TBH-522型短波發射機新自動調諧套箱的設計與開發

楊東志

國家新聞出版廣電總局722臺，陜西寶雞 721001

1 老系統存在的問題

自動調諧系統控制套箱是用來實現本發射機的高頻回路元件在換頻時的機械定位進行調諧控制。

1）原來采用主板的是臺灣新漢公司生產的，具有PC104總線的嵌入式主板。由于更新太快，已經購買不到了。新生產的具有PC104總線的嵌入式主板，由于其安裝關系與原來主板的安裝關系不一樣。要生產出與原來系統完全兼容的硬件設備，具有很大的難度。

2）原來設備是前十年的產品，由于當時技術水平的限制。器件集成度不夠高，所以老的自動調諧裝置的內部安裝，分上下兩層，接線復雜、維護不方便。

3）原來系統采用PC104總線的PM511P多功能數據采集板的插座信號引腳有問題，經常由于維修時需要插拔PM511P板而造成器件損害使故障擴大現象。且PM511P擴展板的定貨周期太長，以至于影響到設備不能及時得到維修。

2 新自動調諧系統簡介

新自動調諧系統的特性如下。

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。結合Linix操作系統下的QT編程設計，具有界面友好的特性。

2）采用了嵌入式主板外擴的40引腳系統總線直接與以大規模可編程芯片FPGA、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化。自動調諧小盒的內部安裝關系也簡單化了許多，在一塊大的控制板上嵌入一個系統主板。取消了511P擴展板，機箱內部單層安裝。

3）可在自動調諧裝置的顯示屏上直接控制激勵器進行“換頻”操作，并檢測激勵器送出的高頻信號是否與換頻頻率相同，判斷更換的頻率是否有效。

4）可在自動調諧裝置的顯示屏上，直接進行“換頻”操作后。系統將依據換頻的工作頻率，在頻率數據庫中自動查找該工作頻率對應的8路調諧傳動機構預置位置，發送指令，控制8路調諧調諧傳動機構的實際位置自動轉動到預置位置上。即裝置具有根據更換的工作頻率，自動完成8路調諧元件的粗調與細調的自動調諧功能操作。

5）新系統具有WiFi功能：在機房內可以通過手機查看系統的運行界面。

3 新系統的組成

硬件組成如下：

1）ARM11-6410嵌入式系統。

2）綜合控制板。

3）12吋屏幕顯示器。

4）6位LED顯示及小鍵盤板。

5）觸摸操作板。

6）+12V和±5V低壓電源。

7）激勵信號轉接板。

8）6U機箱及配件。

4 ARM11-6410開發板硬件資源特性

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

2）DDR RAM內存：在板配置為256M DDR RAM、32bit 數據總線。

3）Flash存儲：存儲選擇56M/1GB Nand Flash，外電閃后不容易丟失信息，方便快速恢復設備。

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，根據設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到1024×768像素。

5）標準接口資源。標準接口可以方便連接外設設備，方便維護人員對自動調諧套箱數據更改保存、對自動調諧套箱系統進行升級維護。接口設計有常用的1100M以太網RJ45接口1個、DB9式RS232五線接口1個、TTL電平串口4個、音頻輸入輸出接口各一路、USB2.0接口1個、TV-OUT輸出接口1路（廣播設備中基本沒有用）。為方便更改頻率庫安裝SD卡槽1個。為了下一步實現平臺監控設計有紅外線接收頭。

6）在板即用資源：為了方便檢測I2C總線，安裝I2C-EEPROM芯片（256byte）1個。側立按鍵8個（中斷式資源引腳，帶引出座）、用戶LED4個。為了轉換測試ADC是否正常，安裝可調電阻1個。PWM控制蜂鳴器1個。為了準確校時，系統按上位機發送命令執行更換頻率操作，配置有板載實時時鐘備份電池。

7）外擴接口資源。為了方便擴展設備功能配置有4個串口座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、系統總線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規格尺寸：6層高密度電路板，采用沉金工藝生產，110 x 110 (mm)。

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

5 系統的綜合控制板上的電路

系統控制板電路包含以下幾條：

6410總線驅動電路：嵌入式系統40根總線信號線經過驅動電路后與總合控制板上的所有接口電路連接。

小鍵盤輸入接口：采用2片74LS245芯片作為16線輸入接口電路，接收前面板小鍵盤的輸入。

激勵器輸出接口：激勵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轉換電路部分，采用美國AD公司的AD7864-四個通道同步采樣高速12位模數轉換器。

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

高頻信號處理電路：激勵器的輸出信號從機箱的后面板引入到綜合控制板的輸入插座上，經過高頻信號接收放大器AD603。將激勵器輸出的0～1V的高頻信號放大到3.5V左右大小的恒定輸出信號，送入FPGA電路進行頻率的測量。

FPGA邏輯控制電路：在FPGA內部編制了用于自動調諧控制的邏輯控制，這些控制邏輯包括了與嵌入式系統交換數據的16位I/O并行數據總線、8路光電碼盤的輸入信號的處理電路、8路電機預置位置與8路電機實際位置的比較控制電路、8路步進電機正/反轉控制電路、工作頻率監測電路、與發射機電控保護及PSM之間的信號處理電路、Led數碼顯示電路等所有與自動調諧控制有關的邏輯電路

6 系統工作狀態的設計考慮

新系統采用系統的工作狀態進行指示的。系統共有以下6個工作狀態。每一個工作狀態的程序進程只是完成該程序的進程工作，不會去執行與本工作狀態無關的程序進程。

初始化狀態：當系統因為檢修斷電或者外電波動造成關機，在重新開機時，進入的工作狀態為初始化狀態，恢復上次關機時的現場數據。在工作過程中由于以外造成斷電時，可以迅速恢復設備工作。

換頻狀態：用于開通發射機的工作頻率的狀態，可以由上位機通過指令控制或人工通過小鍵盤（軟鍵盤）輸入頻率的兩種方式換頻。

預置狀態：系統將根據換頻狀態的頻率從頻道庫中，取出8路電機對應的預置數據。

細調狀態：分為1路、3路和5路細調，分別根據前級鑒相器、末級鑒相器和末級鑒阻器進行細調。

調諧完成狀態：細調狀態完成后，系統進入調諧完成狀態（實際是進入等待播音的狀態）。

播音狀態：調諧完成后，系統收到上位機的播音指令或人工“0”按鍵控制后，滿功率進入播音狀態。

7 頻率數據庫的管理

在日常播出任務中，系統建立了3個數據庫，即頻率數據庫、實用頻率數據庫和實時頻率庫。原自動調諧系統是在3.000MHz～27.000MHz頻率之間每間隔62.5kHz設置一個頻點。大約是有384個頻點。新裝系統可以在3.000MHz～27.000MHz頻率之間每間隔5kHz設置一個頻點，大約有4800個頻點。頻率數據庫是根據以前老系統的初始頻率數據庫導入后作為初始頻率庫的。

新系統具備這種存儲能力，具體采用哪一種方式設置頻點可以根據實際需要來決定。按照間隔62.5kHz設置一個頻點劃分的數據記錄，大約也就384條記錄。每條記錄都有約15個數據項，所以初始頻率庫的數據量較大。為了加快系統對初始頻率庫數據的調用速度，系統在啟動時就將初始數據庫加載到內存中。主要是供發射機開通新頻率時，調用和查詢。

實現了在軟件上方便快捷的管理功能，維護人員可以方便的對數據庫中的數據進行查詢頻率預置位置，天線等情況，便于對頻率位置等信息進行更改、刪除操作。用戶也可以利用USB接口將頻率庫COPY到PC機上進行批量編輯，或用USB接口拷貝到調諧系統中。

8 模擬量的補償與電平自動增益控制

1）模擬量的補償。在舊的系統中，模擬量的補償是利用串接電阻的方法，通過控制繼電器的吸合串入相應的電阻，實現硬件上的補償。控制方法是在頻率庫中定義一個補調諧、補調載的字段，在需要補調諧或補調載的頻率上，通過對該字段的譯碼控制相應的繼電器的吸合，實現細調過程中的補調諧與補調載，缺點是補償電壓不能夠靈活的設定。

新系統除去了用于模擬量補償的繼電器板，補償值是從軟件上進行設定，補償電壓的大小可以根據調機者的經驗自由的進行設定修改，將補償值存儲到頻率庫或頻道庫中，再次開啟相關的頻率，在細調的時候就可以根據補償值進行細調的調諧調載，將發射機調整到最佳調諧點。

2）激勵器的遙控和激勵電平自動增益控制。舊系統利用衰減器來實現發射機的自動增益控制。新調諧系統除去了原有的衰減器，利用模擬量采集板對末級簾柵流進行采樣，通過遙控線改變激勵器輸出電平的大小，將末級簾柵流控制在1.2V～1.5V之間，實現發射機的自動增益控制。

[1]xilinx ISE Design Suite 10. X FPGA開發指南.人民郵電出版社.

[2]杜春雷.AIM 體系結構與編程.

[3]周鳴爭.嵌入式系統與應用.