TBH-522型短波發(fā)射機(jī)新自動(dòng)調(diào)諧套箱的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

楊東志

國(guó)家新聞出版廣電總局722臺(tái)，陜西寶雞 721001

1 老系統(tǒng)存在的問(wèn)題

自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)控制套箱是用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)射機(jī)的高頻回路元件在換頻時(shí)的機(jī)械定位進(jìn)行調(diào)諧控制。

1）原來(lái)采用主板的是臺(tái)灣新漢公司生產(chǎn)的，具有PC104總線(xiàn)的嵌入式主板。由于更新太快，已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)不到了。新生產(chǎn)的具有PC104總線(xiàn)的嵌入式主板，由于其安裝關(guān)系與原來(lái)主板的安裝關(guān)系不一樣。要生產(chǎn)出與原來(lái)系統(tǒng)完全兼容的硬件設(shè)備，具有很大的難度。

2）原來(lái)設(shè)備是前十年的產(chǎn)品，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制。器件集成度不夠高，所以老的自動(dòng)調(diào)諧裝置的內(nèi)部安裝，分上下兩層，接線(xiàn)復(fù)雜、維護(hù)不方便。

3）原來(lái)系統(tǒng)采用PC104總線(xiàn)的PM511P多功能數(shù)據(jù)采集板的插座信號(hào)引腳有問(wèn)題，經(jīng)常由于維修時(shí)需要插拔PM511P板而造成器件損害使故障擴(kuò)大現(xiàn)象。且PM511P擴(kuò)展板的定貨周期太長(zhǎng)，以至于影響到設(shè)備不能及時(shí)得到維修。

2 新自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)簡(jiǎn)介

新自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的特性如下。

1）采用以AM-11為核心的嵌入式主板6410作為控制中心，具有處理能力強(qiáng)。結(jié)合Linix操作系統(tǒng)下的QT編程設(shè)計(jì)，具有界面友好的特性。

2）采用了嵌入式主板外擴(kuò)的40引腳系統(tǒng)總線(xiàn)直接與以大規(guī)模可編程芯片F(xiàn)PGA、各種I/O芯片、AD芯片和DA芯片組成的控制主板相連接，使得硬件電路大大簡(jiǎn)化。自動(dòng)調(diào)諧小盒的內(nèi)部安裝關(guān)系也簡(jiǎn)單化了許多，在一塊大的控制板上嵌入一個(gè)系統(tǒng)主板。取消了511P擴(kuò)展板，機(jī)箱內(nèi)部單層安裝。

3）可在自動(dòng)調(diào)諧裝置的顯示屏上直接控制激勵(lì)器進(jìn)行“換頻”操作，并檢測(cè)激勵(lì)器送出的高頻信號(hào)是否與換頻頻率相同，判斷更換的頻率是否有效。

4）可在自動(dòng)調(diào)諧裝置的顯示屏上，直接進(jìn)行“換頻”操作后。系統(tǒng)將依據(jù)換頻的工作頻率，在頻率數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)查找該工作頻率對(duì)應(yīng)的8路調(diào)諧傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)置位置，發(fā)送指令，控制8路調(diào)諧調(diào)諧傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)置位置上。即裝置具有根據(jù)更換的工作頻率，自動(dòng)完成8路調(diào)諧元件的粗調(diào)與細(xì)調(diào)的自動(dòng)調(diào)諧功能操作。

5）新系統(tǒng)具有WiFi功能：在機(jī)房?jī)?nèi)可以通過(guò)手機(jī)查看系統(tǒng)的運(yùn)行界面。

3 新系統(tǒng)的組成

硬件組成如下：

1）ARM11-6410嵌入式系統(tǒng)。

2）綜合控制板。

3）12吋屏幕顯示器。

4）6位LED顯示及小鍵盤(pán)板。

5）觸摸操作板。

6）+12V和±5V低壓電源。

7）激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)接板。

8）6U機(jī)箱及配件。

4 ARM11-6410開(kāi)發(fā)板硬件資源特性

1）CPU處 理 器：該CPU處 理 器 為Samsung S3C6410A、ARM1176JZF-S核，主頻高達(dá)533MHz，最高可達(dá)到667MHz。

2）DDR RAM內(nèi)存：在板配置為256M DDR RAM、32bit 數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

3）Flash存儲(chǔ)：存儲(chǔ)選擇56M/1GB Nand Flash，外電閃后不容易丟失信息，方便快速恢復(fù)設(shè)備。

4）LCD顯示：板上集成觸摸屏接口，LCD顯示可以選擇觸摸屏。支持VGA顯示屏，根據(jù)設(shè)備情況和值班需求尺寸選擇范圍從3.5寸到12.1寸，顯示屏分辨率可以達(dá)到1024×768像素。

5）標(biāo)準(zhǔn)接口資源。標(biāo)準(zhǔn)接口可以方便連接外設(shè)設(shè)備，方便維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)調(diào)諧套箱數(shù)據(jù)更改保存、對(duì)自動(dòng)調(diào)諧套箱系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。接口設(shè)計(jì)有常用的1100M以太網(wǎng)RJ45接口1個(gè)、DB9式RS232五線(xiàn)接口1個(gè)、TTL電平串口4個(gè)、音頻輸入輸出接口各一路、USB2.0接口1個(gè)、TV-OUT輸出接口1路（廣播設(shè)備中基本沒(méi)有用）。為方便更改頻率庫(kù)安裝SD卡槽1個(gè)。為了下一步實(shí)現(xiàn)平臺(tái)監(jiān)控設(shè)計(jì)有紅外線(xiàn)接收頭。

6）在板即用資源：為了方便檢測(cè)I2C總線(xiàn)，安裝I2C-EEPROM芯片（256byte）1個(gè)。側(cè)立按鍵8個(gè)（中斷式資源引腳，帶引出座）、用戶(hù)LED4個(gè)。為了轉(zhuǎn)換測(cè)試ADC是否正常，安裝可調(diào)電阻1個(gè)。PWM控制蜂鳴器1個(gè)。為了準(zhǔn)確校時(shí)，系統(tǒng)按上位機(jī)發(fā)送命令執(zhí)行更換頻率操作，配置有板載實(shí)時(shí)時(shí)鐘備份電池。

7）外擴(kuò)接口資源。為了方便擴(kuò)展設(shè)備功能配置有4個(gè)串口座TTL電平JTAG 接口、雙LCD接口（兼容mini2440 LCD接口和40pin 2.0mm雙排座）、SDIO接口、CMOS攝像頭接口、 GPIO接口、系統(tǒng)總線(xiàn)接口和貼片按鍵引出座（含8路中斷式按鍵引腳，電源和地）。

8）PCB規(guī)格尺寸：6層高密度電路板，采用沉金工藝生產(chǎn)，110 x 110 (mm)。

9）操作系統(tǒng)支持。隨著電腦系統(tǒng)的不斷升級(jí)改造，外設(shè)設(shè)備要求不斷增高，為了兼容高低端設(shè) 備 系 統(tǒng) 可 支 持WindowsCE.NET6.0Android2.1 Linux2.6.28.6+QTOPIA-2.2.0+QtE-4.7.0以 及Ubuntn-0910。

5 系統(tǒng)的綜合控制板上的電路

系統(tǒng)控制板電路包含以下幾條：

6410總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路：嵌入式系統(tǒng)40根總線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路后與總合控制板上的所有接口電路連接。

小鍵盤(pán)輸入接口：采用2片74LS245芯片作為16線(xiàn)輸入接口電路，接收前面板小鍵盤(pán)的輸入。

激勵(lì)器輸出接口：激勵(lì)器輸出接口電路主要采用4片74LS573芯片組成32位輸出。

模擬量采集電路：綜合控制板的A/D轉(zhuǎn)換電路部分，采用美國(guó)AD公司的AD7864-四個(gè)通道同步采樣高速12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

模擬量輸出電路：綜合控制板D/A部分采用MAX520/ MAX521四組/八組，二線(xiàn)串行8位DAC電路。

高頻信號(hào)處理電路：激勵(lì)器的輸出信號(hào)從機(jī)箱的后面板引入到綜合控制板的輸入插座上，經(jīng)過(guò)高頻信號(hào)接收放大器AD603。將激勵(lì)器輸出的0～1V的高頻信號(hào)放大到3.5V左右大小的恒定輸出信號(hào)，送入FPGA電路進(jìn)行頻率的測(cè)量。

FPGA邏輯控制電路：在FPGA內(nèi)部編制了用于自動(dòng)調(diào)諧控制的邏輯控制，這些控制邏輯包括了與嵌入式系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的16位I/O并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)、8路光電碼盤(pán)的輸入信號(hào)的處理電路、8路電機(jī)預(yù)置位置與8路電機(jī)實(shí)際位置的比較控制電路、8路步進(jìn)電機(jī)正/反轉(zhuǎn)控制電路、工作頻率監(jiān)測(cè)電路、與發(fā)射機(jī)電控保護(hù)及PSM之間的信號(hào)處理電路、Led數(shù)碼顯示電路等所有與自動(dòng)調(diào)諧控制有關(guān)的邏輯電路

6 系統(tǒng)工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)考慮

新系統(tǒng)采用系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行指示的。系統(tǒng)共有以下6個(gè)工作狀態(tài)。每一個(gè)工作狀態(tài)的程序進(jìn)程只是完成該程序的進(jìn)程工作，不會(huì)去執(zhí)行與本工作狀態(tài)無(wú)關(guān)的程序進(jìn)程。

初始化狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)闄z修斷電或者外電波動(dòng)造成關(guān)機(jī)，在重新開(kāi)機(jī)時(shí)，進(jìn)入的工作狀態(tài)為初始化狀態(tài)，恢復(fù)上次關(guān)機(jī)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。在工作過(guò)程中由于以外造成斷電時(shí)，可以迅速恢復(fù)設(shè)備工作。

換頻狀態(tài)：用于開(kāi)通發(fā)射機(jī)的工作頻率的狀態(tài)，可以由上位機(jī)通過(guò)指令控制或人工通過(guò)小鍵盤(pán)（軟鍵盤(pán)）輸入頻率的兩種方式換頻。

預(yù)置狀態(tài)：系統(tǒng)將根據(jù)換頻狀態(tài)的頻率從頻道庫(kù)中，取出8路電機(jī)對(duì)應(yīng)的預(yù)置數(shù)據(jù)。

細(xì)調(diào)狀態(tài)：分為1路、3路和5路細(xì)調(diào)，分別根據(jù)前級(jí)鑒相器、末級(jí)鑒相器和末級(jí)鑒阻器進(jìn)行細(xì)調(diào)。

調(diào)諧完成狀態(tài)：細(xì)調(diào)狀態(tài)完成后，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)諧完成狀態(tài)（實(shí)際是進(jìn)入等待播音的狀態(tài)）。

播音狀態(tài)：調(diào)諧完成后，系統(tǒng)收到上位機(jī)的播音指令或人工“0”按鍵控制后，滿(mǎn)功率進(jìn)入播音狀態(tài)。

7 頻率數(shù)據(jù)庫(kù)的管理

在日常播出任務(wù)中，系統(tǒng)建立了3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，即頻率數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)用頻率數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)頻率庫(kù)。原自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)是在3.000MHz～27.000MHz頻率之間每間隔62.5kHz設(shè)置一個(gè)頻點(diǎn)。大約是有384個(gè)頻點(diǎn)。新裝系統(tǒng)可以在3.000MHz～27.000MHz頻率之間每間隔5kHz設(shè)置一個(gè)頻點(diǎn)，大約有4800個(gè)頻點(diǎn)。頻率數(shù)據(jù)庫(kù)是根據(jù)以前老系統(tǒng)的初始頻率數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入后作為初始頻率庫(kù)的。

新系統(tǒng)具備這種存儲(chǔ)能力，具體采用哪一種方式設(shè)置頻點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定。按照間隔62.5kHz設(shè)置一個(gè)頻點(diǎn)劃分的數(shù)據(jù)記錄，大約也就384條記錄。每條記錄都有約15個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，所以初始頻率庫(kù)的數(shù)據(jù)量較大。為了加快系統(tǒng)對(duì)初始頻率庫(kù)數(shù)據(jù)的調(diào)用速度，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)就將初始數(shù)據(jù)庫(kù)加載到內(nèi)存中。主要是供發(fā)射機(jī)開(kāi)通新頻率時(shí)，調(diào)用和查詢(xún)。

實(shí)現(xiàn)了在軟件上方便快捷的管理功能，維護(hù)人員可以方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)頻率預(yù)置位置，天線(xiàn)等情況，便于對(duì)頻率位置等信息進(jìn)行更改、刪除操作。用戶(hù)也可以利用USB接口將頻率庫(kù)COPY到PC機(jī)上進(jìn)行批量編輯，或用USB接口拷貝到調(diào)諧系統(tǒng)中。

8 模擬量的補(bǔ)償與電平自動(dòng)增益控制

1）模擬量的補(bǔ)償。在舊的系統(tǒng)中，模擬量的補(bǔ)償是利用串接電阻的方法，通過(guò)控制繼電器的吸合串入相應(yīng)的電阻，實(shí)現(xiàn)硬件上的補(bǔ)償?？刂品椒ㄊ窃陬l率庫(kù)中定義一個(gè)補(bǔ)調(diào)諧、補(bǔ)調(diào)載的字段，在需要補(bǔ)調(diào)諧或補(bǔ)調(diào)載的頻率上，通過(guò)對(duì)該字段的譯碼控制相應(yīng)的繼電器的吸合，實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)過(guò)程中的補(bǔ)調(diào)諧與補(bǔ)調(diào)載，缺點(diǎn)是補(bǔ)償電壓不能夠靈活的設(shè)定。

新系統(tǒng)除去了用于模擬量補(bǔ)償?shù)睦^電器板，補(bǔ)償值是從軟件上進(jìn)行設(shè)定，補(bǔ)償電壓的大小可以根據(jù)調(diào)機(jī)者的經(jīng)驗(yàn)自由的進(jìn)行設(shè)定修改，將補(bǔ)償值存儲(chǔ)到頻率庫(kù)或頻道庫(kù)中，再次開(kāi)啟相關(guān)的頻率，在細(xì)調(diào)的時(shí)候就可以根據(jù)補(bǔ)償值進(jìn)行細(xì)調(diào)的調(diào)諧調(diào)載，將發(fā)射機(jī)調(diào)整到最佳調(diào)諧點(diǎn)。

2）激勵(lì)器的遙控和激勵(lì)電平自動(dòng)增益控制。舊系統(tǒng)利用衰減器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)增益控制。新調(diào)諧系統(tǒng)除去了原有的衰減器，利用模擬量采集板對(duì)末級(jí)簾柵流進(jìn)行采樣，通過(guò)遙控線(xiàn)改變激勵(lì)器輸出電平的大小，將末級(jí)簾柵流控制在1.2V～1.5V之間，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)增益控制。

[1]xilinx ISE Design Suite 10. X FPGA開(kāi)發(fā)指南.人民郵電出版社.

[2]杜春雷.AIM 體系結(jié)構(gòu)與編程.

[3]周鳴爭(zhēng).嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用.