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1、 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 40 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
2、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。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
3、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
4、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 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 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 40 页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
5、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
6、，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。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 40 页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
7、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
8、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 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 40 页口电路。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
9、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
10、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
11、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 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文
12、） 第 5 页 共 40 页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
13、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
14、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 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 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 40 页低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时 钟 电 路AT89
15、C51 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）Flash 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
16、） ，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： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 40 页图 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 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
