TBH―522型短波发射机新自动调谐套箱的设计与开发

摘 要 TBH-522型发射机自动调谐套箱历经三代。随着自动化程度的提高，主板发展升级较快，现在生产出的硬件已经无法与原有系统兼容。为了提高电台自动化程度，实现“有人留守无人值班”，提高自动调谐套箱稳定性，我台现在更新改造了两部发射机自动调谐套箱。通过近一年的上机使用，该套箱达到了预想功能。文章对该套箱的设计与开发进行介绍。

关键字 新自动调谐套箱；设计；开发

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）134-0161-02

1老系统存在的问题

自动调谐系统控制套箱是用来实现本发射机的高频回路元件在换频时的机械定位进行调谐控制。

1）原来采用主板的是台湾新汉公司生产的，具有PC104总线的嵌入式主板。由于更新太快，已经购买不到了。新生产的具有PC104总线的嵌入式主板，由于其安装关系与原来主板的安装关系不一样。要生产出与原来系统完全兼容的硬件设备，具有很大的难度。

2）原来设备是前十年的产品，由于当时技术水平的限制。器件集成度不够高，所以老的自动调谐装置的内部安装，分上下两层，接线复杂、维护不方便。

3）原来系统采用PC104总线的PM511P多功能数据采集板的插座信号引脚有问题，经常由于维修时需要插拔PM511P板而造成器件损害使故障扩大现象。且PM511P扩展板的定货周期太长，以至于影响到设备不能及时得到维修。

2 新自动调谐系统简介

新自动调谐系统的特性如下。

1）采用以AM-11为核心的嵌入式主板6410作为控制中心，具有处理能力强。结合Linix操作系统下的QT编程设计，具有界面友好的特性。

2）采用了嵌入式主板外扩的40引脚系统总线直接与以大规模可编程芯片FPGA、各种I/O芯片、AD芯片和DA芯片组成的控制主板相连接，使得硬件电路大大简化。自动调谐小盒的内部安装关系也简单化了许多，在一块大的控制板上嵌入一个系统主板。取消了511P扩展板，机箱内部单层安装。

3）可在自动调谐装置的显示屏上直接控制激励器进行“换频”操作，并检测激励器送出的高频信号是否与换频频率相同，判断更换的频率是否有效。

4）可在自动调谐装置的显示屏上，直接进行“换频”操作后。系统将依据换频的工作频率，在频率数据库中自动查找该工作频率对应的8路调谐传动机构预置位置，发送指令，控制8路调谐调谐传动机构的实际位置自动转动到预置位置上。即装置具有根据更换的工作频率，自动完成8路调谐元件的粗调与细调的自动调谐功能操作。

5）新系统具有WiFi功能：在机房内可以通过手机查看系统的运行界面。

3 新系统的组成

硬件组成如下：

1）ARM11-6410嵌入式系统。

2）综合控制板。

3）12计聊幌允酒鳌

4）6位LED显示及小键盘板。

5）触摸操作板。

6）+12V和±5V低压电源。

7）激励信号转接板。

8）6U机箱及配件。

4 ARM11-6410开发板硬件资源特性

1）CPU处理器：该CPU处理器为Samsung S3C6410A、ARM1176JZF-S核，主频高达533MHz，最高可达到667MHz。

2）DDR RAM内存：在板配置为256M DDR RAM、 32bit 数据总线。

3）Flash存储：存储选择56M/1GB Nand Flash， 外电闪后不容易丢失信息，方便快速恢复设备。

4）LCD显示：板上集成触摸屏接口，LCD显示可以选择触摸屏。支持VGA显示屏，根据设备情况和值班需求尺寸选择范围从3.5寸到12.1寸，显示屏分辨率可以达到1024×768像素。

5）标准接口资源。标准接口可以方便连接外设设备，方便维护人员对自动调谐套箱数据更改保存、对自动调谐套箱系统进行升级维护。接口设计有常用的1100M以太网RJ45接口1个、DB9式RS232五线接口1个、TTL电平串口4个、音频输入输出接口各一路、USB2.0接口1个、TV-OUT输出接口1路（广播设备中基本没有用）。为方便更改频率库安装SD卡槽1个。为了下一步实现平台监控设计有红外线接收头。

6）在板即用资源：为了方便检测I2C总线，安装I2C-EEPROM芯片（256byte）1个。侧立按键8个（中断式资源引脚，带引出座）、用户LED4个。为了转换测试ADC是否正常，安装可调电阻1个。PWM控制蜂鸣器1个。为了准确校时，系统按上位机发送命令执行更换频率操作，配置有板载实时时钟备份电池。

7）外扩接口资源。为了方便扩展设备功能配置有4个串口座TTL电平JTAG 接口、双LCD接口（兼容mini2440 LCD接口和40pin 2.0mm双排座）、SDIO接口、CMOS摄像头接口、 GPIO接口、系统总线接口和贴片按键引出座（含8路中断式按键引脚，电源和地）。

8）PCB规格尺寸：6层高密度电路板，采用沉金工艺生产，110 x 110 （mm）。

9）操作系统支持。随着电脑系统的不断升级改造，外设设备要求不断增高，为了兼容高低端设备系统可支持6.0＼Android2.1＼Linux2.6.28.6+QTOPIA-2.2.0+QtE-4.7.0以及Ubuntn-0910。

5系统的综合控制板上的电路

系统控制板电路包含以下几条：

6410总线驱动电路：嵌入式系统40根总线信号线经过驱动电路后与总合控制板上的所有接口电路连接。

小键盘输入接口：采用2片74LS245芯片作为16线输入接口电路，接收前面板小键盘的输入。

激励器输出接口：激励器输出接口电路主要采用4片74LS573芯片组成32位输出。

模拟量采集电路：综合控制板的A/D转换电路部分，采用美国AD公司的AD7864-四个通道同步采样高速12位模数转换器。

模拟量输出电路：综合控制板D/A部分采用 MAX520/ MAX521四组/八组，二线串行8位DAC电路。

高频信号处理电路：激励器的输出信号从机箱的后面板引入到综合控制板的输入插座上，经过高频信号接收放大器AD603。将激励器输出的0～1V的高频信号放大到3.5V左右大小的恒定输出信号，送入FPGA电路进行频率的测量。

FPGA逻辑控制电路：在FPGA内部编制了用于自动调谐控制的逻辑控制，这些控制逻辑包括了与嵌入式系统交换数据的16位I/O并行数据总线、8路光电码盘的输入信号的处理电路、8路电机预置位置与8路电机实际位置的比较控制电路、8路步进电机正/反转控制电路、工作频率监测电路、与发射机电控保护及PSM之间的信号处理电路、Led数码显示电路等所有与自动调谐控制有关的逻辑电路

6系统工作状态的设计考虑

新系统采用系统的工作状态进行指示的。系统共有以下6个工作状态。每一个工作状态的程序进程只是完成该程序的进程工作，不会去执行与本工作状态无关的程序进程。

初始化状态：当系统因为检修断电或者外电波动造成关机，在重新开机时，进入的工作状态为初始化状态，恢复上次关机时的现场数据。在工作过程中由于以外造成断电时，可以迅速恢复设备工作。

换频状态：用于开通发射机的工作频率的状态，可以由上位机通过指令控制或人工通过小键盘（软键盘）输入频率的两种方式换频。

预置状态：系统将根据换频状态的频率从频道库中，取出8路电机对应的预置数据。

细调状态：分为1路、3路和5路细调，分别根据前级鉴相器、末级鉴相器和末级鉴阻器进行细调。

调谐完成状态：细调状态完成后，系统进入调谐完成状态（实际是进入等待播音的状态）。

播音状态：调谐完成后，系统收到上位机的播音指令或人工“0”按键控制后，满功率进入播音状态。

7 频率数据库的管理

在日常播出任务中，系统建立了3个数据库，即频率数据库、实用频率数据库和实时频率库。原自动调谐系统是在3.000MHz～27.000MHz频率之间每间隔62.5kHz设置一个频点。大约是有384个频点。新装系统可以在3.000MHz～27.000MHz频率之间每间隔5kHz设置一个频点，大约有4800个频点。频率数据库是根据以前老系统的初始频率数据库导入后作为初始频率

库的。

新系统具备这种存储能力，具体采用哪一种方式设置频点可以根据实际需要来决定。按照间隔62.5kHz设置一个频点划分的数据记录，大约也就384条记录。每条记录都有约15个数据项，所以初始频率库的数据量较大。为了加快系统对初始频率库数据的调用速度，系统在启动时就将初始数据库加载到内存中。主要是供发射机开通新频率时，调用和查询。

实现了在软件上方便快捷的管理功能，维护人员可以方便的对数据库中的数据进行查询频率预置位置，天线等情况，便于对频率位置等信息进行更改、删除操作。用户也可以利用USB接口将频率库COPY到PC机上进行批量编辑，或用USB接口拷贝到调谐系统中。

8 模拟量的补偿与电平自动增益控制

1）模拟量的补偿。在旧的系统中，模拟量的补偿是利用串接电阻的方法，通过控制继电器的吸合串入相应的电阻，实现硬件上的补偿。控制方法是在频率库中定义一个补调谐、补调载的字段，在需要补调谐或补调载的频率上，通过对该字段的译码控制相应的继电器的吸合，实现细调过程中的补调谐与补调载，缺点是补偿电压不能够灵活的设定。

新系统除去了用于模拟量补偿的继电器板，补偿值是从软件上进行设定，补偿电压的大小可以根据调机者的经验自由的进行设定修改，将补偿值存储到频率库或频道库中，再次开启相关的频率，在细调的时候就可以根据补偿值进行细调的调谐调载，将发射机调整到最佳调谐点。

2）激励器的遥控和激励电平自动增益控制。旧系统利用衰减器来实现发射机的自动增益控制。新调谐系统除去了原有的衰减器，利用模拟量采集板对末级帘栅流进行采样，通过遥控线改变激励器输出电平的大小，将末级帘栅流控制在1.2V～1.5V之间，实现发射机的自动增益控制。

参考文献

[1]xilinx ISE Design Suite 10. X FPGA开发指南.人民邮电出版社.

[2]杜春雷.AIM 体系结构与编程.

[3]周鸣争.嵌入式系统与应用.