基于QN8035芯片的无线数据接收器设计.docx
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基于QN8035芯片的无线数据接收器设计
摘要1
Abstract1
第一章绪论2
1.1课题背景2
1.2课题研究内容和意义2
1.3单片机的发展3
1.3.1单片机的发展史3
1.3.2单片机的应用3
1.3.3单片机的主要发展趋势:
4
1.4液晶显示器的发展4
1.5设计要求7
第二章单片机无线数据接收器模块设计的原理7
2.1接收模块设计7
2.2FM接收电路设计8
2.2.3QN8035的应用12
2.3单片机控制电路的设计14
2.4单片机AT89S51周边电路18
2.4.1晶振电路18
2.4.2复位电路19
2.4.3电源电路20
2.6本章小结27
第三章毕业设计总结27
致谢28
摘要
现代社会中,基于单片机的接收控制模块是我们在生活、学习等各方面普遍接触到的商品的重要组成部分之一,如无线对讲机、收音机等。
它有效地为我们的生活提供了便利。
本文主要设计一个基于QN8035芯片的无线数据接收器。
采用单片机AT89S51控制,使用FM接收芯片QN8035接收信息。
本系统设计分为硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计部分包含FM接收电路设计、单片机控制电路设计和LCD显示电路设计;软件设计部分包含QN8035的源程序、1602源程序、单片机控制QN8035的程序和I2C总线的源程序。
然后通过Protel进行仿真,实现本次系统设计的功能。
关键词:
单片机AT89S51、QN8035、接收控制、LCD1602
Abstract
Inmodernsociety,basedonsinglechipmicrocomputerreceptioncontrolmoduleisourlife,studyandsoonvariousaspectsincommonexposuretooneoftheimportantcomponentofthegoods,suchasradio,radio,etc.Iteffectivelyprovidesaconveniencetoourlives.
Inthispaper,wedesignareceiverbasedonsingle-chipmicrocomputercontrolmodule.UsingembeddedprocessorchipAT89S51control,theuseofFMreceiverchipQN8035receivinginformation.Thissystemisdividedintohardwaredesignandsoftwaredesigntwoparts.HardwaredesignpartcontainsanFMreceivercircuitdesign,theMCUcontrolcircuitdesign,andTheLCDdisplaycircuitdesign;SoftwaredesignsectioncontainsQN8035sourceprogram,1602sourceprogram,single-chipmicrocomputercontrolQN8035programsandsourcecodeoftheI2Cbus.ThensimulationbyProtel,canrealizethefunctionofthesystemdesign.
Keywords:
SCM,STC89C52RCandQN8035,receivesthecontrol,LCD1602
第1章绪论
1.1课题背景
随着无线技术的不断发展和应用市场的不断扩大,不久的将来,我们大部分电子产品都将是无线并可随时在线的,一个无线社会很快就将成为现实。
21世纪,无线技术将继续展现其巨大力量,并将深刻改变人们的生活方式。
现在实现无线数据传输的方法多种多样使用高频无线电技术,激光技术,单片机技术等等均能满足无线传输要求。
他们各有各的特点。
高频无线电技术可实现远距离通信,不受方向性约束。
激光技术也可实现远距离通信,而且传输速度快。
但随着设备的日益小型化和简单化,与外部设备的通信借口越来越少,而基于单片机的无线数据收发器设计作为一般设备的通用接口依然存在,并且越来越受到商家的青睐,有很好的发展前景。
1.2课题研究内容和意义
本课题设计目的:
实现准确无误的基于QN8035的无线数据接收。
本课题研究范围:
数据输入输出。
要想完成设计,必须要做到:
正确识别数据输入,消除干扰;无线数据传输时,保证在传输范围内,能接收到信号;数据显示时能准确的显示所收到的数据。
本设计就是利用无线接收芯片QN8035来制作一个无线接收模块,整个模块可以分为接收部分,控制部分和显示部分。
1.3单片机的发展
1.3.1单片机的发展史
单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
随着大规模集成电路技术的发展,可以将中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)定时器计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等主要计算机部件,集成在一块电路芯片上。
虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上,都已具有了微机系统的含义。
由于单片机能独立执行内部程序,所以又称它为微型控制器(Microcontroller)。
单片机自从问世以来,性能在不断的提高和完善,它不仅能够满足很多应用场合的需要,而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小使用方便、性能可靠、价格低廉等特点。
因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信、智能接口、商业营销等领域得到广泛的应用,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。
单片机的潜力越来越被人们所重视,所以更扩大了单片机的应用范围,也进一步促进了单片机技术的发展,单片机的发展史大致可分为三个阶段。
第一阶段(1976-1978):
初级单片机微处理阶段。
该时期的单片机具有8位CPU,并行I/O端口、8位时序同步计数器,寻址范围4KB,但是没有串行口。
第二阶段(1978-1982):
高性能单片机微机处理阶段,该时期的单片机具有I/O串行端口,有多级中断处理系统,15位时序同步技术器,RAM、ROM容量加大,寻址范围可达64KB。
第三阶段(1982-至今)位单片机微处理改良型及16位单片机微处理阶段。
1.3.2单片机的应用
由于单片机具有显著的优点,它已成为科技领域的有力工具,人类生活的得力助手。
它的应用遍及各个领域,主要表现在以下几个方面:
1单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表,使仪器仪表智能化,并可以提高测量的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。
2单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是机械工业发展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品,例如微机控制1包洪:
单片机数字时钟的设计床、钻床等。
单片机作为产品中的控制器,能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点,可大大提高机器的自动化、智能化程度。
3单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。
例如,在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中,都可以用单片机作为控制器。
单片机的实时数据处理能力和控制功能,可使系统保持在最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品质量。
4单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中,常采用分布式多机系统。
多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成,各自完成特定的任务,它们通过串行通信相互联系、协调工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和控制。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力,使它可以置于恶劣环境的前端工作。
5单片机在人类生活中的应用
自从单片机诞生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后,提高了智能化程度,增加了功能,倍受人们喜爱。
单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
1.3单片机发展趋势目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,其发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
1.3.3单片机的主要发展趋势:
1CMOS化
近年,由于CHMOS技术的进小,大大地促进了单片机的CMOS化。
CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。
这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。
因为单片机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。
CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。
采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。
随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS(高密度、高速度MOS)、CHMOS工艺以及CHMOS和HMOS工艺的结合。
目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时间小于2ns,它的综合优势已大于TTL电路。
因而,在单片机领域,CMOS电路正在逐渐取代TTL电路。
2低功耗化
单片机的功耗已从mA级,甚至1uA以下;使用电压在36V之间,完全适应电池工作。
低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗3重庆文理学院技术师范学院本科毕业论文设计干扰能力以及产品的便携化。
3低电压化
几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。
允许使用的电压范围越来越宽,一般在36V范围内工作。
低电压供电的单片机电源下限已可达12V。
目前0.8V供电的单片机已经问世。
4低噪声与高可靠性
为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
1.4液晶显示器的发展
液晶是一种几乎完全透明的物质。
它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。
到20世纪60年代,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射,由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。
液晶显示器,简称LCD(LiquidCrystalDisplay)。
世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。
尽管是单色显示,它仍被推广到了电子表、计算器等领域。
80年代,STN-LCD(超扭曲向列)液晶显示器出现,同时TFT-LCD(薄膜晶体管)液晶显示器技术被研发出来,但液晶技术仍未成熟,难以普及。
80年代末90年代初,日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术,LCD工业开始高速发展。
TFT(ThinFilmTransistor)LCD即薄膜场效应晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。
和TN技术不同的是,TFT的显示采用"背透式"照射方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上。
这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出。
由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会发生改变,可以通过遮光和透光来达到显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右。
因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色彩,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称"真彩"。
相对于DSTN而言,TFT-LCD的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。
由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。
因而每个节点都相对独立,并可以进行连续控制。
这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度,同时也可以精确控制显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。
目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用TFT-LCD。
早期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。
尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的原因,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。
加上极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。
不过,随着技术的不断发展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距。
如今,大多数主流LCD显示器的响应时间都提高到50ms以下,这些都为LCD走向主流铺平了道路。
LCD的应用市场应该说是潜力巨大。
但就液晶面板生产能力而言,全世界的LCD主要集中在中国台湾、韩国和日本三个主要生产基地。
亚洲是LCD面板研发及生产制造的中心,而台、日、韩三大产地的发展情况各有不同。
目前主流的TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶体管)TFT技术和LTPSTFT(低温复晶硅)TFT技术。
在a-Si方面,三个生产基地的技术各有千秋。
日本厂商曾经研制出分辨率高达2560×2048的LCD产品。
因此,有些人认为,a-SiTFT技术完全可满足高分辨率的产品需要,但是,由于技术的不成熟,它还不能满足高速视频影像或动画等的需要。
LTPSTFT相对可以节约成本,这对于TFTLCD的推广有着重要意义。
目前,日本厂商已经有量产12.1英寸LTPSTFTLCD的能力。
而中国台湾已开发完成LTPS组件制造技术与LTPSSXGA面板技术。
韩国在这方面缺少专门的设计人员和研发专家,但像三星等主要企业已经推出了LTPS产品,显示出韩国厂商的实力。
不过,目前LTPS技术尚不成熟,产品集中在小屏幕,而且良品率低,成本优势尚无从谈起。
与LTPS相比,a-Si无疑是目前TFTLCD的主流。
日本公司的a-SiTFT投资策略上几乎都以第三代LCD产品为主,通过制造技术及良品率的改善来提高产量,降低成本。
日本一直走高端路线,其技术无疑是最先进的。
由于研发力量有限,台湾的a-SiTFT技术主要来自日本厂商的转让,但由于台湾企业一般属于劳动密集型,技术含量价低,以生产低端产品为主。
韩国在a-Si方面有着强大的研发实力,比如三星公司就量产了全球第一台24寸a-SiTFTLCD—240T,它的响应时间小于25ms,可以满足一般应用需要;而可视角度达到了160度,使得LCD在传统弱项上不输给CRT。
三星240T标志着大屏幕TFTLCD技术走向成熟,也向世人展示了韩国厂商的实力不容置疑。
除了以上两种TFT技术之间的竞争,SED将会成为TFTLCD的强大敌人。
然而,SED目前仍属于概念型产品,短时间内难以进入主流市场。
虽然目前LCD已经大幅降价,但是相对于CRT仍然价格较高。
因此成本问题是大家关注的焦点。
实际上,TFT的生产成本与CRT不相上下,但良品率极低造成了TFT面板成本居高不下的情况。
TFT面板是由一块较大的基板切割而成。
而LCD产品还要有大量的晶体管阵列来控制三原色,现在的制造技术很难保证在一大块基板上数千万甚至上亿的晶体管不出一个问题。
如果有一个晶体管出现问题,那么那个晶体管对应的点的对应色彩就会出问题(只能显示某种固定色彩),那么这个点就是通常称的"坏点"。
坏点出现的几率于位置是不固定的,所以一块基板很有可能会被浪费很多。
目前一般LCD要求坏点在5个以下,而一些大厂把这个标准缩小到了3个,甚至为0,这就会使良品率降低。
而一些小厂则将坏点数扩大,这样一来,成本自然大幅下降,而产品品质随之下降,这也是某些厂商为何可以大幅降低LCD售价的原因之一。
虽然目前有能力生产液晶显示器的厂家不少,但真正有制造TFT面板能力的厂家屈指可数。
ACER作为IT业内知名企业,实力相当雄厚,虽没有自己生产TFT面板的能力,但与台湾达基关系密切,在技术配合上有一定优势。
不过,限于台湾企业的技术实力,ACERLCD产品主要集中在中低端。
PHILIPS作为世界知名的显示设备制造厂,其显示器销量在国内一直名列前茅,而且于韩国LG达成同盟,共同研发、制造TFT面板。
同样由于技术原因,以及市场定位问题,PHILIPS目前的产品主要集中在中端,而且在零售市场PHILIPS动作一直不很明显。
三星作为另一实力强劲的显示设备研发、制造厂商,在LCD方面投入了较大精力,致力于不断丰富产品线,目前三星产品涵盖了高中低端市场。
LCD技术仍处在不断发展、完善的阶段,三大产地的发展方向各有不同,它们之间既存在竞争,又有着合作。
正是这些因素促使了LCD向前发展。
1.5设计要求
选择一款单片机,完成单片机与QN8035的相关硬件设计,并基于该单片机完成相应软件设计,接受来自QN8027的数据,并将接受的内容显示在LCD模块上。
第2章单片机无线数据接收器模块设计的原理
2.1接收模块设计
调频发射部分:
与QN8035接收机模块配对的是以QN8027芯片为中心的发射模块。
(本设计中对此部分不要求)
单片机我们使用开发板,这样解决了我们编写软件时没有硬件的问题,并且开发板每个管脚可以用跳线引出,接线方便。
QN8027是一颗高性能、低能耗、全功能的立体声调频发射单芯片,主要适用于便携式音频和视频播放器、汽车配件、手机及GPS个人导航设备等。
QN8027集成了完整的FM发射、空台扫描,以及天线自动调谐等功能。
先进的数字架构使变量输入增益可编程,可选预加重,提供了精确的MPX立体声编码,基于PLL的低噪声调制以及纯净的频谱。
QN8027凭借其体积小巧,所需外部元件数量少,并且支持多个时钟频率,很容易被集成到多种小型低功耗便携式应用中。
QN8027集成了稳压器使它可以直接连接电池,并提供高电源纹波抑制比可以更高效地抑制噪声。
具有低功耗待机模式,能充分延长电池使用时间。
所有管脚都有静电保护。
QN8027应用高可靠性的CMOS制程制造。
调频接收机:
在众多的FM接收模块中我们选择使用QN8035芯片为中心的模块。
QN8035是一颗高性能、低能耗、全功能的立体声调频接收单芯片,主要适用于手机、MP3播放器及便携式收音机等。
QN8035支持RDS/RBDS数据接收。
接收射频信号首先由一个低噪声放大器,然后向下转换为一个中间频率传给正交混频器。
为了改善音质,抑制噪音,正交混频器可被编程在高端或低端注入。
每个通道使用滤波器抑制干扰信号。
它还可以接收RDS信息,内容可以通过LCD显示。
高功率32Ω负载音频输出,直接耳机驳接,无需外接音频放大,
2.2FM接收电路设计
QN8035是一颗高性能、低能耗、全功能的立体声调频接收单芯片,主要适用于手机、MP3播放器及便携式收音机等。
QN8035支持RDS/RBDS数据接收。
支持全球FM波段发射;76MHz~108MHz全波段调步长50/100/200kHz;50/75μs去加重;易于集成;小封装,提供2.5x2.5mmQFN16和3x3MSOP10两种封装;支持32.768kHz~MHz的时钟输入;I2C控制接口;低功耗;典型值13mA;VCC:
2.7~5.0V,集成稳压器,可直连电池;VIO:
1.6~3.6V,VCC:
2.7~5.0V;省电和待机模式;极小关断电流;提供1.6~3.6V数字接口;高性能;优越的灵敏度,优于1.5μVEMF;63dB立体声信噪比,0.03%THD;集成了音频处理(SNC,HCC,SM);改进了自动搜台功能;L/R声道分离45dB;RDS/RBDS接收机;支持美国和欧洲的数据服务;稳健运行;在-250C到+850C范围内运;所有输入和输出管脚都有静电保护。
图2.1.1是QN8035FM接收电路框图。
图2.1.1
各引脚说明:
VCC:
电源电压
ALO:
模拟音频输出—左声道
ARO:
模拟音频输出—右声道
AGND:
接地
RFI:
调频接收器的射频输入
INT:
中断输出,低电平,需外部上拉
XCLK:
如果需要外部时钟源,从此引脚连接
GND:
接地
SCL:
I2C串行总线
SDA:
双向数据线
2.2.1QN8035功能概述
该QN8035集成了FM接收功能,包括RF前端电路(LNA,混频器和通道选择滤波器等),全数字化调频解调器,解码器MPX,去加重和音频处理(SM,肝癌,和SNC)。
先进的数字架构不仅提高接收器的灵敏度和清晰的声音。
该QN8035的自动搜索功能可以自动信道选择更好的音质。
该QN8035支持占用空间小,集成和多种时钟频率的较高水平。
这些功能可以很容易地集成到多种小型化,低功耗的便携式应用。
低相位噪声的数字合成器和丰富的片上自动校准确保了可靠和一致的性能随温度和工艺变化。
集成稳压器可直接连接到一个锂离子电池,并提供高PSRR卓越的噪声抑制。
低功耗空闲和待机模式,延长电池寿命。
下图为QN8035功能模块:
该QN8035接收器采用高度数字化的低中频架构,允许在减少外部元件和工厂调整。
所接收的RF信号是由一个集成的LNA第一放大,然后向下通过正交混频器变换为中频(IF)。
以改善图像抑制(IMR),正交混频器可以被编程为在高侧或低侧注入。
当RF频率大于所述本地振荡器(LO),图像是在低侧;否则,图像是在高侧(参见Reg02h获取更多信息)。
集成中频通道滤波器将抑制信道外干扰信号。
AGC也进行同时的信号优化的信噪比以及线性和干扰抑制。
滤波后的信号被数字化,并进一步处理以数字FM解调器和解码器MPX。
然后,进行声音处理的基础上接收到的信号质量和信道状况。
两个高品质的音频DAC集成在芯片来驱动音频输出。
如果RDS接收功能的RDS信号也将被解码。
一个接收信号强度指示器(RSSI)从RSSIDB提供,可以读取[7:
0]。
图2.2.1示出的RSSI的曲线与不同的RF输入电平。
自动搜索利用RSSI来搜索可用频道。
图2.2.1RSSIVS射频输入曲线
2.2.2I2C串行接口控制
I2C总线是一种简单的双向总线接口。
该总线只需要串行数据(SDA)和串行时钟(SCL)信号。
该总线是8位的导向。
每个设备被识别一个唯一的地址。
每个寄存器也认识一个唯一的地址。
I2C总线操作
与400千赫的频率最高。
先将SDA每一个数据必须是8位(字节)从MSB到LSB和发送的每个字节必须由一个“ACK”位确认。
若一个字节是不承认,发射机应该产生一个停止条件或重新启动传输。
如果整个传输完成之前创建了停止状态,其余的字节将保持其旧的设置。
万一一个字节没有被完全转移,它就会被丢弃。
创建一个启动条件时,数据传输和从QN8035可以开始。
这种情况下,如果发生在SDA线从高向低过渡而SCL为高电平。
传输的第一个字节代表了IC的地址加上数据方向。
默认的I2C地址为0010000。
甲低这个字节的LSB表示数据传输(写),而高LSB表示数据请求(读)。
这意味着要被发送到的QN8035的第一个字节应该是“20”的写操作,或“21”的读操作。
第二个字节是起始寄存器地址(N)的读/写操作。
接下来的字节是数据寄存器地址为N,N+1,N+2,等有在每个传输的字节数没有限制。
的传输可以通过产生一个停止条件,这是过渡的SDA从低到高,而SCL为高电平时终止。
对于写操作,掌握了最后一个字节后停止传输。
对于读操作,主不会收到最后读回一个字节后不发送ACK;然后停止变速器。
该定时图下面说明都写和读操作:
图2.2.2I2C串行接
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