汽車智能MP3無線發射器的設計

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述
名稱:汽車智能MP3無線發射器的設計引言汽車MP3無線發射器可以將MP3播放器內存儲的音樂通過FM廣播方式發送,再通過FM調頻收音機接收,通過汽車音響播放。本文採用單片機AT89C52及數字鎖相環MC……
名稱:汽車智能MP3無線發射器的設計
引言
汽車MP3無線發射器可以將MP3播放器內存儲的音樂通過FM廣播方式發送,再通過FM調頻收音機接收,通過汽車音響播放。本文採用單片機 AT89C52及數字鎖相環 MC145152等晶元設計了汽車MP3無線發射器,從模擬結果與目標樣機的運行情況來看,均達到了預期效果。
系統組成
圖1為汽車智能MP3無線發射器的系統組成框圖,它主要由 MC145152、 MC1648組成數字鎖相環頻率合成器,採用變容二極體 MV209調頻。用戶可使用簡易的按鍵,通過單片機 AT89C52控制並監測發射頻率,同時利用液晶顯示器顯示反饋信息。另外,可使用串列口實現單片機與計算機的通信,從而通過計算機對發射機進行智能控制。音源不僅可以從車載MP3播放器獲取,還可以通過計算機甚至使用網路資源提供。

圖1系統組成框圖
各組成模塊的設計
數字鎖相環頻率合成器的設計
本文採用 MC145152,該晶元集成了晶振、參考分頻器、鑒頻/鑒相器、可編程分頻器等電路,簡化了電路設計。同時利用單片機來控制 MC145152,確定分頻係數A、N和發射頻率的對應關係。
頻率合成器的控制由單片機來實現,由式f0=(P×N+A)×fr(式中f0為VCO輸出頻率,P為圖1高速分頻器的分頻係數,N、A為單片機可編程分頻係數,fr為調頻步進值)可知,輸出頻率可由A和N來控制,A和N的值分別從單片機的P2.2~P2.7(6位)和P0口(8位)向 MC145152發送。本來發送N值需要10位數據線,但因為f0屬於88~108MHz頻段,如果採用10KHz調頻步進值fr,根據式f0=(P×N+A)×fr計算,可以得到N值最高位(N9,N8)恆為0,可省去單片機的輸出口,而將 MC145152的N9、N8兩腳直接接地。
壓控振蕩器是頻率合成電路的關鍵部分,採用集成的VCO晶元 MC1648,其工作電壓為5V,輸出頻率最高可達225MHz,輸出波形失真小,採用由變容二極體MV09和電感組成的並聯LC諧振槽路,振蕩頻率將受變容二極體的偏置電壓控制。
高速分頻器的設計
由於發射機的頻率高達88MHz, MC145152無法對其直接分頻,必須先用ECL(非飽和型邏輯電路)的高速分頻器進行預分頻,把頻率降低,然後由 MC145152進一步分頻,得到一個與參考頻率相等的頻率,並進行鑒相。為使分頻係數連續可調,可編程分頻電路採用的是吞咽脈衝計數法,它由ECL的高速分頻器 MC12022及 MC145152內部的÷A減法計數器和÷N減法計數器構成。
控制電路設計和頻率計算
控制電路的作用包括:響應按鍵輸入,控制液晶顯示,計算並向 MC145152輸出控制信號以及監測發射頻率。單片機使用11.0592MHz晶振,從X1、X2口接入,晶振的兩個引腳分別接 30PF的負載電容到地。
測頻可利用單片機來完成。單片機內部有兩個計時/計數器,一個用來計時,產生一個標準的時基閘門信號,一個用來計數,計下閘門時間內輸入的脈衝個數,然後經換算得到實際輸入的頻率。
與 MC145152類似,單片機同樣無法以高達88MHz的頻率直接進行測量,必須先對發射頻率進行預分頻,降到單片機能夠測量的頻率範圍,並轉換成為通用TTL電平,再接入測頻介面,所測結果採用液晶顯示。 MC12022的輸出頻率至少為88MHz/64=1.375MHz,高於單片機的測頻上限,無法直接利用,因此需要再接一個分頻係數為100的分頻器,本文採用價格較低的分頻器 74HC390。
VCO輸出頻率的範圍是88 MHz~108MHz。首先應確定參考頻率fc,fr為步長(頻率間隔)。 fr可由式1確定。
(1)由於R值是固定的,只能從8個參考值中選擇,若fc採用10.2400MHz的晶振作為標準頻率,對其進行÷R分頻,R取2048,分頻得到5KHz的脈衝信號作為fr。該值可通過單片機改變。
由fr確定的N值和A值的範圍應該在 MC145152工作範圍內(A值範圍0~63,N值範圍0~ 1023 ),並且必須滿足N>A。採用吞咽脈衝計數的方式,式2為總分頻比。只要N>A,儘管P為固定值,只要合理選擇N和A的值,∑即可連續。
(2)此時f0被鎖定在:f0=(P×N+A)×fr
(3)其中N為0~ 1023;A為0~63;P=64(由 MC12022確定)。通過算式可以方便地算出每個頻率對應的參數。
軟體設計
軟體設計的關鍵是 MC145152的控制以及測頻顯示。軟體實現的功能是:
①設定頻率間隔fr÷R,即確定調頻步進;
②設定分頻係數A、N的值,以得到需要的輸出頻率;
③測量輸出頻率並顯示;
④驅動液晶顯示器。
MC145152的控制和顯示部分的程序設計
圖2為軟體設計流程圖。晶振頻率為10.2400MHz,首先確定其頻率間隔,對其進行÷R分頻,若R取2048,得到頻率間隔為5kHz。改變計數方法,可以得到的調頻步進值分別為5kHz、100kHz和500kHz, A、N值的計算可由前述的公式來完成,但是在程序設計中並不是將演算法編寫為程序,而是要找到A、N的變化規律。表1為不同步進值對應的A、N值(限於篇幅只列其中一部分)。當步進值分別為5kHz、100kHz、500kHz時,A值分別增加1、20和36,由於A值的範圍是0~63,而且必須滿足N>A。程序設計中,不需要將每個變化都存入單片機,而是使用一個變數fa,其值分別對應不同的步進,取值為1、20或36。這樣節省了系統資源,可根據設定頻率確定A、N值並送到 MC145152中。

圖2軟體設計流程圖
頻率測量子程序
頻率測量是對設定的輸出頻率進行實時測定並顯示。編程用C語言來實現。該程序包括分頻器、測頻控制器、計數器和鎖存器4個模塊。最終將測得的數據鎖存後送到液晶顯示。其原理是利用計數器對被測頻率脈衝計數,當時鐘周期為Is時,測得的脈衝個數即為所測頻率。測頻控制是為了完成自動測頻而設計的,它控制計數器的工作,使其計數周期為Is,Is之後就停止計數,將此時的計數值送入鎖存器鎖存,同時對計數器清零,開始下一個周期的計數,該計數值就是測得的頻率。
結語
在研製汽車MP3無線發射器的過程中,曾採用幾套頻率合成的設計方案,經過比較,最終選定以單片機控制、 MC145152為核心的數字鎖相環頻率合成電路,實現了頻率自動跟蹤,中心頻率穩定度達到了要求。設計成數控可變頻,得到任意的頻率,經測試,具有比較高的頻率穩定度和可靠性。


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