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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。本文采用單片機AT89C52及數字鎖相環MC145152等芯片設計了汽車MP3無線發射器，從仿真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，采用變容二極管MV209調頻。用戶可使用簡易的按鍵，通過單片機AT89C52控制并監測發射頻率，同時利用液晶顯示器顯示反饋信息。另外，可使用串行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絡資源提供。 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 本文采用MC145152，該芯片集成了晶振、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，確定分頻系數A、N和發射頻率的對應關系。 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高速分頻器的分頻系數，N、A為單片機可編程分頻系數，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屬于88~108MHz頻段，如果采用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)恒為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，采用集成的VCO芯片MC1648，其工作電壓為5V，輸出頻率最高可達225MHz，輸出波形失真小，采用由變容二極管MV09和電感組成的并聯LC諧振槽路，振蕩頻率將受變容二極管的偏置電壓控制。 高速分頻器的設計 由于發射機的頻率高達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，然后由MC145152進一步分頻，得到一個與參考頻率相等的頻率，并進行鑒相。為使分頻系數連續可調，可編程分頻電路采用的是吞咽脈沖計數法，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，計算并向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沖個數，然后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范圍，并轉換成為通用TTL電平，再接入測頻接口，所測結果采用液晶顯示。MC12022的輸出頻率至少為88MHz/64=1.375MHz，高于單片機的測頻上限，無法直接利用，因此需要再接一個分頻系數為100的分頻器，本文采用價格較低的分頻器74HC390。 VCO輸出頻率的范圍是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)由于R值是固定的，只能從8個參考值中選擇，若fc采用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的脈沖信號作為fr。該值可通過單片機改變。 由fr確定的N值和A值的范圍應該在MC145152工作范圍內(A值范圍0~63，N值范圍0~1023)，并且必須滿足N>A。采用吞咽脈沖計數的方式，式2為總分頻比。只要N>A，盡管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。 軟件設計 軟件設計的關鍵是 MC145152的控制以及測頻顯示。軟件實現的功能是： ①設定頻率間隔fr÷R，即確定調頻步進； ②設定分頻系數A、N的值，以得到需要的輸出頻率； ③測量輸出頻率并顯示； ④驅動液晶顯示器。 MC145152的控制和顯示部分的程序設計 圖2為軟件設計流程圖。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，但是在程序設計中并不是將算法編寫為程序，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(限于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，由于A值的范圍是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，而是使用一個變量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值并送到MC145152中。 圖2 軟件設計流程圖 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并顯示。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后送到液晶顯示。其原理是利用計數器對被測頻率脈沖計數，當時鐘周期為Is時，測得的脈沖個數即為所測頻率。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之后就停止計數，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 在研制汽車MP3無線發射器的過程中，曾采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。 |
