基于FPGA的短波發(fā)射機自動調(diào)諧系統(tǒng)

1．前言

　　短波發(fā)射主要用于各廣播電臺之間，各核潛艇之間的相互通信。發(fā)射機主要由電控邏輯裝置、過荷保護裝置、頻率預置和自動調(diào)諧裝置等組成。為了保證發(fā)射機能工作在所需的頻率值，必須對高頻回路進行精密調(diào)諧；原來的調(diào)諧控制單元是由大量電位器、繼電器構成，采用繼電器邏輯控制方式，用繼電器的接點組合成邏輯功能，硬件電路多而復雜，可靠性低。

　　本設計采用現(xiàn)場可編程門陣列來完成電子系統(tǒng)集成化，以使整個系統(tǒng)達到高可靠性、高集成度、優(yōu)品質、低成本、微功耗、小體積的目的，以便實現(xiàn)對電臺的遠程監(jiān)控和管理。  

　　2。系統(tǒng)設計

　　一般短波發(fā)射機具有“手動”、“預置”、“半自動”、“自動”四種調(diào)諧方式，本論文主要討論自動調(diào)諧方式的設計。

　　2．1系統(tǒng)的組成及工作原理

　　自動調(diào)諧是指在調(diào)諧過程中根據(jù)當前發(fā)射機的工作頻率，精確地將各個調(diào)諧元件調(diào)到與該頻率相對應的過程。 

　　整個系統(tǒng)有粗調(diào)、細調(diào)兩部分構成, 調(diào)諧元件均為電感線圈和真空可變電容等，改變其機械轉動圈數(shù)即可改變其電氣參量。通過電機帶動被調(diào)元件轉動，即可實現(xiàn)被調(diào)元件的電氣參量相應改變。而被調(diào)元件的位置信息是通過與該元件機械聯(lián)動的跟蹤電位器的中心抽頭電壓體現(xiàn)的。在EEPROM中存儲有發(fā)射機在不同工作頻率下多路調(diào)諧元件所對應的最佳位置信息。調(diào)諧過程為：從EPROM中取出該頻率所對應的每一個調(diào)諧元件位置信息送給FPGA;FPGA同時從A/D轉換器中讀回各調(diào)諧元件當前所處的位置信息，將二者位置信息進行比較，由FPGA的判斷邏輯按其差值的大小和極性來控制步進電機的轉速和方向，直至二者的差值為零，即達到所調(diào)頻率的位置。這種自動調(diào)諧方式只是粗調(diào)，對于精確定位的，還需要進行細調(diào)，細調(diào)誤差信號由鑒相器和鑒阻器給出。

　　系統(tǒng)中除A/D (MAX127八路12位轉換器)外，其他所有的功能都集于FPGA中。

　　2．2 控制單元

　　在本設計中調(diào)節(jié)的執(zhí)行機構選擇的是步進電機，步進電機的角位移量與輸入脈沖嚴格成正比關系，具有良好的開環(huán)跟隨性，沒有累計誤差，定位精度高、動態(tài)響應、反向快，而且通過驅動器的細分，其性能可以大幅提高。

　　自動調(diào)諧主控單元所采用的FPGA是FLEX10K，其擁有獨特的邏輯實現(xiàn)結構—嵌入式陣列和邏輯陣列，每個嵌入式陣列由EABs組成，這些EABs可以非常靈活地實現(xiàn)ROMs、同步和異步FIFOs、雙口RAM等，并可實現(xiàn)在線重配置。本系統(tǒng)采用自頂向下的設計方法，由多個具有特殊功能的邏輯宏單元構成。 

　　主要模塊如下：

　　(1)時鐘脈沖發(fā)生器宏單元：對于輸入為16MHZ的標準工作頻率，通過計數(shù)方式使其16、10分頻等，直至產(chǎn)生0.5HZ的標準時鐘脈沖輸出。0.5HZ—1MHZ的時鐘輸出以備適用于不同觸發(fā)器的時鐘頻率。

　　(2)碼制轉換宏單元：對A/D采集的數(shù)據(jù)進行轉換、送顯示。

　　(3)工作頻率檢測宏單元：設計它的目的是為了檢測實際工作頻率是否合乎標準。通過八個計數(shù)器一秒內(nèi)累計的脈沖數(shù)來檢測實際高頻信號的工作頻率，八個計數(shù)器可檢測最高幾十兆的工作頻率。

　　(4)預置位置宏單元：預置位置宏單元輸出調(diào)諧元件的理論位置信息。此外，還有地址輸出宏單元、步進電機正/反轉宏單元和八路選擇自鎖宏單元等。

　　以下是步進電機控制宏單元的設計：由位置預置值與實際位置值之差來控制電機的正反轉；并可以控制電機的轉速（步進電機采用細分控制），如當預置值和實際值最高八位不等時，控制電機以高檔速度轉動；當最高八位相等而D4—D7四位不等時，控制電機以次高檔速度轉動，以此類推根據(jù)不同的比較結果按不同的速度進行快速的調(diào)整。其部分VHDL描述語言實現(xiàn)如下：

　　3．結束語

　　通過FLEX10K及高速A/D實現(xiàn)的自動調(diào)諧系統(tǒng)，可以做到自動運行、自動紀錄、自動開關機、自動報警等，提高了工作效率和工作質量，并可以實現(xiàn)對電臺的遠程監(jiān)控與管理，達到對電臺的有效監(jiān)控。