汽車智能MP3無線發(fā)射器的設(shè)計

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(biāo)樣機的運行情況來看，均達(dá)到了預(yù)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(jìn)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。

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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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(dá)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(jìn)行預(yù)分頻，把頻率降低，然后由MC145152進(jìn)一步分頻，得到一個與參考頻率相等的頻率，并進(jìn)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(yīng)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)88MHz的頻率直接進(jìn)行測量，必須先對發(fā)射頻率進(jìn)行預(yù)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)頻率，對其進(jìn)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(yīng)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)。

    (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(yīng)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(jìn)；
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(jìn)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(jìn)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(jìn)值對應(yīng)的A、N值(限于篇幅只列其中一部分)。當(dāng)步進(jìn)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(yīng)不同的步進(jìn)，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。

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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(jìn)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(dāng)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(dá)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。

參考文獻(xiàn)
1 張玉興. 射頻模擬電路[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2000.
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