TEA5767 - Rádio FM com o PIC 16F876a

O circuito integrado TEA5767 é um rádio FM estéreo em um único chip. Esse CI é ideal para pequenas aplicações com baixo consumo de energia e de baixa complexidade uma vez que não é necessário nenhum tipo de ajuste no seu circuito. Este chip pode se comunicar com circuitos externo via um barramento I2C. Confira como funciona este dispositivo e como utilizá-lo para fazer um rádio FM com o microcontrolador PIC16F876a.

Introdução

O  módulo de rádio FM contem todos os blocos necessários para construir uma função de rádio digitalmente sintonizável em um único chip. O chip TEA 5767 é geralmente encontrado em forma de módulo como apresentado na figura 1. Esse componente é facilmente achado em dispositivos portáteis como MP3, MP4 ou celulares com função rádio.

Figura 1 - Módulo de rádio FM TEA5767 encontrado em dispositivos móveis

Descrição do módulo TEA5767

O módulo possui 10 pinos como ilustrado na figura 2 e é comandado via um barramento I2C quando o Busmode (Pino 3) é colocado em nível baixo. A interface serial I2C usa o pino 1 para SDA (via de dados) e o pino 2 para SCL (Clock). O sistema é alimentado no pino 5 (VCC) com tensão entre 2,5V a 5V e o pino 6 é o GND . Os pinos 7 e 8 são as saídas de áudio estéreo e o pino 10 é a antena para entrada de RF. 

Figura 2 - Ligação do TEA5767

Receptor super-heteródino

Inicialmente de comandarmos o circuito é interessante entendermos a idéia de funcionamento de um receptor super-heteródino que é usado nesse componente em questão. 

O receptor Super-heteródino (figura 3)  foi inventado em 1918 por Edwin Armstrong. O princípio de funcionamento, que ainda hoje se aplica aos mais modernos aparelhos de rádio, constituiu o maior salto na evolução das radiocomunicações uma vez que permitiu resolver alguns graves problemas que os receptores da época tinham: fraca estabilidade, pouca seletividade e grande sensibilidade às interferências.

Figura 3 - Diagrama de Bloco simplificado de um receptor super-heteródino.

No receptor super-heteródino uma onda de rádio com frequência Frf, captada pela antena, é amplificada e levada ao bloco misturador que é um elemento não linear. No bloco misturador a onda de radiofrequência é misturada com outra onda que é gerada em um oscilador do próprio receptor, chamado de oscilador local. A frequência do oscilador local, na grande maioria dos sintonizadores é sempre 10,7MHz, chamada de frequência intermediária FI.

De forma resumida o misturador recebe x+y, e efetua (x+y)² = x² + y² + 2xy. O termo 2xy é o responsável pela conversão de frequência, pois corresponde ao produto de duas funções senoidais (identidade trigonométrica sen(x)sen(y)=[cos(x-y)-cos(x+y)]/2 ) esse produto resulta em dois novos sinais com frequência soma: Frf+Fo e frequência diferença: Frf-Fo e é um desses dois sinais que nos interessa. Esse sinal é escolhido como sinal de FI (frequência intermediária) por meio de um filtro (figura 4) adequado de FI.

Figura 4 - Funcionamento receptor super-heteródino.

Para que todo esse processo? Imaginemos uma frequência de sintonia do rádio FM escolhida de 97,7MHz.
No final do bloco misturador teremos várias frequências espalhadas espectralmente entorno  da frequência central de 97,7MHz, porém as duas mais importantes são a soma e a diferença das frequências Frf e FI, ou seja, 108,4MHz e 10,7MHz. A frequência de 108,4MHz é então eliminada pelo filtro e a frequência de 10,7MHz é amplificada e detectada.

Para a frequência de 97,7MHz e uma frequência local de oscilação de 10,7MHz teremos:

Portanto com essa frequência local nós iremos pegar:

E se nós  pegarmos a Banda lateral inferior?

 
Novamente fazemos o procedimento anterior: 

Para que todo esse procedimento? Amplificar uma frequência de 97,7MHz é mais complicada do que amplificar uma frequência de 10,7MHz por isso temos essa conversão de espectro. Em resumo o sinal de áudio modulado na frequência de 97,7MHz é transferido para uma frequência mais baixa para ser amplificado e detectado mais facilmente e minimizando os efeitos indesejáveis. Entretanto o CI TEA5767 utiliza uma frequência intermediária (FI) de 225KHz ao invés de 10,7MHz.

Demodulação

Nos sistemas osciladores de RF a sintonia é feita por intermédio de um capacitor variável ou por um diodo varicap. Os sistemas de sintonia digitais substituem os convencionais receptores AM e FM. O sintonizador digital é feito com um PLL (Phase Locked Loop). O PLL é usado para sintetizar a comunicação dos receptores e transmissores, ele necessita de uma frequência de referencia de baixa frequência. O Modulo TEA5767 usa um cristal de 32,768Khz para isso. A demodulação FM é mostrada de forma ilustrativa na figura 5.

Figura 5 - Demodulação FM com PLL.

O circuito PLL funciona a partir de um oscilador de referencia sintonizado em uma frequência fo. O PLL recebe em sua entrada um sinal com uma frequência fc. O circuito compara então a frequência e a fase do sinal recebido com a frequência e a fase do oscilador de referencia (32768KHz no caso do TEA5767).  Se forem iguais, a saída do circuito é nula. Se a frequência fc for maior que fo, então o circuito fornece na saída uma tensão positiva proporcional à diferença entre as frequências. Se a frequência fc for menor que fo, então o circuito fornece na saída uma tensão negativa proporcional à diferença entre as frequências. Resumidamente, o  PLL  fornece  uma  tensão  proporcional  ao  desvio  de  frequência  a partir da frequência do oscilador local, que é, em princípio, o processo inverso da modulação a partir de um VCO. Modificando o valor  da  frequência  fo,  é  possível  demodular  sinais  com  diferentes portadoras  ou  estações,  visto  que  os  desvios  serão  agora  comparados  a  partir  da  nova frequência fo que no caso do CI TEA5767 pode ser ajustada digitalmente através de um registrador de 14bits.

Configurando o modulo TEA5767 com o PIC16F876a

O TEA5767HN pode se comunicar com o controlador externo através de uma interface serial. O sintonizador suporta interface de barramento I2C e 3-WIRE, selecionável através do pino BUSMODE. Quando o pino BUSMODE é levado para estado baixo o barramento de comunicação é I2C mas quando em estado alto funciona no modo 3-WIRE. Uma aplicação típica de interface I2C é dado na figura 6.

Figura 6 - Comunicação I2C.

Para estabelecermos uma comunicação serial com o módulo de rádio utilizaremos um microcontrolador PIC16F876a. Esse microcontrolador possui internamente um periférico de comunicação que suporta o protocolo I2C e é facilmente encontrado no mercado com preços acessíveis. 

Estabelecer a comunicação entre o microcontrolador PIC e o módulo é relativamente simples se os comandos forem dados corretamente.

O módulo TEA5767 pode ser lido e escrito, porem neste artigo vamos somente descrever o processo básico de escrita no módulo para operá-lo de forma simples. O programa apresentado a seguir pode servir como base para novas aplicações. 

Em artigos futuras apresentarei outros projetos com o TEA5767!

Escrita no Barramento I2C

I2C é uma interface de barramento bidirecional simples. O barramento requer apenas duas linhas, que são dados seriais (SDA) e o clock (SCL). O barramento é de 8 bits orientado serialmente. Cada dispositivo é reconhecida com um único endereço. O barramento I2C funciona com uma frequência máxima de 400KHz.

A transferência de bytes de dados devem ser ordenados do menor para o maior. A sequencia de transferência dos dados para o modulo é a seguinte: Endereço, Byte1, Byte2, Byte3, Byte4 e Byte5 (A sequencia dever ser necessariamente nessa ordem como apresentado na figura 7).  

O MSB de cada byte será enviado em primeiro lugar. O endereço IC do TEA5767 é 0b1100000. Isto significa que o primeiro byte a ser transmitido para o TEA5767HN deve ser "0xC0" para uma operação de escrita (caso abordado neste artigo) ou "0xC1" para a operação de leitura.

Figura 7 - Sequencia de comando de escrita no TEA5767.

Portanto após enviarmos o Byte de Endereço devemos enviar os 5 bytes subsequentes. Nas tabelas a baixo temos a sequencia de bytes que devêm ser enviados para a operação de escrita básica.

Para sintonizar o rádio na frequência desejada, deve-se em primeiro lugar calcular a variável do registrador PLL correspondente. Está variável é uma palavra de 14bits que vai ser enviada para o divisor programável do PLL. Podemos escolher entre o sinal contido na banda lateral inferior ou superior. Em contraste com a maioria dos sistemas que utilizam um sintonizador super-heteródino com FI de 10.7MHz, o TEA5767/68 usa uma baixa FI de 225KHz. Com esta baixa FI, integração do FI filtro torna-se viável. O objetivo é reduzir os custos do sistema e da potência global.

A formula para calcular a variável do registrador PLL é dada na figura 8. Como dito anteriormente o valor desse registrador é de 14Bits, portanto a variável é enviada ao registrador por dois bytes seguidos, o primeiro (Byte1) contêm os 6bits mais significativos (MSB) já o segundo (Byte2) contêm os 8bits menos significativos (LSB) restantes.

Figura 8 - Formula para o calculo da frequência de sintonia.

A frequência que eu escolhi para sintonizar uma estação no módulo foi de 100,1MHz. Utilizando a formula da figura 9 chegamos ao resultado a baixo.

Figura 9 - Calculo da frequência de sintonia com a banda lateral superior.

Enviando o Byte1 ao módulo (Tabela 1). O Bit MUTE e SM são deixado em 0 sendo necessário enviar somente os 6bits dos registradores PLL (0x2F).

Tabela 1

Enviando o Byte 2 ao módulo (Tabela 2). Corresponde ao 8bits restantes do registrador PLL (0xD7).

Tabela 2

Enviando o Byte 3 ao módulo (Tabela 3). Configuração do modo de busca (SUD,SSL[1,0]) e escolhemos a banda lateral superior para a demodulação (HLSI).

Tabela 3

Enviando o Byte 4 ao módulo (Tabela 4). Configuração da frequência de oscilação de referencia do PLL (XTAL).

Tabela 4

 

E por último enviamos o Byte 5 ao módulo (Tabela 5). Configuração da frequência de oscilação de referencia do PLL (PLLREF).

Tabela 5

A baixo temos uma parte do código básico para configurar o módulo com o microcontrolador PIC16F876a por intermédio do barramento I2C. O programa foi desenvolvido com o compilador CCS e o arquivo completo pode ser baixado no link:  Radio.c

Circuito e Montagem do Receptor de Rádio

O circuito elétrico de ligação é apresentado na figura 10. Caixinhas de som do computador poderão ser usadas como amplificador de áudio.

Figura 10 - Circuito elétrico para montagem.

Na figura 11 temos o circuito montado em protoboard.

Figura 11 - Montagem do circuito em protoboard.

Maiores informações sobre o receptor de rádio e sua configuração podem ser obtidas no datasheet e no application note do TEA5767. O módulo oferece muitos outros recursos que podem ser explorados.

Em breve estarei postando um outro trabalho mais elaborado com esse pequeno receptor de rádio FM!

Arquivos:

Datasheet: TEA5767

Application: TEA5767

Versão 1 :  Sem LCD

                    Codigo fonte: Radio.c
                    Arquivo .hex: Radio.hex

Versão 2 : Com LCD

                    Codigo fonte: Radio.c

                                           Modulo_LCD
                    Arquivo .hex: Radio.hex

                    Obs : As conexões entre LCD, PIC et TEA5767 devem ser deduzidas pelo códigos fonte.

Vídeos

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