数控调频发射器的硬件设计

1、第2章：数控调频发射器的硬件设计2.1电路原理2.1.1数控调频发射器组成该电路由举证键盘模块、调频发射模块、单片机模块、显示模块组成，如图1所示：图1 数控调频发射器组成矩阵键盘模块采用16*16矩阵键盘，接入P1口T4T15为发射频率预置键，T16为单声道/立体声控制键。调频发射模块采用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，接单片机的P3.0、P3.1、P3.2。

2、作为与HB1415的通讯端口，用于传送发射频率控制数据，P3.3用于立体声发射批示。采用12MHZ晶振，模拟串口通讯。单片机模块采用AT89C52，采用最小化应用系统设计，P0口和P2口作为共阳LED数码管驱动用，P1口作为16键的键盘接口。显示模块采用4位数码管动态显示，数据接入P0口，位控制接入P2口用于显示发射频率值。2.2显示电路2.2.1 LED数码管的原理LED数码显示器由发光二极管（LED）构成“日”字型或“田”字型，发光二极管由磷砷化镓或碳化硅等材料制成，当给发光二极管的PN结两端施加正向电压时，电流加大，由于电子和空穴复合时释放出的热量而发光。LED数码显示器字体高度有0.3

3、in、0.4in、0.5in、0.56in、0.6in、0.8in、2.3in、4.0in等多种规格；其发光颜色有红、橙、黄、绿、桔红等几种。2.2.2 MCS-51单片机与LED数码管的硬件连接图由于单片机复位后，各个引脚输出都为高电平，因此选用共阴极的LED数码管。每个数码管的使能端com1,com2,com3,com4分别接到P3.0,P3.1,P3.2,P3.3，当向使能端输出低电平，即可选通相对应的数码管。74LS244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器,选用的四位八段数码管本身已经集成了译码器，这样既简化了线路的连接，又降低了错误发生的概率。图3为LED部分。图4 LED部分2.3

4、矩阵键盘电路键盘是微机系统中最常用的人机对话出入设备。键盘有两种基本类型：编码键盘跟非编码键盘。在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。8051单片机键盘接线图9如下：图5 矩阵式键盘接线图2.4单片机模块2.4.1时钟源电路单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚Xl和X2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图5

5、 中Y2、C28、C29选择12MHz的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。 2.4.2复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其结构如图5中R16、C30和S18。上电自动复位通过电容C30充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R16与GND接通来实现。图6 单片机模块第3章：软件设计3.1数控调频发射器的键盘扫描程序3.1.1数控调频发射器的键盘扫描程序设计本程序采用4X4行列式查询法，其方法是对P1.0P1.3行线口

6、分别为0然后读入P1口高4位的值。若不为1111则说明有键按下根据P1口值与键号表进行查表对照从而取得按键的键号值，并跳转至键功能程序。键盘扫描程序流程图如图15所示：图15 键盘扫描程序流程图3.2基于51单片机的数码管显示程序3.2.1数码管的动态扫描动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一

7、些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。3.2.2数码管的动态显示程序设计本程序采用动态扫描法显示4位频率数值，数码管动态扫描显示程序流程图如图16所示：图16 数码管动态扫描显示程序流程图第9章 数控调频发射器的设计9.1 功能要求数控调频发射器可在80.0 MHZ至109.9MHZ范围内任意设置发射频率，可预置13个频道，发射频率调整最小值为0.1MHZ，具有单声道/立体声控制，发射距离在20米至50米范围内,可应用于学校室内无线广播教学、电视现场导播等场所。9.2 方案论证为了实现调频中心频率的控制，决定采用Rohm公司生产的调频发射专用集成电路BH1415F，内含立体声信号调

8、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，并且调频发射频率可用单片机通过串行口进行控制。控制器采用ATMEL公司的AT89C52，32个端口可满足四位LED动态显示、16(4×4)个操作按键的设计需要。系统实现的框架构成如图9.1。图9.1 数控调频发射器系统构成框图9.3 系统硬件电路的设计（1）单片机控制电路单片机控制部分电路如图9.2，采用AT89C52单片机最小化应用系统设计。P0口和P2口作为共阳LED数码管驱动用，P1口作为16键的键盘接口，其中T0为加0.1MH

9、Z键，T1为减0.1MHZ键，T2为单声道/立体声控制键，其余13个为频率数据预置键。P3.0、P3.1、P3.2三端口作为与BH1415F的通讯端口，用于传送发射频率控制数据，P3.3口用于立体声发射批示。使用12MHZ晶振，串口通讯。LED采用共阳数码管，用软件动态扫描实现发射频率的显示。图（1 8888”，以检查LED的段码，然后预置发图9.4 系统主函数流程图射频率为100MHZ，送入BH1415，最后进入查键和显示函数的循环。主函数程序流程图如图9.4。（2）延时子函数延时函数在本系统中主要用于1毫秒和2秒钟的显示延时。（3）LED动态扫描子函数扫描函数使用单片机的两个端口，一个端口

10、输出段码，一个端口进行列扫描，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9.5。（4）频率数据转十进制BCD码子函数频率数据转十进制BCD码子函数用于将四位十进制数换算成四个十进制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以下时最高位不为显示“0”。（5）控制命令合成子函数BH1415F的频率控制字为二个字节（如图9.6）。二个字节中低11位（D0D10）为频率数据，其值乘0.1即为BH1415F的输出频率（单位MHZ）。高5位（D11D15）为控制位。其中D11（MONO）位为单声道/立体

11、声控制位，0时为单声道发射模式，1时为立体声发射模图9.5 动态扫描子函数流程图式。D12（PD0）、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时为测试模式。合成时将控制命令（5位）与数据的最高三位合成一个字节。（7）查键子函数系统采用4*4行列式键盘。查键方法是将键盘口的低四位置0，读入键盘口高四位，看是否为全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。查询方法是依次对键盘口的低四位和高四位置0，再将二次读入的高四位和低四位合成一个字节，这个字节与每个按键有着唯一的对应关系，通过查对进行每一个按键的功能执行。查键子函数的程序流程图如图9.8。3.2.1单片机概述及控制模块设计图3.3系统功能框图。4.1系统主流程图图4.1为系统主程序流程图。系统初始化后，通过上、下调整键，步进0.1Mhz调整；当立体声键按下，系统进入立体声发射