《電子技術(shù)應用》
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汽車智能MP3無線發(fā)射器的技術(shù)原理
摘要: 汽車MP3無線發(fā)射器可以將MP3播放器內(nèi)存儲的音樂通過FM廣播方式發(fā)送,再通過FM調(diào)頻收音機接收,通過汽車音響播放。本文采用單片機AT89C52及數(shù)字鎖相環(huán)MC145152等芯片設(shè)計了汽車MP3無線發(fā)射器,從仿真結(jié)果與目標樣機的運行情況來看,均達到了預期效果。
Abstract:
Key words :

 引言

汽車MP3無線發(fā)射器可以將MP3播放器內(nèi)存儲的音樂通過FM廣播方式發(fā)送,再通過FM調(diào)頻收音機接收,通過汽車音響播放。本文采用單片機AT89C52及數(shù)字鎖相環(huán)MC145152等芯片設(shè)計了汽車MP3無線發(fā)射器,從仿真結(jié)果與目標樣機的運行情況來看,均達到了預期效果。

系統(tǒng)組成

圖1為汽車智能MP3無線發(fā)射器的系統(tǒng)組成框圖,它主要由MC145152、MC1648組成數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器,采用變?nèi)荻O管MV209調(diào)頻。用戶可使用簡易的按鍵,通過單片機AT89C52控制并監(jiān)測發(fā)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(xiàn)單片機與計算機的通信,從而通過計算機對發(fā)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(wǎng)絡(luò)資源提供。

 


圖1 系統(tǒng)組成框圖

各組成模塊的設(shè)計

數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)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(shè)計。同時利用單片機來控制MC145152,確定分頻系數(shù)A、N和發(fā)射頻率的對應關(guān)系。

頻率合成器的控制由單片機來實現(xiàn),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(shù),N、A為單片機可編程分頻系數(shù),fr為調(diào)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(fā)送。本來發(fā)送N值需要10位數(shù)據(jù)線,但因為f0屬于88~108MHz頻段,如果采用10KHz調(diào)頻步進值fr,根據(jù)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(guān)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?nèi)荻O管MV09和電感組成的并聯(lián)LC諧振槽路,振蕩頻率將受變?nèi)荻O管的偏置電壓控制。

高速分頻器的設(shè)計

由于發(fā)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(shù)連續(xù)可調(diào),可編程分頻電路采用的是吞咽脈沖計數(shù)法,它由ECL的高速分頻器MC12022及MC145152內(nèi)部的÷A減法計數(shù)器和÷N減法計數(shù)器構(gòu)成。

控制電路設(shè)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(jiān)測發(fā)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(nèi)部有兩個計時/計數(shù)器,一個用來計時,產(chǎn)生一個標準的時基閘門信號,一個用來計數(shù),計下閘門時間內(nèi)輸入的脈沖個數(shù),然后經(jīng)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(fā)射頻率進行預分頻,降到單片機能夠測量的頻率范圍,并轉(zhuǎn)換成為通用TTL電平,再接入測頻接口,所測結(jié)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(shù)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。

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(nèi)(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(shù)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(xù)。

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(shù)。

軟件設(shè)計

軟件設(shè)計的關(guān)鍵是 MC145152的控制以及測頻顯示。軟件實現(xiàn)的功能是:

①設(shè)定頻率間隔fr÷R,即確定調(diào)頻步進;

②設(shè)定分頻系數(shù)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(qū)動液晶顯示器。

MC145152的控制和顯示部分的程序設(shè)計

圖2為軟件設(shè)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(shù)方法,可以得到的調(diào)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(shè)計中并不是將算法編寫為程序,而是要找到A、N的變化規(guī)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(shè)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(jié)省了系統(tǒng)資源,可根據(jù)設(shè)定頻率確定A、N值并送到MC145152中。

 


圖2 軟件設(shè)計流程圖

頻率測量子程序

頻率測量是對設(shè)定的輸出頻率進行實時測定并顯示。編程用C語言來實現(xiàn)。該程序包括分頻器、測頻控制器、計數(shù)器和鎖存器4個模塊。最終將測得的數(shù)據(jù)鎖存后送到液晶顯示。其原理是利用計數(shù)器對被測頻率脈沖計數(shù),當時鐘周期為Is時,測得的脈沖個數(shù)即為所測頻率。測頻控制是為了完成自動測頻而設(shè)計的,它控制計數(shù)器的工作,使其計數(shù)周期為Is,Is之后就停止計數(shù),將此時的計數(shù)值送入鎖存器鎖存,同時對計數(shù)器清零,開始下一個周期的計數(shù),該計數(shù)值就是測得的頻率。

結(jié)語

在研制汽車MP3無線發(fā)射器的過程中,曾采用幾套頻率合成的設(shè)計方案,經(jīng)過比較,最終選定以單片機控制、MC145152為核心的數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成電路,實現(xiàn)了頻率自動跟蹤,中心頻率穩(wěn)定度達到了要求。設(shè)計成數(shù)控可變頻,得到任意的頻率,經(jīng)測試,具有比較高的頻率穩(wěn)定度和可靠性。

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