贺岳 数控调频台控制器

计算机与信息工程学院《单片机》课程设计数控调频发射器的设计专业：计算机科学与技术班级：计07—02姓名：贺岳学号：27号指导教师：李永新2005年3月12日摘要：介绍了数控调频发射器的设计及应用，它采用ROHM公司的调频发射专用集成电路BH1415F，控制器采用ATMEL公司的AT89C52单片机最小化应用系统设计，整个系统的可靠性、可扩充性和维护性高，且造价低，操作方便。

该系统已在应用中取得了良好的效果。

关键词：数控调频发射器；集成电路BH1415F1.方案论证：R公司生产的调频发射专用集成电路BH1415F，内含立体声信号调制、调频广播信号发射电路，可以0.1MHz的步距精确控制发射的调频频率。

BH1415F内有前置补偿电路、限制器电路、低通滤波电路等，因此具有良好的音色；内置的PLL系统调频发射电路，使传输频率非常稳定，并且调频发射频率可用单片机通过串口直接控制。

2.系统硬件电路的设计如图1所示，采用单片机控制的、频率可连续调整的调频发射器组成框图及硬件电路原理图2。

图 1 调频发射器组成框图图2 硬件电路原理图2.1. 单片机控制部分单片机采用AT89C52，采用最小化应用系统设计。

P0口和P2口用作共阳LED数码管驱动，P1口用作16键的键盘接口。

其中S00----S03分别为百位、十位、个位、小数位的频率操作键，频率值的百位数只能是0或1；当百位数为0时，十位数为8或9；当百位数为1时，十位数只能为0，个位及小数位为0——9之中任意数。

S10----S32 (T4—T14)为发射频率预制键，S33(T15)为单声道或者立体声控制键。

P3.0、P3.1、P3.2作为与BH1415F的通信端口，用于传送发射频率控制数据；P3.3用于立体声发射指示。

采用12MHz晶振，模拟串口通信。

2.2. 调频调制发射部分调频调制发射部分采用ROHM公司最新生产的调频发射专用集成电路BH1415F，内含立体声信号调制、调频广播信号发射电路，BH1415F内有前置补偿电路、限制器电路、低通滤波电路等，因此具有良好的音色，内置PLL系统调频发射电路，传输频率非常稳定。

调频发射频率可用单片机通过串行口直接控制。

BH1415F各引脚的功能如表1所示。

从BH1415F的第十一脚输出的调频调制信号经高频放大后由天线发射输出，后级高频放大器的功率根据接收的距离范围考虑。

表 1 BH1415F引脚功能表2.3. 电源系统采用单片机控制的数字调频器功耗很小，可用LM7805三端稳压块分别对单片机和BH1415F电路单独供电，电源变压器功率大于10W即可。

电源引脚应就接近0.1uF的瓷片电容。

3.系统主要程序的设计3.1. 内存单元的使用说明26H——29H用来存放显示个、十、百、千位的BCD码数据，24H——25H用来存放频率控制数据(十六进制)，21H用来存放频率控制字节低8位数据，22H用来存放频率控制字节高8位数据，23H用来存放键扫描时P1端口的值。

3.1.1.主程序主程序先对系统初始化，开机时先显示一下“8888”，以检查LED的段码好坏，然后将默认的发射频率送入BH1415F，最后进入查键和显示子程序的循环。

主程序流程图如图4所示。

图4 主程序流程图3.1.2.LED动态扫描子程序扫描程序使用单片机的两个端口，其中一个端口输出段码，另一个端口进行扫描，以实现LED的动态显示。

扫描函数执行一次约为4ms，在第二位LED显示时点亮小数点。

其程序流程图如图5所示。

图5动态扫描主程序流程图3.1.3.频率数据转十进制BCD码子程序频率数据转十进制BCD码子程序用于将4位十进制数换算成4个十进制BCD码，分别用于显示。

当最高位为0时放入“熄灭”代码0x0a，这样当频率在99.9MHz以下时最高位不会显示“0”。

3.1.4.控制命令合成子程序BH1415F的频率控制字为2字节。

2字节中，低11位（D0----D10）为频率数据，其值乘以0.1即为BH1415F的输出频率（单位为MHz）。

高5位（D11----D15）为控制位，其中D11（MONO）位为单声道（立体声）控制位，当为0时表示单声道发射模式，当为1时表示立体声发射模式；D12（PD0）和D13(PD1)位用于相位控制，通常为0，当分别为01和10时可使发射频率在最低和最高处；D14（T0）和D15(T1)为测试模式控制用，通常为00，当为10时表示测试模式。

合成时，将控制命令（5位）与频率数据的最高3位合成一字节。

按照BH1415F字节传送要求，按低位先送、低字节先送的原则。

传送的延时应精确，在延时中用了—nop—()库函数。

其程序流程图如图7所示。

图7 16位数据发送主程序流程图3.1.5.查键子程序系统采用4 X 4行列式查询法扫描键盘程序。

查键方法是将键盘口的低4位置0，读入键盘口高4位，看是否全为1，若全为1，说明无按键按下；否则说明有键按下，应进行键码的查询。

查询的方法是依次对键盘口的低4位和高4位置0，再将二次读入的高4位和低4位合成一字节，该字节与每个按键有着唯一的对应关系，通过查对确定键号再执行每一个按键的功能。

采用动态扫描法显示4位频率数字值显示程序由十进制BCD码转二进制程序、16位频率控制字节合成程序、模拟异步串行发送程序组成。

BH1415F的频率控制码为16位，其D0—D10为频率控制数据，其值乘0.1即为BH1415F的输出频率（单位MHZ）。

查键子程序流程图如图8示。

图8 4X4行列式查键子程序流程图4.调试效果及性能分析硬件调试时可先检查印制板及焊接的质量情况，在检查无误后可通电检查。

实验室制作时可结合示波器测试晶振及P0、P1、P2端口的波形情况进行综合硬件测试分析。

软件调试用KeilC51编译器，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后可结合硬件实时运行调试。

在调试程序及硬件的情况下，调频发射器应基本能工作，在BH1415F的第11脚接上一段电线作发射天线，在室内应能接收到调频广播。

当发现频率的最高端上不去时（达不到109.9MHz），应将振荡电感减少（减少匝数）；而在低端的频率达不到时（达不到80.0MHz），应增加振荡电感的匝数。

当电感调整后还是没有达到频率覆盖范围时，应考虑更换变容二极管（换变容范围更大的）。

振荡电感调整后应用高频蜡封好，以防止发射器工作时因振动而产生频率范围漂移。

用BH1415F设计的小功率调频发射器不仅设计简单方便，而且体积小，可靠性高，频率设定灵活，可有效地避免当地或者邻近的调频台干扰，并且非常合适与磁带放音机、CD、电脑等媒体播放机集成，可广泛应用于学校室内小范围的音频无线调频转播。

因为该设计要求工作频率变法范围较宽，所以其功率放大级的选频回路带通应较宽，与市场上的单点频率发射器相比，发射效率不是很高。

如下分别为硬件调试图9及仿真效果图10.图9 硬件调试图4.1. 覆盖频率范围测试输入一个最高和最低频率（对BH1415而言最低频率为87.7M，最高频率为107.9M）用频率计测试频率是否和LCD和我们输入的频率一致，如果不一致，则需通过L1调整。

4.1.1.具体理论计算值：因KV1471的变容值为5PF-50PF，当频率为最高107.9M时，电容取最小值5PF，加上垫枕电容C0（80PF）因此电容变化值为85PF-130PF，此时可算得电感L1的大小：L1=[1/(fH *CL^0.5*2*PI)]^2={1/[107.9*10^ 6 *(85*10^ -12 ) ^0.5*2*3.14]}^2 ≈2.57*10^-8= 25.7nH由L1的大小和变容管的最大值CH可计算出最低频率值：f L =1/[2*PI*（L1*C H ）^ 0.5 ] = 1/[2*3.14*(2.57*10^ -8 *130*10^ -12 )^ 0.5 ] ≈87.1M由理论计算可算得最低理论频率可达到87M，但根据实际情况，因KV1471很难买到，所以采用替代管FV1043，FV1043的变容是从5PF-20PF，加上垫枕电容C0（80PF），变化值为85PF-100PF所以它的最低频率为：f L0 = 1/[2*3.14*(2.57*10^ -8 *100*10^ -12 ) ^ 0.5 ] ≈99.5经软件计算，可用0.8mm的漆包线以4mm空心线圈直径绕3圈制作电感为25.7nH的L1。

4.1.2.R/L音频平衡测试本系统中R1和R2为左右声道输入调节电位器，为了使左右声道平衡，可以把R1，R2的阻值调整一致。

5.总结分析（1）本系统采用单片机和BH1415作主控器件，通过单片机预置数据控制BH1415，利用BH1415内部的PLL将频率锁定，所以频率是很稳定的。

由于显示采用了128X64的LCD大屏幕显示，用键盘输入所需频率，使得操作非常方便直观。

（2）虽然BH1415功能强大且易于用单片机控制,但它对外围元件的参数要求十分严格,如果参数稍有偏差,将会出现很多意想不到的问题,如变容二极管KV1471是很难用其它变容二极管替换的,因为变容管KV1471其变容比高达10（5PF-50PF），而一般很难找到变容比如此高的变容管，因此KV1471就成为了本系统的一个重要元件。

如果用其它变容比低的管子就会造成发射频率不能完全覆盖整个调频段。

总结：单片机数控调频发射器设计制作方便，体积小，性能可靠性高，是小功率调频发送的理想选择。

如果部分元件买不到，我们在制作中可对部分元件进行了替换。

具体如下：（1）用单个2SC945（B>200），代替2SC2062S。

用两个代替由于第一个管子的漏电被第二个管子放大出现集电极电压上不去！（2）用FV1043代替KV1471。

由于FV1043的变容比KV1471小，所以也省了垫整电容，并加大了串在谐振回路里的33P电容到150P。

（3）加大了第9脚电容从10P加大到100P，用10P的话振荡很弱。

程序：#include"reg52.h"#include "intrins.h"#define disdata P0#define discan P2#define keyio P1#define uchar unsingned char;#define uint unsigned int;sbit da=P3^0;sbit ce=P3^2;sbit ck=P3^1;sbit din=P0^7;sbit monolamp=P3^3;uint h;uchar code dis_7[12]={0xc0,0xf9, 0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};uchar code scan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};uint data f_data={0x00},f_data1;uchar data display[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};uchar bdata condata=0x08;sbit mono=condata^3;uchar data concommand[2],keytemp;void delay (uint t){for(;t>0;t--);}scan(){char k;for(k=0;k<4;k++){disdata=dis_7[display[k]];if(k==1){din=0;}discan=scan_con[k];delay(90);discan=0xff;}}turn_bcd(){display[3]=f_data/1000;if(display[3]==0){display[3]=10;} f_data1=f_data%1000;display[2]=f_data/100;f_data1=f_data1%100;display[1]=f_data/10;display[0]=f_data1%10;}command(){concommand[1]=f_data/256;concommand[0]=f_data%256;concommand[1]=concommand[1]+condata;}write(uchar val){uchar i;ce=1;for(i=8;i>0;i--){da=val&0x01;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ck=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ck=0;val=val/2;}ce=0;}w_1415(){write(concommand[0]);write(concommand[1]);}fup(){turn_bcd();command();w_1415();}read_key(){keyio=0xf0;keytemp=(~keyio)&0xf0;if(keytemp!=0){keytemp=keyio;keyio=0xf0;keytemp=keytemp|keyio;while(((~keyio)&0xf0)!=0);switch(keytemp){case238:{f_data++;if(f_data>1099){f_data=1099;}fup();break;} case222:{f_data--;if(f_data<800){f_data=800;}fup();break;} case190:{mono=~mono;if(mono){monolamp=0;}elsemonolamp=1;fup();break;}case126:{f_data=1090;fup();break;}case237:{f_data=1070;fup();break;}case221:{f_data=1050;fup();break;}case189:{f_data=1030;fup();break;}case125:{f_data=1000;fup();break;}case235:{f_data=970;fup();break;}case219:{f_data=950;fup();break;}case187:{f_data=930;fup();break;}case123:{f_data=900;fup();break;}case231:{f_data=870;fup();break;} case215:{f_data=850;fup();break;} case183:{f_data=830;fup();break;} case119:{f_data=800;fup();break;} default:{break;}}}keyio=0xff;}main(){disdata=0xff;discan=0xff;keyio=0xff;da=0;ck=0;ce=0;for(h=0;h<4;h++){display[h]=8;} for(h=0;h<500;h++){scan();}f_data=1000;monolamp=0;fup();while(1){read_key();scan();}}参考文献1.ATMEL公司， AT89S52的技术手册2.ROHM 公司， BH1415 数据手册3.李光飞，单片机C程序设计实例指导，北京航空航天大学出版社，2005（9）。