任务名称
2001年_F题:调频收音机
任务要求
难度

一、任务
用 SONY 公司提供的 FM/AM 收音机集成芯片 CXA1019 和锁相频率合成调谐集成芯片 BU2614,制作一台调频收音机。
二、要求
1. 基本要求
(1)接收 FM 信号频率范围 88MHz~108MHz。
(2)调制信号频率范围 100Hz~15000Hz,最大频偏 75kHz。
(3)最大不失真输出功率≥100 mW(负载阻抗 8Ω)。
(4)接收机灵敏度≤1 mV。
(5)镜像抑制性能优于 20dB。
(6)能够正常收听 FM 广播。
2.发挥部分
(1)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)。
(2)能显示接收频率范围内的调频电台载波频率值,显示载波频率的误差≤5kHz。
(3)进一步提高灵敏度。
(4)可存储已搜索到的电台,存储电台数不少于 5 个。
(5)其它(如 3V 单电源整机供电、节能供电、时钟显示等)。

三、说明
1.本题提供一组 SONY 公司的集成芯片和元件,包括:
● FM/AM 收音机集成芯片 CXA1019;
● 锁相频率合成调谐集成芯片 BU2614;
● RF 输入带通滤波器;
● 10.7MHz 陶瓷带通滤波器 CF-2;
● 10.7MHz 陶瓷谐振器 CF-3);
● 可调电容器;
● 变容二极管;
● 锁相环所用的 75kHz 晶体。
2.建议本振线圈与输入回路线圈垂直安装。

评审标准

参考答案

GPT-4o给出的设计方案:


一、方案概述

利用SONY提供的FM/AM接收前端集成芯片CXA1019和锁相调频综合调整集成芯片BU2614,设计并制作一台调频收音机。设计包括前端信号接收和处理模块、信号调解和解码模块、音频输出模块及控制模块。

简单论证

  • 前端接收与处理:CXA1019能够高效稳定地将接收到的电台信号进行放大和混频处理。
  • 锁相调频与调整:BU2614能够精确调整和锁定所需的电台频率,并实现自动、手动调频等功能。
  • 音频输出:经过处理后的音频信号通过功率放大器输出,达到大于100mW的输出功率。
  • 控制与显示:通过微控制器实现频率显示、功能控制(如自动搜台、存储频率等)。

二、重要指标理论分析

  1. 接收频率范围

    • FM信号:88MHz~108MHz,满足标准FM电台频率。
    • AM信号:100kHz~15000kHz,兼容广泛的AM电台频率。
  2. 输出功率和灵敏度

    • 输出功率大于100mW,确保清晰的音频输出。
    • 灵敏度小于1mV,确保能接收到弱信号。
  3. 频率调节功能

    • 支持自动搜台、手动调节、频道存储等功能。
    • 百普守迦锁定精度误差<=5kHz,确保频率稳定性。

三、原理图设计要点

  1. 前端接收电路(CXA1019)

    • 天线输入连接,高频信号放大,混频处理。
    • 配置带通滤波器(CF-2)和中频滤波器(CF-3)。
  2. 锁相环控制电路(BU2614)

    • 频率控制输入,输出频率控制信号至CXA1019接收模块。
    • 接下拉电阻确保稳定。
  3. 音频输出电路

    • 经过处理后的音频信号,连接至功率放大器,驱动扬声器或耳机。
  4. 控制与显示模块

    • MCU通过SPI或I2C接口与BU2614通信,实现频率调节、显示和控制。
    • 显示模块显示当前接收频率和频道信息。

四、核心器件设计要点

  1. CXA1019

    • 确保输入阻抗匹配,天线信号耦合良好。
    • 配置中频滤波器以提升接收信号纯度。
    • 避免过大发射功率干扰。
  2. BU2614

    • 确保可靠的电源去耦,减小电源噪声干扰。
    • 锁相环配置需紧密配合外部时钟稳定性。

五、简单C代码

以下为使用STM32系列MCU实现频率控制和显示的简单C代码示例:

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 假设使用I2C连接BU2614
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
UART_HandleTypeDef huart1;

#define BU2614_ADDRESS 0xC2  // BU2614器件地址

void SystemClock_Config(void);
void MX_I2C1_Init(void);
void MX_UART1_Init(void);
void SetFrequency(uint16_t frequency);

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_I2C1_Init();
    MX_UART1_Init();

    uint16_t frequency = 1017;  // 设置频率101.7 MHz
    SetFrequency(frequency);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

void SystemClock_Config(void) {
    // 时钟配置
}

void MX_I2C1_Init(void) {
    // I2C初始化代码
}

void MX_UART1_Init(void) {
    // UART初始化代码
}

void SetFrequency(uint16_t frequency) {
    uint8_t data[2];

    // 将频率数据格式化为BU2614的协议
    data[0] = (frequency >> 8) & 0xFF;
    data[1] = frequency & 0xFF;

    // 发送频率数据至BU2614
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, BU2614_ADDRESS, data, 2, HAL_MAX_DELAY);
}

这个题目考察的知识点:

  1. FM/AM接收机原理:理解调频和调幅信号的接收与解调过程。
  2. RF电路设计:设计和优化接收前端电路,提高信号接收灵敏度。
  3. 锁相环频率合成器:利用锁相环(PLL)技术实现频率的合成和调节。
  4. 微控制器应用:通过MCU实现频率调整、自动搜台、用户界面控制等功能。
  5. 信号处理:实现中频放大、滤波、解调等信号处理功能。
  6. 音频放大:设计音频功率放大电路,保证足够的输出音量和清晰度。
  7. 系统集成与调试:将各模块集成,并进行硬件调试和性能优化。
  8. 电磁兼容:在设计中考虑电磁干扰与抗干扰能力,保证系统稳定工作。
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