Faits: A. A.a B._ est née le 16 mars 2005 de la relation hors mariage entre C._, née le 18 janvier 1976, et A._, né le 8 septembre 1965. Celui-ci a reconnu sa paternité par acte d'état civil du 12 mai 2005. L'enfant, née très prématurément en raison de la toxicomanie de sa mère, a dû rester hospitalisée pendant plusieurs semaines pour les besoins de son sevrage. Par convention du 13 avril 2006, les parents ont décidé d'exercer en commun l'autorité parentale sur leur fille, la garde étant assumée par le père et la mère bénéficiant d'un droit de visite s'exerçant, sans les nuits, soit en présence du père, soit en présence d'un tiers. Aucune contribution d'entretien n'a été prévue à la charge de la mère. Par ordonnance du 27 avril 2006, le Tribunal tutélaire du canton de Genève a ratifié cette convention, sans toutefois prévoir expressément lequel des parents était titulaire de la garde de l'enfant. A.b Le 3 juillet 2009, le Service de protection des mineurs (SPMi) a prononcé, en application de l'art. 12 al. 3 de la loi sur l'Office de la jeunesse, une «clause péril» en faveur de la fillette, valant retrait de la garde et placement de celle-ci dans un foyer, l'enfant ayant fait état d'attouchements sexuels de la part de son père. Le 4 juillet 2009, ce dernier a été inculpé par le juge d'instruction d'actes d'ordre sexuel avec des enfants (art. 187 CP) et de contraintes sexuelles (art. 189 CP) tant sur sa fille que sur l'enfant d'une tierce personne. Selon un rapport du SPMi du 14 juillet 2009, la fillette a été entendue par la police judiciaire, tandis que le père a été arrêté et mis en garde à vue. Compte tenu de la situation instable de la mère, hospitalisée en dernier lieu du 15 juin au 1er juillet 2009 pour une cure de désintoxication, il convenait de ratifier la clause péril; de retirer la garde de l'enfant à son père et de placer la fillette en foyer; d'instaurer une curatelle d'organisation, de surveillance et de financement du placement ainsi qu'une curatelle d'assistance éducative; de fixer un droit de visite en faveur de la mère, dans le foyer, à raison de deux heures par semaine, sous la surveillance d'un éducateur; enfin, de maintenir les relations personnelles entre l'enfant et son père à raison d'un entretien téléphonique par semaine, sous écoute. Lors d'une audience devant le Tribunal tutélaire le 4 août 2009, le SPMi a confirmé les conclusions de son rapport du 14 juillet précédent et s'est opposé à ce que la fillette soit confiée à sa mère, qui cohabitait avec le père et dont le problème de toxicomanie n'était pas résolu. Selon le SPMi, tant que l'instruction pénale n'était pas terminée, il convenait de maintenir une protection maximale à l'égard de l'enfant. Une expertise de crédibilité des dires de l'enfant B._ a été mise en oeuvre, le rapport devant être déposé d'ici à fin novembre 2009. B. Par ordonnance du 7 août 2009, le Tribunal tutélaire a ratifié la clause péril prise par le SPMi, retiré la garde de l'enfant à son père, confirmé le placement de la fillette en foyer, ordonné les curatelles sollicitées par le SPMi, fixé le droit de visite de la mère à deux heures par semaine, en foyer, sous la surveillance d'un éducateur, limité les relations personnelles entre le père et sa fille à un entretien téléphonique par semaine, sous écoute, et nommé une collaboratrice du SPMi en qualité de curatrice. Cette ordonnance a été déclarée exécutoire nonobstant recours. Par ailleurs, le Tribunal tutélaire a, par ordonnance du 13 août 2009, nommé un avocat en qualité de curateur dans la procédure pénale dirigée contre le père, l'autorisant à se constituer partie civile, à plaider et à délier d'éventuels médecins de leur secret médical. Statuant le 3 novembre 2009 sur le recours déposé en commun par les deux parents contre l'ordonnance du 7 août 2009, l'Autorité de surveillance des tutelles du canton de Genève l'a confirmée. C. Par acte du 7 décembre 2009, A._ exerce un recours en matière civile au Tribunal fédéral contre l'arrêt du 3 novembre 2009. Il conclut, principalement, à ce que les relations personnelles entre sa fille et lui soient fixées à raison de trois fois deux heures par semaine dans un Point de rencontre. Subsidiairement, il demande le renvoi de la cause à l'Autorité de surveillance des tutelles pour nouvelle décision au sens des considérants. Des observations n'ont pas été requises.