廣播發射機微機控制器的設計

摘 要： 20世紀，廣播發射機的發展走上了快車道：功率場效應管的新舊更替；電路結構由分立器件逐漸向模塊化和集成電路的方向轉變；控制檢測方面由有觸點檢測向邏輯電路、時序控制的方向變化；現在已開始向計算機實時控制與遠程監控的方向發展。80年代中期，數字調制發射機由美國哈利斯公司生產，90年代我國也研制并生產出了數字調制發射機。1990年我國的第一臺全固態中PDM廣播發射機由上海市廣播科學研究所研制成功，還是多頻率的10kW廣播發射機。這不僅加速了從模擬調制到數字調制的改革速度，也使整機效率、電聲指標、穩定性和可靠性等多個技術層面有了明顯提高。近些年在市場經濟的推動下，廣播發射設備不斷更新換代。全世界許多廣播發射機生產廠家紛紛將PDM、PSM等新的調制方式運用在大功率機器上。

1 微機控制器在廣播發射機中的應用狀況

80年代起，我國開始采用可編程控制器（PLC）、單板機來實驗廣播發射機能否實現自動控制。到了90年代，微機控制器已經成為發射機不可或缺的重要部件。傳統的數字邏輯電路控制僅能做到開機、關機這些相對簡單的功能。使用計算機控制的廣播發射機不只是能做到前者的所有功能，還能夠按客戶的需求做出改變，只要重新設計軟件就可以輕松完成，增強了廣播發射機的適應性。部分運用計算機控制的廣播發射機都具備通信功能，也真正做到了對廣播發射機的遠程監控。這種發射機有以下幾種自動控制功能。

（1）自動開關機（包括啟動與關閉控制系統的電源、激勵器電源和功放電源）；

（2）自動巡機、監控、記錄與打印各級的工作狀態（電流、電壓），并且可以越限報警；

（3）存儲、打印系統播出時間和停播時間；

（4）具有聲光報警功能，并對典型故障有判斷分析能力；

（5）具有單元備份功能；

（6）自動變換燈絲、調節偏壓；

（7）檢測頻偏、自動調幅；發生故障時可由自動控制切換為手動控制。

動態安全檢查項目是直接將待檢測信號加入微機控制器內部的快速處理裝置中，檢測信號在那里與原先正常值作出比對，假如超出了正常范圍，便會發出警告信號，并在顯示器上顯示與故障有關的參數，可作為參考數據供值班人員分析處理故障時使用。還有，微機控制單元配有RS-232通訊接口，它與監控室的計算機控制系統相連，以便實現對發射機的實時遙控。

2 系統分析與設計

2.1 系統功能與性能概述

廣播發射機微機控制器是廣播發射機的自動監管設備，實現發射機的自動開關機是其基本功能。這包括定時開關機控制與故障保護關機控制，并在系統運行時對各部分的工作狀態進行檢測，確定故障，進行相應處理。而管理功能則主要是對發射機在運行中的重要參數的歷史記錄進行查詢；以及對一些系統參數的設定與修改；還有遠程監控功能，能夠對多個發射機進行網絡化管理。而要想實現這些管理功能都離不開設計良好的人機接口。

除此之外，由于廣播發射任務有其特殊性，要求停波率要低，播出的質量要高，所以對發射機系統穩定性與可靠性要求都很高。假如發射臺處于山地當中，往往都會受到惡劣天氣的影響，以及功放中高頻信號的干擾，所以微機控制器還必須有較高的抗干擾性。最后，對于數據采集及響應人機接口命令則需要有一定的實時性。

2.2 具體要求

（1）模擬量采集，26路，其中包括8個功放盒共用9路I/O通道，其中有一路是頻率信號；

（2）輸入開關量，11路，低電平有效；輸出開關量，14路，低電平有效。對輸入的模擬量要進行上、下限檢查，越限時報警；

（3）輸出的開關量要能夠驅動固態繼電器，驅動電流>100mA，信號要穩定，以免造成誤操作；

（4）能夠完成自動開、關機；

（5）保證對發射機各工作點進行實時監測，對發射機輸入的模擬量和狀態開關量進行顯示，并能記錄機器的工作狀態，發生故障時立即記錄故障時的狀態；

（6）對發射機實行全面控制功能和各種異常保護功能；

（7）具備遠程通信功能；

（8）無故障運行不低于1萬小時。

3 硬件設計

3.1 嵌入式系統與微機控制器的選擇

嵌入式系統說的是植入到對象中的計算機系統中，以實現對象的智能化管理與控制。它與通用計算機平臺差別在于：嵌入式系統通常都運用專業的處理器平臺系統，雖說具備計算機功能卻又不能算作計算機的設備。通常以應用為中心，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性要求較為嚴格的專業計算機系統。它將計算機技術、半導體技術、電子技術和各行業的具體應用融為一體，這也決定了它是一個技術與資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。嵌入式系統的核心就是微機控制器，微機控制器的選擇需要考慮應用的功能與性能要求，成本、是否節能、是否容易維護等因素，所以，設計微機控制器的基本原則就是滿足應用的低成本產品。如今市面上可選的不同類型微控制器產品不少，考慮到廣播發射機微機控制器的功能與性能要求，選單片機作為其微控制器，則在滿足應用的前提下，實現了低成本與易維護的設計目標。

3.2 AVR單片機介紹

AVR單片機由Atmel公司在1997年推出，屬于全新（配置精簡指令集）RISC單片機系列，該公司推出了具有眾多成員的單片機家族，主要有ATtiny、AT90、ATmega三大類，硬件結構由簡單到復雜，功能增強，指令系統向上兼容。ATmega系列單片機屬于AVR的中高檔產品，它擁有AT90的所有特點，并在其基礎之上，添加更多接口功能，還在省電性能、穩定性、抗干擾性以及靈活性等方面都有很大提高。其主要的特點如下。

（1）片內集成能夠做到對Flash程序存儲器不少于10 000次的擦寫；

（2）運用CMOS工藝技術，高速率（50ns）、低耗能（1A ）、具備SLEEP功能；

（3）3AVR單片機采用哈佛總線結構程序存儲器和數據存儲器時分開的，微機處理器將直接訪問全部程序存儲器和數據存儲器；

（4）工業級產品，具有大電流10-20mA（灌電流）或40mA（單一輸出）的特點，能夠做到繼電器的直接驅動；

3.3 元器件選型

元器件的選型需要綜合應用要求，編程方便，性價比和芯片是否通用等原則，對于主要元件的選型如下。

（1）主控單片機選擇ATmega128單片機，優點上面已經介紹。

（2）從單片機選擇ATmega16。

（3）負責數據采集的AD轉換器，采用單片機自帶的ADC模擬輸入通道。

（4）數據的存儲則選擇4片I2C總線存儲器AT24C512擴展到2MB，可完成故障記錄和定時記錄的存儲功能。

（5）時鐘選擇較為常用的DS1302作為故障記號的時間標簽，并為定時開關機程序提供可參照的時間。