该调谐参数存入串行存储器AT24C02。（2） 按键模块：该模块共有四个按钮，分别为频率初始化设定按钮，频率上调按钮，频率下调按钮和复位按钮。在刚开始上电的时候，我们需要使用频率初始化设定按钮来设定一个初始频率。通过频率上、下调按钮来控制频道的加减，当按下频率控制按钮时，该指令信息会传递给单片机，控制单片机选择不同的频道。（3） 存储模块：该模块主要由串行存储器AT24C02组成，A

42、T24C02具有断电后数据不会丢失的特点，因此它被用来存储频道参数，使该选台器系统在断电重新上电以后可以显示关机前选择的最后一个频道。（4） 显示模块： 该模块主要由一个译码器和LED数码管构成，用来显示当前的频道值。图4.1 系统总体电路图4.2 选台器成品介绍 图4.2 选台器成品实物图选台器成品接口说明如下：左上侧“J1”：外接电源输入口，输入电压9V-12V直流或交电电源。左下侧“J2”：外置耳机插孔,插上耳机后，左右声道音频输出自动切换到耳机上，拔掉耳机后，左右声道输出自动切换到J3输出端。左下侧“J3”：音频输出口：R+（右声道输出线+）、R-（右声道输出线-）、L+（左声道输出线

43、+）、L-（左声道输出线-）。SLW1：音量调节电位器。U2：飞利浦专用数字式电视信号接收高频头，有线电视信号线或者电视机天线可以直接插在右侧。左侧“DB1”：RS232串行通信接口，用于升级KC-204 数字式电视信号接收板固件，更新程序使用。DS1：四位红色数码管显示接口，实时显示电视接收的频率值。按键“RST”： 电视信号接收板功能复位键。按键“INIT”：初始化收音机参数按键，恢复初始默认频率值。按键“DOWN”：接收电视信号频率下调按键，减幅为1-2MHz。按键“UP”：接收电视信号频率上调按键，增幅为1-2MHz。4.3 实物装配及调试步骤装配：（1）将有线电视信号线或者天线插在高

44、频头右侧的插口上（2）将视频输出端口与计算机PCI视频采集卡相连，使用电脑液晶显示器作为电视屏幕。将音响音频数据线插入选台器音频输出端口。（3）在选台器的电源输入端口接入+9V电源。（4）将选台器的串行输出端口与计算机相连。（5）打开Keil软件，编缉完源程序代码后，编译生成HEX文件，然后准备执行联机仿真运行操作。图4.3 实物装配图调试：（1） 上电后，仿真操作未执行前，由于高频头没有收到控制信号数据，所以从屏幕上我们可以看到一片雪花，效果如下图：图4.4 调试效果图一（2） 将事先编好的源程序通过keil软件输入单片机运行以后，我们按下频率初始化按钮，设定一个初始频率，然后通过频率上调按

45、钮和频率下调按钮选择不同的频道，就可以在电视屏幕上显示出不同频道的电视节目。效果如下图： 图4.5 调试效果图二5 软件介绍5.1 Proteus和keil的介绍及使用本设计主要采用了PROTEUS7.5和keil两款仿真软件。Proteus软件可以很方便的和keil软件结合，实现联合仿真，通过在keil软件中输入单片机源程序控制Proteus软件中绘制的包含单片机的电路进行仿真。（一）Proteus简介Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真及印制电路板设计软件，它可以仿真、分析各种模拟电路与集成电路，软件提供了大量模拟与数字元器件及外部设备，各种虚拟仪器，特别是它

46、具有对单片机及其外围电路组成的综合系统的交互仿真功能。 Proteus主要由ISIS和ARES两部分组成，ISIS的主要功能是原理图设计及与电路原理图的交互仿真，ARES主要用于印制电路板的设计。 Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。 （1）该软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统

47、仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。（2）该软件主要有四大功能模块：智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支

48、持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。完善的电路仿真功能（Prospice） ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号

49、输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。独特的单片机协同仿真功能（VSM） 支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/

50、52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； 支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、A

51、DC仿真、CCP/ECCP仿真； 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；实用的PCB设计平台 原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设

52、置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。（二）keil简介Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片

53、机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件， Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。（1）Keil C51单片机软件开发系统的整体结构：C51工具包中其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。我们可用IDE本身或其它

54、编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。（三）在同一台电脑上Proteus和keil的集成方法第一步：首先将C：Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 7 ProfessionalModels目录下的VDM51.dll动

55、态链接库文件复制到C：KeilC51BIN目录下面。第二步：在C：Keil目录下找到Tools.ini配置文件，然后打开编辑，在C51这一节中增加一项仿真设置，TDRV4=BINVDM51.DLL(“Proteus VSM Monitor-51”)。图5.1 修改TOOLS.ini界面第三步：在keil软件中右键点击工程，在Options for target中作如下图所示的设置，设置好后点击确定。 图5.2 keil工程设置界面第四步：在keil菜单中点击Settings，设置虚拟硬件仿真驱动，Host填入调试代理的IP地址，也就是安装Proteus的机器的IP地址，因为Proteus安装在

56、本机上，所以填写本机地址：127.0.0.1，端口号不用改。点击OK，这样keil部分的调试环境就设置好了。图5.3 keil设置Settings界面第五步：运行Proteus ISIS,打开Debug菜单，选择Use Remote Debug Monitor。至此就完成了Proteus和keil联合仿真的所有设置工作。接下来就可以进行Proteus和keil的联合仿真了。图5.4 Proteus设置界面5.2 高频头控制源程序高频头控制程序流程图如下：开始设置地址（COH）写控制字节1，2（8EH;AOH）1频道的分频字节（O5H;8AH）调谐到1频道设置地址（COH）欲调频道的分频字节1,

57、2写控制字节（8EH）频段选择bp=ACHbp=90Hbp=30H完成调谐，分离出音/视频信号结束图5.5 高频头控制程序流程图具体源程序如下，其中频道罗列了几个常用频道的参数：/* I2C总线高频头控制程序* * 功能:51单片机通过IIC总线控制飞利浦FI1256高频头输出电视节目的视频和音频信号* /#include reg51.h#include #define FUENCY 38900 /* 中频频率*/#define PLLdataH(f) (f+FUENCY)*16/1000/256) /* 频率数据高 第1字节*/#define PLLdataL(f) (f+FUENCY)*1

58、6/1000%256) /* 频率数据低 第2字节*/#define PLLCON1 0x8e /* 控制字1 第3字节*/ /* 控制字2 第4字节*/#define PLLCON2(f) (f)(168000)?(0xa0):(f)(450000)?(0x90):(0x30)#define PLLdata3(fchan) PLLdataH (fchan),PLLdataL (fchan),PLLCON2 (fchan)unsigned char code ucdataTab3= PLLdata3(90100-6500),/* 经济台 (调频收音)*/ PLLdata3(91000-6500

59、),/* 经济台 */ PLLdata3(91800-6500),/* 交通台 */ PLLdata3(97500-6500),/* 文艺台 */ PLLdata3(100300-6500),/* 交通台 */ PLLdata3(103200-6500),/* 新闻台 */ PLLdata3(105000-6500),/* 星沙之声 */ PLLdata3(106500-6500),/* 音乐台 */; /*-有关I2C变量-*/#define AddPllWr 0xc2 /*TSA5522写地址*/#define AddPllRd 0xc3 /*TSA5522读地址*/sbit SDA =

60、P10; /*串行数据-P0.4*/sbit SCL = P12; /*串行时钟-P0.5*/sbit LED = P13;/*-I2C相关函数-*/void Start(void); void Stop(void); void SendACK(void); void SendNoACK(void); unsigned char SendByte(unsigned char d); unsigned char ReadByte(void); void SetChan(unsigned char chan); unsigned char ReadChan(void); /*-选择频道-*/voi

61、d SetChan(unsigned char chan) Start(); /* 发送I2C 总线起始条件*/ SendByte(AddPllWr); /* 发送被控器总线写地址*/ SendByte(ucdataTabchan0); /* 发送频率数据高 第1字节*/ SendByte(ucdataTabchan1); /* 发送频率数据低 第2字节*/ SendByte(PLLCON1); /* 发送控制字1 第3字节*/ SendByte(ucdataTabchan2); /* 发送控制字1 第4字节*/ Stop(); /*发送I2C 总线停止条件*/*-读状态-*/unsigned