大学毕业设报告用纸 第 16 页 共 32 页
志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符,图3.12是1602的内部显示地址。
图3.12 LCD1602内部显示地址
例如第二行第一个字符的地址是40H,那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢?这样不行,因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。
在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式,在液晶模块显示字符时光标是自动右移的,无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
(6)1602LCD的一般初始化过程: ①延时15mS;
②写指令38H(不检测忙信号); ③延时5mS;
④写指令38H(不检测忙信号); ⑤延时5mS;
⑥写指令38H(不检测忙信号);
以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号: ①写指令38H:显示模式设置; ②写指令08H:显示关闭; ③写指令01H:显示清屏;
④写指令06H:显示光标移动设置; ⑤写指令0CH:显示开及光标设置。
大学毕业设报告用纸 第 17 页 共 32 页
4 硬件设计
合成立体声FM发射机系统的信号流程方框图如图4.1所示。 L
监控板
图4.1信号流程方框图
信号发射 音频编码 调频 调制器 前级功放 后级功放 滤波器 R 功放电路板 电源板 +12V 液晶显示 整个系统分为两个模块,即单片机控制显示模块和发射模块。单片机控制显示模块包括AT89S52、液晶屏和按键。发射模块包括音频编码器、调频调制器、功放模块、ALC控制、电源模块、散热系统和控制显示模块等。 4.1 单片机控制显示模块
单片机控制显示模块包括主控芯片AT89S52、液晶屏LCD1602和三个按键。主控芯片AT89S52读按键的值,控制液晶显示频率,将来至于音频信号口的信号送入发射模块。液晶屏显示的是发射的频率。按键的作用分别为对频率的增加和减少、复位功能,复位后的频率为最低发射频率,即88MHz。电路原理图如图4.2所示。
大学毕业设报告用纸 第 18 页 共 32 页
图4.2单片机控制显示模块原理图
4.2 发射模块
发射模块包括音频编码器、调频调制器、功放模块、ALC控制模块、电源模块、散热系统和控制显示模块等。 4.2.1音频编码器
接受外部来的两路双声道音频信号并进行放大、滤除杂波信号,将R/L两路音频信号按照一定方式进行编码,变成复合信号,将复合信号放大到一定电平送到调制器,采用16级软开关编码方式及6阶有源低通滤波器。音频编码器主要包括左右路输入预处理、预加重、低通滤波器、导频产生、软开关编码和MPX信号合成等环节。立体声编码器采用16级软开关方式,对调理后的左右音频信号进行编码,其复合信号与19kHz导频信号合成后得到立体声基带信号(MPX),经限幅处理并送入调频调制模块。 4.2.2调频调制模块
调频调制器采用变容二极管直接调频方式,将送入的音频基带信号转变为电容的变化,以产生适当的载频频偏。为获得稳定的载频,调制器采用锁相环频率合成技术,压控振荡器(VCO)产生的RF信号经预分频器分频后送入频率合成器,并与鉴相频率(由晶体振荡频率经分频后得到)比较,输出一个与频率(相位)差成正比的差拍控制信号,
大学毕业设报告用纸 第 19 页 共 32 页
作用于VCO的振荡频率不断接近所需频率并锁定。调频调制器原理框图如图4.3所示。 基带 停振控制 VCO 电压 衰减器 信号 电平调理 环路 滤波器 晶体 锁相环频率合成器 锁定状态判断 预分频器 输出级供电 调制 放大 输出级 低通 滤波器 RF信号 输出控制 图4.3调制解调器原理框图
4.2.3功率放大模块
本功率为宽带放大器,在88-108MHz内改变频率无须对放大器做任何调整。实现300W射频功率输出。放大器内部包括温度补偿电路,保证放大器输出功率稳定,温漂低。
(1)前级功率放大器
FM 0.5W前级功放电路主要包括:偏置电路、功率放大通路和低通滤波电路。偏置电路主要是设置功率放大管的栅极电压,由栅极电压来设定功率放大管的工作状态,栅极电压为1.5V使功率管静态电流在1A;功率放大通路:功放通路即传输需要被放大的信号所流经的电路,在通路上由功率放大管来对信号进行放大;有电容、电感等元器件和功率放大管来进行电路匹配,来提高功率管工作效率;低通滤波电路:先用的是最不平坦度滤波电路,以对频率在120MHz以上的信号进行有效滤除。
(2)末级功率放大器
FM 0.5W后级功放电路组成及偏置电路的作用等与上述前级功放一样。 4.2.4ALC控制模块
(1)过热保护功放
单元温度传感器的输出电压送到DET-ALC1,与最高温度设定电压比较,当温度高过70℃时,比较器输出由低电位变为高压,实现保护。
(2)反射功率过大保护或驻波比过大保护
发射功率取样信号送到DET-ALC1,经检波放大送到比较器的“+”端,如果比较器的“-”端通过跳线接最大允许反射功率设定电压,当反射功率超过最大允许反射功率时,实现反射功率过大保护;如果保护器的“-”端通过跳线接输出功率取样信号检波
大学毕业设报告用纸 第 20 页 共 32 页
放大电压,则当负载驻波比大于最大允许负载驻波比时,实现驻波比过大保护。
(3)故障显示与复位
当出现过热保护或反射功率过大保护或驻波比过大保护时,输出一个低电位,使前面板上的故障指示灯亮。当故障排除以后,保护状态自动取消,必须按前面板上的复位键才能使发射机恢复正常工作。
(4)ALC或MLC
通过DET-ALC1上的跳线可以使发射机工作在手动电平(MLC)状态。在发射机调试期间或当自动电平控制(ALC)环路出现故障是,都可以工作在MLC状态。在此状态下可以调节电位器,改变发射机的输出电平。通过跳线使发射机工作在ALC状态时,发射机的输出功率自动稳定在预设的输出功率电平。
(5)输出功率电平本地设定或远端设定
要使发射机工作在ALC状态,必须预设其输出功率电平。通过跳线可以改变设定方式。本地设定时,调节电位器;远端设定时,按前面板上的功率设定上下键。
(6)锁定控制
调制器的LCO锁定指示信号输入到DET-ALC,用以控制发射机输出功率的开与关。当LCO锁定之后,才会打开ALC或MLC的输出电压,使发射机工作在设定输出功率。这样可以防止发射机输出功率开机过冲。
5 软件设计
本设计用的控制芯片是AT89S52,属于51系列的单片机,编程就是对AT89S52进行编程。本系统程序设计过程中主要完成按键的检查、液晶的显示及频率的检测。 5.1 系统程序框图
系统程序框图包括两大块,一个为主函数,一个为key函数。
主函数完成对主程序的初始化、对LCD的初始化等功能。初始化后开始调频变量d赋值,并在LCD上显示字符“FM”,表示调频;此后,将一个16位的数据发送到BH1415芯片;接下来查key函数对加减变量d的改变,将d值赋给一个数组;最后在LCD上显示d的值,即为当前发送的频率值。主程序流程图如图5.1所示。key函数流程图如图5.2所示。
key函数为按键查询函数,主要完成对按键的检查功能,并将最终的调频变量d值送BH1415芯片。定义两个按键变量key_a、key_b并赋初值0,分别对应加频按键A、减频率按键B;程序一直检查按键是否按下,如果没有键按下则一直循环检查;若检测到有键按下,分两种情况:
(1)若键A按下,此时表明需要增大频率。首先等待30个程序周期,key_a值不