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 (<ref-law>) et de contraintes sexuelles (<ref-law>) 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.

Considérant en droit:
1. 1.1 Déposé en temps utile (<ref-law>) et en la forme prévue par la loi (<ref-law>), contre une décision finale (<ref-law>) en matière de protection de l'enfant (art. 72 al. 2 let. b ch. 7 LTF) rendue sur recours par la dernière juridiction cantonale (<ref-law>), le recours en matière civile est en principe recevable.
1.2 La présente procédure a été déclenchée par la clause péril prise le 3 juillet 2009 par le SPMi. Le prononcé, rendu dans ce cadre par le Tribunal tutélaire puis, sur recours, par l'Autorité de surveillance, se fondait sur la nécessité de prendre à temps les mesures immédiatement nécessaires à la protection de l'enfant. Il doit dès lors être considéré comme une décision portant sur des mesures provisionnelles au sens de l'<ref-law> (arrêt 5A_242/2009 du 9 septembre 2009, consid. 3; sur la notion de mesures provisionnelles, notamment: <ref-ruling> consid. 5 p. 396).
Dans un tel cas, seule peut être dénoncée la violation de droits constitutionnels (<ref-law>). Le Tribunal fédéral ne connaît de la violation de ces droits que si un tel moyen est invoqué et motivé par le recourant (<ref-law>), c'est-à-dire s'il a été expressément soulevé et exposé de manière claire et détaillée.
1.3 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>). Dans l'hypothèse d'un recours soumis, comme en l'espèce, à l'<ref-law>, le recourant ne peut obtenir la rectification ou le complètement des constatations de fait de l'arrêt attaqué que s'il démontre la violation de droits constitutionnels par l'autorité cantonale. Les art. 95 et 97, ainsi que l'<ref-law> ne s'appliquent donc pas directement puisqu'ils ne sont pas des droits constitutionnels (<ref-ruling> consid. 7.1 p. 398; <ref-ruling> consid. 4.1 p. 588). Toutefois, l'application de l'art. 9 Cst. aboutit pratiquement au même résultat: le Tribunal fédéral ne corrige les constatations de fait que si elles sont arbitraires et ont une influence sur le résultat de la décision. Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté, à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (<ref-law>).
Dans la mesure où le recourant s'écarte, dans la partie en fait de son mémoire, des constatations de l'arrêt attaqué, les complète ou les modifie sans se prévaloir ni démontrer d'arbitraire à ce sujet, ses allégations ne peuvent être prises en considération. Il en va ainsi, notamment, des faits et déclarations rapportés sous lettres B («La procédure pénale») et C («Le service de protection des mineurs») du recours tendant à attester du bon comportement du père envers sa fille, qui ne ressortent pas de l'arrêt cantonal et dont le recourant ne démontre pas qu'ils auraient été arbitrairement ignorés. Il ne sera pas non plus tenu compte des affirmations relatives au déroulement de l'expertise de crédibilité, en particulier de l'allégation selon laquelle les auditions de l'enfant seraient terminées. Doivent également être écartés les passages reproduisant l'avis du pédiatre de l'enfant quant aux mesures de protection mises en place.
2. Le recourant reproche à l'autorité cantonale d'avoir violé les art. 273 al. 1 et 274 al. 2 CC en limitant les relations personnelles entre lui et sa fille de manière excessive.
2.1 Selon l'<ref-law>, l'autorité tutélaire prend les mesures nécessaires pour protéger l'enfant si son développement est menacé et que les père et mère n'y remédient pas d'eux-mêmes ou soient hors d'état de le faire. Aux termes de l'<ref-law>, le père ou la mère qui ne détient pas l'autorité parentale ou la garde ainsi que l'enfant mineur ont réciproquement le droit d'entretenir les relations personnelles indiquées par les circonstances. Cependant, si de telles relations compromettent le développement de l'enfant, si les père et mère qui les entretiennent violent leurs obligations, s'ils ne se sont pas souciés sérieusement de l'enfant ou s'il existe d'autres justes motifs, le droit d'entretenir ces relations peut leur être retiré ou refusé (<ref-law>). L'établissement d'un droit de visite surveillé nécessite, comme le retrait ou le refus du droit aux relations personnelles selon l'<ref-law>, des indices concrets de mise en danger du bien de l'enfant; il ne suffit pas que ce dernier risque abstraitement de subir une mauvaise influence (<ref-ruling> consid. 3c p. 408; arrêt 5C.20/2006 du 4 avril 2006; 5P.131/2006 du 25 août 2006 consid. 3, publié in FamPra 2007 p. 167). Conformément au principe de la proportionnalité, il importe en outre que ce danger ne puisse être écarté par d'autres mesures appropriées (<ref-ruling> consid. 3b p. 407 et la jurisprudence citée; arrêt 5P.369/2004 du 24 novembre 2004 consid. 4, publié in FamPra.ch 2005 p. 393).
Pour fixer le droit aux relations personnelles, le juge fait usage de son pouvoir d'appréciation (<ref-law>). Le Tribunal fédéral s'impose dès lors une certaine retenue en la matière; il n'intervient que si la décision a été prise sur la base de circonstances qui ne jouent aucun rôle selon l'esprit de la loi, ou si des aspects essentiels ont été ignorés (<ref-ruling> consid. 4a p. 235 et l'arrêt cité).
2.2 Selon le recourant, il résulterait du dossier de la procédure pénale dirigée contre lui qu'il n'a commis aucun abus sexuel sur sa fille ou sur tout autre enfant. Se disant conscient que la justice doit, d'une part, rechercher la vérité et, d'autre part, protéger la fillette, il soutient toutefois qu'en restreignant les relations personnelles à un téléphone par semaine sous surveillance, les autorités cantonales se sont montrées beaucoup trop restrictives et qu'elles ont ainsi violé les principes régissant l'établissement du droit de visite, notamment celui de la proportionnalité; ce d'autant que, selon la jurisprudence (<ref-ruling>), un droit de visite sous surveillance est possible quand bien même un père est suspecté d'abus sexuels. A l'appui de son grief, il expose qu'ainsi que le relève le SPMi dans son rapport du 13 avril 2006, il s'est toujours beaucoup occupé de sa fille au point d'arrêter momentanément toute activité professionnelle, compte tenu notamment des problèmes de toxicomanie rencontrés par la mère. Restreindre les relations personnelles à un seul contact téléphonique par semaine représenterait ainsi dans la vie de l'enfant un bouleversement préjudiciable à son équilibre, d'autant qu'elle est placée dans un foyer. Dans une attestation du 21 août 2009, le pédiatre de la fillette serait également d'avis que la restriction du droit de visite imposée aux parents est excessive et préjudiciable à l'enfant.
Il reproche en outre à l'autorité cantonale de n'avoir pas expliqué en quoi des rencontres entre lui et sa fille dans un Point de rencontre, sous surveillance, seraient néfastes à l'équilibre de celle-ci. Selon lui, le seul motif avancé par l'Autorité de surveillance est que l'enfant doit être mis à l'abri de toute pression de son père afin que l'expert en charge de l'expertise de crédibilité puisse parvenir à une conclusion certaine. Or, cette argumentation ne pourrait être suivie, pour deux motifs: d'une part, comme le droit de visite se déroulerait sous surveillance, ses propos seraient contrôlés et il ne pourrait en aucun cas tenter d'influencer sa fille en la mettant sous pression; d'autre part, l'expertise serait sur le point d'être transmise au juge, de sorte que la fillette aurait déjà été entendue: le risque de pression et/ou d'influence sur l'enfant serait donc inexistant. Dès lors qu'aucun indice concret de mise en danger du bien de l'enfant ne serait établi, l'autorité cantonale aurait violé les art. 273 al. 1 et 274 al. 2 CC et un droit de visite dans un Point de rencontre devrait être mis en place.
2.3 Cette argumentation, qui consiste essentiellement pour le recourant à opposer son opinion à celle de l'autorité cantonale, n'est pas de nature à démontrer l'arbitraire de la décision attaquée. Dans la mesure où le recourant se réfère aux déclarations de proches entendus dans la procédure pénale et au rapport du SPMi du 13 avril 2006, il se fonde sur des faits qui n'ont pas été constatés par l'Autorité de surveillance et qui sont, partant, irrecevables; il en va de même lorsqu'il affirme que la situation de la famille était précédemment suivie par un autre assistant social, de sorte que l'actuel n'aurait pas assez pris conscience de son implication dans la vie de sa fille. Quant à l'avis du pédiatre de l'enfant, l'Autorité de surveillance a estimé qu'il ne pouvait être pris en considération, dès lors que ce médecin n'avait pas accès au dossier pénal et n'était donc pas en mesure de se prononcer de façon éclairée concernant la situation présente de la fillette; or le recourant ne s'en prend pas à cette motivation (<ref-law>).
Le recourant reproche de plus à tort à l'autorité cantonale de n'avoir pas expliqué en quoi des rencontres entre lui et sa fille sous surveillance dans un Point de rencontre seraient préjudiciables à l'enfant. La décision attaquée mentionne en effet, d'une part, le besoin de protection maximal de la fillette (relevé par le SPMi) et, d'autre part, la nécessité de permettre l'évaluation des dires de l'enfant dans des conditions optimales, sans influence négative extérieure. Le recourant s'en prend d'ailleurs à ce second motif, qu'il critique pour deux raisons. Il estime d'abord que, dans la mesure où le droit de visite serait exercé sous surveillance, il ne pourrait influencer sa fille par ses propos: ce faisant, il méconnaît que le but de l'autorité cantonale est de mettre la fillette à l'abri de toute pression; or il n'est pas insoutenable de penser que la mise en présence directe du père et de sa fille soit en elle-même de nature à exercer une pression sur celle-ci, indépendamment des propos tenus, cette influence pouvant se produire de façon non verbale; la limitation du droit de visite à des relations téléphoniques permet d'éviter ce risque et n'apparaît pas insoutenable au regard des circonstances.
Au demeurant, il y a lieu de signaler que, dans le contexte de l'instruction pénale en cours, le recourant a été relaxé à la condition que les contacts avec sa fille s'effectuent conformément aux instructions du SPMi, ce service ayant encore confirmé la nécessité de limiter ces contacts à un téléphone hebdomadaire dans sa prise de position du 30 septembre 2009 à l'intention de l'Autorité de surveillance: en accordant une importance plus grande à l'avis exprimé par les institutions et les autorités, pleinement informées de la situation, plutôt qu'à celui du pédiatre de l'enfant, partiellement renseigné, l'autorité cantonale n'est donc pas tombée dans l'arbitraire. La jurisprudence invoquée par le recourant ne lui est par ailleurs d'aucun secours, sur le vu des circonstances particulières du cas. Enfin, lorsqu'il affirme que le risque d'influencer l'enfant serait inexistant car l'expertise de crédibilité serait sur le point d'être remise au juge, il s'écarte, de manière irrecevable, des faits constatés par l'autorité cantonale, qui se réfère à l'expertise en cours sans retenir que l'audition de l'enfant aurait déjà eu lieu. Le grief ne saurait dès lors être examiné.
Il convient encore de préciser que les mesures de protection de l'enfant (<ref-law>) peuvent être modifiées en tout temps en cas de changement des circonstances (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 4d p. 386). L'évolution de la situation pourra dès lors, au besoin, conduire à une adaptation des mesures qui ont été prises.
3. En conclusion, le recours se révèle mal fondé et doit par conséquent être rejeté, en tant qu'il est recevable. Le recourant, qui succombe, supportera ainsi les frais judiciaires (<ref-law>). Il n'y a pas lieu d'allouer des dépens.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 2'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué au mandataire du recourant, au Service de protection des mineurs et à l'Autorité de surveillance des tutelles du canton de Genève.
Lausanne, le 22 mars 2010
Au nom de la IIe Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Juge présidant: La Greffière:
Escher Mairot