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。
