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实测简化版TEA5767调频收音模块
图1 完整版模块
图2 简化版模块
放暑假了,终于有时间和心爱的单片机结伴而行啦。这次用单片机来执行什么任务呢?笔者正在思考这个问题时,无意中看到了妻子正在用手机一边发短信一边听广播。我的眼前一亮,早就有资料介绍过,现在的数码产品(如手机、MP3、MP4、PDA等)中,接收调频广播大都是由TEA5767调频收音模块来完成的。TEA5767调频收音模块是通过I2C总线或3线总线通信方式来控制的,我何不用单片机来驾驭它,制作一个数控调频收音机呢?
说干就干,马上上淘宝网搜寻出售TEA5767调频收音模块的商家信息,一下子搜索出了140多个出售TEA5767模块的商家。这些商家标出的信息引起了我的注意,"完整版TEA5767模块7元,简化版(又称简版、简体版)4.5元"、"简化版和完整版相比,非立体声而且频段和接收能力有弱化,完整版可稳定接收12个台,简化版只能接收4、5个台"。完整版和简化版的TEA5767调频收音模块实物照片如图1、图2所示。
从实物照片可以看出,简化版模块上的元件数量比完整版模块上的元件数量有所减少,即电路作了适当的精简,我想这也是简化版称呼的由来吧;元件减少了,成本自然降低了,简化版模块自然比完整版模块便宜啦。简化版称呼的由来与价格便宜我们从实物对比可以分析出来,那么简化版与完整版相比是不是性能也被"简化"了?真的像商家所说的那样"简化版和完整版相比,非立体声而且频段和接收能力有弱化,简化版只能接收4、5个台"?商家的这句话表达出了简化版模块的三个问题:不是立体声音频输出、收音接收频段变窄、灵敏度降低了。真的如此吗?如果真的存在上述三个问题,厂家为什么还要生产简化版模块?他还有市场生存空间吗?这一连串的问题激发了我的探究欲望,我决定同时购买简化版模块、完整版模块,进行对比测试,一探究竟,揭开这些"谜团"。
测试环境
北京市区,钢筋水泥浇筑楼房的8层。80cm软导线作为接收天线。模块输出的音频信号送入立体声有源音箱放大。控制电路如图3所示,在万能板上搭焊的电路实物照片如图4所示,数码管用来显示接收电台的频率。控制软件用C语言编写,编译环境为Keil μVision3。单片机与模块之间采用I2C总线通信方式。简化版模块、完整版模块各一块,iAUDIO U2 MP3播放器一台(其内部也是采用TEA5767调频收音模块来接收调频广播),三者进行对比测试。
TEA5767调频收音模块的各控制字节的含义及基本控制方法可参看TEA5767HN芯片技术文档。这里不再赘述。
初步测试——效果令人满意
测试方法:笔者居住的地区有14个调频广播电台,将这些电台的频率逐一通过单片机写入模块进行接收,即人工指定接收频率。这14个调频广播电台的频率分布如表1所列。
测试结果让笔者很惊喜,简化版模块14个电台全部顺利接收到了,除了接收中央人民广播电台音乐之声90.0MHz背景噪声大些外,其他台声音干净清晰,尤其是收听音乐类节目时,立体感很强,音质优美动听,TEA5767调频收音模块完全可以作为音响系统中的优质节目源。完整版模块接收这14个电台自然不在话下了,接收中央人民广播电台音乐之声90.0MHz也有背景噪声。iAUDIO U2 MP3播放器接收中央人民广播电台音乐之声90.0MHz、北京音乐台97.4MHz有背景噪声。
测试结论:在接收电台的同时,用单片机读取TEA5767HN的立体声指示位,此位指示为1,表明是立体声接收状态,实际收听效果也证明了简化版模块是立体声音频输出。波段低端的北京文艺台87.6MHz与波段高端的北京城市管理广播107.3 MHz都顺利接收到了,可以证明简化版模块接收频段范围符合我国的调频广播频率范围87~108MHz。主观感觉简化版模块的工作效果令人满意。
灵敏度检测——确有降低
测试方法:人工设定接收频率,每接收一个电台,都用单片机读取一次TEA5767HN内部的ADC电平值,并通过数码管显示(原来数码管是用来显示电台频率的)。测试结果如表2所列。
测试结论:从TEA5767HN的内部组成电路方框图可知,ADC电平值反映了接收电台的信号强度,但是这个信号强度也和模块的灵敏度有关,在测试环境和测试条件都相同的情况下,接收相同的电台,灵敏度高则ADC电平值也相应提高,灵敏度低则ADC电平值也相应降低。从表2的测试结果可以看出,简化版模块确实比完整版模块灵敏度降低了。
自动搜台检测程序的编写探讨
上面的测试都是人工设定接收频率,在实际应用当中要通过单片机的控制实现自动搜索电台,这样才具有实际应用价值。自动搜台的检测与判断要由软件来实现。
1.传统自动搜台的软件操作流程(以向上搜索为例)
这种搜索方式是技术文档推荐的操作流程。流程图如图5所示。从流程图中可以看到,判断是否搜索到有效电台要经过两个判断过程。
第一步,中频判断。读取TEA5767内中频计数器计数值,此计数值代表了中频频率,判断中频频率是否符合要求,即中频频率是否在0x31至0x3e范围内,如果符合要求则进行第二步判断。0x31至0x3e的范围是技术文档中给出的中频范围。
第二步,电平判断。读取TEA5767内ADC电平值,此值代表了接收电台的信号强度,如果电平值大于设定的阈值,则证明搜索到了一个有效电台,此时可以停止搜索,收听这个电台的广播了。如果想继续搜索其他电台,则从流程图中的S点重复这些判断步骤就可以了。ADC电平值的范围是0~15,设定的阈值要在这个范围之内,阈值太小会出现假台,阈值太大会漏台。
在上面两步的判断过程中,只要有一步不符合要求,就返回S点,增加步进值后继续搜索,直至两步判断都通过为止。当频率增加到频段上限值(即BLF=1)时,退出自动搜索状态。之所以要作两步判断,是为了排除假台(电台的镜像频率)及干扰信号引起的误动作。
按照上面的流程图笔者编写了自动搜索程序,用此程序控制简化版模块时,将电平判断中的阈值根据实际情况进行了合理的设置后,实现了自动搜索,但是效果不理想。14个电台都搜索到了,也搜索到了4个假台。将电平判断中的阈值调高后,搜索到假台的问题虽然消失了,又出现了漏台的问题,有3个信号较弱的电台在自动搜索中漏掉了。不管怎样调整阈值,出现假台和漏台的问题都无法兼顾解决,总是顾此失彼。完整版模块用此程序控制时同样存在相同的问题。
2.问题的分析
漏台的问题容易理解,由于阈值设置偏高,弱台的ADC值低于此阈值,就被判断程序排除掉了,引起了漏台。
在出现假台的时候,笔者发现了如下规律:假台都是出现在有效电台的两侧,可以收听,但效果很差;有效电台左侧的假台频率为f假=f-100kHz,有效电台右侧的假台频率为f假=f+100kHz,f为有效台的频率。
之所以可以搜索到假台,是因为假台的频率和有效台的频率很接近,假台的信号频率经过混频后也可以得到225kHz左右的中频信号,从而进入中频放大器得到放大,放大后可以由ADC电路转换出ADC电平值,当ADC电平值大于或等于程序中的检测阈值时,就被认为是"有效台"了。因为假台处于有效台的两侧,是有效台的镜像频率,所以假台的信号强度要比有效台弱,ADC值自然也比有效台低了,既然ADC电平值存在区别,就可以利用这个差异排除假台,选出有效台了。
笔者根据上述分析思路设计出了下面的自动搜台判断方法。
3.两次ADC电平阈值判断,逐次逼近搜台法
这种自动搜台方法的流程图如图6所示。仍以向上搜索为例。
在此方法中,笔者去掉了中频判断环节,因为假台的信号频率经过混频后也可以得到225kHz左右的中频信号,因此中频判断环节不能够把假台排查出来。
工作流程分析
第一次ADC电平阈值判断,这是对电台的初筛。这时的阈值1设置得比较低(低于阈值2),这样的设置是为了避免漏掉信号弱的弱台。如果ADC值小于阈值1,则认为无台,返回S点增加步进值后继续搜索。如果ADC值大于等于阈值1,则认为搜索到一个电台,此时将f增加100kHz,并写入模块,之后进行第二次ADC电平阈值判断。
第二次ADC电平阈值判断,如果f增加100kHz后检测到的ADC值大于等于阈值2(阈值2大于阈值1),则f增加100kHz后接收的电台是有效台,在第一次ADC电平阈值判断中用频率f搜索到的是假台,因为假台的信号强度要比有效台弱(阈值1<阈值2)。这样通过第二次ADC电平阈值判断,将有效台左侧的假台排除掉了。
如果f增加100kHz后检测到的ADC值小于阈值2,则在第一次ADC电平阈值判断中用频率f搜索到的是有效台,此时要将先前增加的100kHz减掉,并写入模块。
在第二次ADC电平阈值判断结束后,如果想继续搜索,则在当前的频率基础上增加100kHz,之后返回S点继续搜索。在当前的频率基础上增加100kHz的目的是消除有效台右侧的假台。
向下搜索的流程与向上搜索的流程相同,只是要将f加步进值改为f减步进值,读者可参照图6画出流程图。
笔者用这种搜索判断方法编写了自动搜台程序。在合理的设置阈值1与阈值2后,在自动搜台时既无假台出现,也没有漏掉弱台,在两个版本的收音模块上应用效果都比较理想。至于商家所说的"简化版只能接收4、5个台",应当是自动搜索程序没有编写好产生的。硬件是躯体,软件是灵魂,只要软件编写好了,硬件会发挥得淋漓尽致的。
通过这次对简化版TEA5767收音模块的测试与实际应用,笔者认为简化版模块与完整版模块相比,除了灵敏度有所降低外,其他性能没有差异。灵敏度虽然降低了,但对实际接收效果没有大的影响,在可接受的范围内。更何况简化版模块在价格上还具有优势,它是有市场竞争力和生存空间的。
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