四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计调频广播发射机控制器硬件系统设计专业：机械设计制造及其自动化 学生： 指导教师：韩 震 宇摘要 广播发射机微机控制器是广播发射机的自动化监管设备。它负责定时开关发射机； 系统运行时采集数据； 判断故障并在故障 时给出报警。 嵌入式微控制器在广播发射机领 域的应用已从基本
的监控功能向更丰富的管理功能发展。应用的复杂性决定了设计的复 杂性，如何管理设计的复杂性并体现设计的规范性对设计人员提出了挑战。 系统设计中以用例为驱动进行需求分析，设计了体现需求的用例视图。硬件设计中 采用基于 AVR 单片机的多微控制器系统体系结构。并在硬件电路设计部分设计了满足系 统功能的接口电路。根据以上的功能要求，将微机控制器划分为主控模块、数据采集模 块、人机接口模块和输出动作模块四部分。人机接口模块采用了当前比较流行的大屏幕 液晶显示技术，和键盘结合后，具有极佳的可操作性，效果接近于通用计算机。最后， 为了提高微机控制器的抗干扰性能，结合当前单片机抗干扰设计的研究成果，对系统的 电路进行了专门的抗干扰设计。如在模拟量输入通道加入滤波电路，在开关量输入通道 加入光电隔离电路，以及特殊的电路板设计等。 关键词：广播发射机，单片机, 微机控制器，AVR四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计THE DESIGN OF THE FM RADIO TRANSMITTER CONTROLLER HANDWARE SYSTEMMajor: Mechanic design manufacture and automation Author: Wang Chuansong Tutor: Han ZhenyuABSTRACT Broadcast transmitter controller is a set of automatic monitor and control equipment for broadcast transmitter.It can switch the transmitter on time,sample the data while it is running,judge fault and trigger the alarm.The application of embedded micro-controller in the field of broadcast transmitter is prone to focus on plenty of management function other than the basic monitor and control mission as before.The complexity of application decides the complexity of design.It is a challenge that how to manage the complexity of design and make it obey to unified criterion. In the stage of system design,I apply use case-driven for require analysis and design.In the stage of hardware design,I design the AVR-based multi-controller architecture and complete the interface circuit design to meet the requirement. According to the former function demand, the micro-controller is formed by main control module, power sample module, operator and machine interface module and output action module. The operator and machine interface module has taken the popular large-screen LCD skill, which is combined with the keyboard. After that, the micro-controller‘s operation performance is very remarkable and it's effect was close to the PC. At last, for improving the anti-interfering ability of the Micro-controller, it has taken the present research production of the micro-chip computer anti-interfering technology, and applied the special anti-interfering design to the system circuit. For example, it has added the filter circuit into the analog input channel, the light-electric isolation circuit into the digital input channel, and designed the special electrical board. KEY WORDS: Radio Transmitter AVR micro-chip computer micro-controllerii四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计1 引言 ............................................................................................................................................. 1 1.1 选题的目的和意义 .......................................................................................................... 1 1.2 调频广播发射机简介 ...................................................................................................... 1 1.3 微机控制器在广播发射机中的应用状况 .................................................................... 2 2 系统分析与设计 ..................................................................................................................... 3 2.1 系统功能与性能概述 .................................................................................................... 3 2.2 输入输出数据统计 .......................................................................................................... 4 2.3 系统状态、控制状态和故障源定义 .............................................................................. 4 2.4 开关控制 .......................................................................................................................... 5 2.5 数据采集 .......................................................................................................................... 5 2.6 人机接口 .......................................................................................................................... 6 2.7 具体要求如下： .............................................................................................................. 6 2.8 系统设计中抗高频干扰的考虑 ...................................................................................... 6 2.8.1 干扰的来源与途径及对微机控制器的影响 ..................................................... 6 2.8.2 抗干扰的措施 ..................................................................................................... 7 2.9 系统体系结构设计 .......................................................................................................... 7 2.10 发射机的用例模型 ........................................................................................................ 8 3 硬件设计 ................................................................................................................................... 15 3.1 嵌入式系统与微机控制器的选择 .............................................................................. 15 3.2 AVR 单片机介绍 .............................................................................................................. 16 3.3 多微控制器体系结构 .................................................................................................... 17 3.4 元器件选型 .................................................................................................................... 18 3.5 接口电路 ........................................................................................................................ 18 3.5.1 串行数据存储器接口 .......................................................................................... 18 3.5.2 实时时钟接口 ..................................................................................................... 19 3.5.3 LCD 接口 .......................................................................................................... 20 3.5.4 键盘的设计 ......................................................................................................... 21 3.5.5 异步串行通信 IIC 接口.................................................................................... 23 3.6 模拟量采集通道的设计 ................................................................................................ 24 3.6.1 模拟量输入通道的基本类型及组成结构 ....................................................... 24 3.6.2 信号调理电路设计 ........................................................................................... 25 3.7 开关量输入输出通道 .................................................................................................... 27 3.7.1 开关量输入通道的设计 ..................................................................................... 27 3.7.2 开关量输出通道的设计 ................................................................................... 28 3.8 主界面的设计 ................................................................................................................. 29 致 谢 ................................................................................................................................. 30 参考文献 ............................................................................................................................... 32iii四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计1 引言1.1 选题的目的和意义2000 年下半年以来， 国家广播电影电视总局在全国广电系统实施 “两新工程” “中 和 一工程”，扩大了广播电视的覆盖面。明显改善了广大中西部地区及全国各地的收听、 收看效果。随着近年来广播发射机数字化改造的不断发展，全固态广播发射机以其效率 高、音质美、运行与维护成本低、工作稳定可靠，得到了全国各广播发射台技术人员的 认可。 而嵌入式微机 在这一领域的应用也日趋成熟， 现今大部分的广播发射机都配有控 制器辅助值班人员管理发射机的日常运行。但应用同样提出了更加复杂的管理要求，包 括：对系统状态监测的实时性，数据的历史记录与查询，更加完善的故障保护、处理与 报警，同上位机的通信与远程监控功能，系统的高可靠性与抗干扰性，良好的人机界面， 随着客户要求的变动性。新的应用需求不断推动着嵌入式微控制器在这一领域的应用广 度与深度，而广播发射机的自动化程度也得以不断提高。1.2 调频广播发射机简介20 世纪，广播发射机经历了突飞猛进的发展：从真空电子管到晶体管、功率场效应 管的更新换代；电路结构从分立器件向模块化和集成电路变化；控制检测从继电器等有 触点检测向逻辑电路、时序控制转化。现今，正逐步向计算机实时控制、远程监控和发 射机管理方向发展。20 世纪 70 年代，世界上出现了应用场效应管的脉宽调制发射机。 80 年代中期， 美国哈利斯公司生产出数字调制的发射机。 年代我国也研制生产了数字 90 调制发射机。 1990 年上海市广播科学研究所研制成我国第一台全固态的中 PDM 广播发射 机，而且是多频率的 10kW 广播发射机。在上海人民广播电台投运后，为上海人民广播电 台的安全可靠播出发挥了积极的作用。从此，广播发送设备的音频系统及其调节方式发 生了深刻的变化。从模拟调至向数字调制的转变，使整机效率、电声指标、稳定性和可 靠性等方面都取得了长足的进步。近些年在市场经济的推动下，广播发射设备不断更新 换代。世界上几大广播发射机生产厂家相继推出在大功率机器上采用 PDM、PSM 等新的 调制方式发射机。 现代调频广播发射机主要由五部分组成：激励器、功放、风机、电源和控制设备。 激励器负责将节目音频信号调制成为射频信号，再经过功放进行功率放大，最后送天线 发射出去；电源负责为功放、风机和控制设备供电，风机则负责为功放散热；控制设备 主要负责开关发射机与监测发射功率、反射功率等运行状态信息，当功放单元过温、过1四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计流或电源异常时发出报警信号并按指定的次序关断设备电源与总电源。1.3 微机控制器在广播发射机中的应用状况80 年代，国内开始采用可编程控制器（PLC）、单板机对广播发射机进行自动控制。 90 年代，开始把微机控制器和微型计算机作为发射机一个不可分割的部分，与发射机融 于一体，实现发射机的自动化监控与管理。传统的数字逻辑电路控制只能实现相对比较 简单的功能，如开机、关机和发生故障时的保护动作。而采用计算机控制的广播发射机 可以实现上面的所有的功能，并且还可根据的客户的要求加以改进，而这种改进通常只 通过重新设计软件就可以实现，提高了广播发射机的适应性。大多数采用计算机控制的 广播发射机具有通信功能，可以实现对广播发射机的远程监控。 其中发射机的自动控制功能包括： （1） 自动开关机（包括启动与关闭控制系统的电源、激励器电源和功放电源）； （2） 自动巡机、监测、记忆和打印各级工作状态（电流、电压），并且能够越限 报警； （3） 存储、打印系统播出时间和停播时间； （4） 具有声光报警功能，并对典型故障有判断分析能力； （5） 具有备份单元功能； （6） 自动调整灯丝、偏压； （7） 测试频偏、调幅度；自动控制故障时可切换至手动控制。 由于发射台往往处于山区或偏远地带，对管理维护人员来说非常不便。因此提高广 播发射机的自动化程度与易维护程度是各家公司竞争的焦点。采用嵌入式微机控制器开 发的微机控制器成为目前主流的方案。综上所述，微机控制器作为发射机运行的控制中 心，它负责 3 个主要功能：一是按照一定的开关机顺序开关发射机，并显示开关状态； 二是对发射机及主要附属设备的运行情况进行实时监测；三是对运行中出现的故障进行 诊断，并作出相应的处理。具体来讲，由微机控制器产生的一系列开机操作信号，按一 定的时间顺序，启动冷风机、加偏压、中压、高压等次序开启发射机。当每个程序完成 以后，他们的状态信号也按先后顺序反馈给微机控制器，以通报各部件运转情况。若这 一步开机过程正常，微机控制单元就依次发出下一步开机操作信号，按照要求使发射机 完成加高压、发射出射频信号。微机控制单元还具有辅助故障诊断功能，它表现在两个 方面，一是在发射机合上高压之前，对其有关的运行准备状态进行静态安全检查，如果 出现风机、电源等没有按要求开通或出现故障时，将阻止发射机合高压；二是在发射机 正常运行情况下，对发射机功率放大器系统的工作状态进行动态安全检测，如：是否发 生打火，是否过流，发射机馈线的驻波比是否合适等。动态安全检查的项目是将直接待2四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计检测的信号加入微机控制器内部的一个快速处理装置中，检测信号在那里与原先正常值 进行比较，若实际检测超出正常范围，则发出警告信号，并在显示器上列出与故障有关 的实测参数，供值班人员分析处理故障时参考。另外，微机控制单元配有 RS-232 通讯接 口，可与监控室的计算机控制系统连接，以便实现对发射机的遥控。 现国外有些厂家大都采用模块化设计，把激励器、控制电路、显示器和按键安装在 一个独立的抽屉式机箱内。功放单元、分配器、合成器和定向耦合器则封装入一个功放 盒中， 然后根据所需要的功率要求灵活配置。 例如意大利 RVR 公司的 5/10KW 全固态调频 广播发射机产品 TX5K/10PS，即采用抽屉式模块化设计，各功放模块配有独立的开关电 源并且可以热插拔；采用双激励器相互备份；而主控模块（微机控制器）作为其核心控 制设备，其功能包括定时和远程开关机控制，数据采集，故障保护，历史记录与查询等。 法国汤姆孙公司在其生产的 TRE2315 型 100KPDM 短波广播发射机上使用微机处理器，实 现对整机的自动控制、监测以及故障处理。而国内的一些厂家则主要进口国外厂家的激 励器和功放单元，配合自行研制的微机控制器装配成整机。除此之外，一些高校也为各 个厂家设计了与其产品配套的微机控制器。其解决方案均为应用不同微控制器平台的嵌 入式设计。 其中有应用高性能的 ARM 平台的， 也有应用 AVR 单片机和增强型 51 单片机的。 前者可以实现更丰富的接口和更高性能的表现，加之各类嵌入式操作系统的应用可以方 便实现友好的人机界面；后者则更适合于功能较为单一、低成本的中小型应用。另外， 为提高系统的可靠性激励器多采用了冗余设计，由主控单元控制两部同型号的激励器实 现互锁，当其中一部故障时可迅速切换为另一部激励器提高射频信号给功率放大器。2系统分析与设计2.1 系统功能与性能概述广播发射机微机控制器作为广播发射机的自动化监管设备，其最基本的功能是实现 发射机的自动开关机控制。这包括定时开关机控制与故障保护关机控制，并在系统运行 时检测各部分（功放、电源、激励器、风机）的工作状态，判断故障，若发生故障则进 行相应的故障处理，并给出故障源于报警信息。而其管理功能主要是对发射机运行期间 的重要参数（发射功率、反射功率、功放单元电压、电流等）的历史记录与查询功能； 对一些系统参数（例如定时开、关机时间表、系统时间和定时记录间隔时间）的设定与 在线修改功能；还有远程监控功能，可实现多个发射机的网络化管理。而这些管理功能3四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计都需要设计良好的人机接口来实现。 此外，由于广播发射任务的特殊性，要求低停波率（高平均无故障时间）与高播出 质量，因此对发射机系统（包括微机控制器）稳定性与可靠性有较高的要求；而处于山 地的发射台往往环境较为恶劣易受天气影响，还有功放中高频信号的干扰，因此微机控 制器还需要有抗干扰性的要求；最后对于数据采集及响应人机接口命令则需要有一定的 实时性。2.2 输入输出数据统计广播发射机微机控制器的输入输出数据主要包括模拟量输入，开关量输入和开关量 输出。具体来说：输入模拟量主要来自功放单元的电流采样、发射功率和反射功率和主 电源、低压电源的电压、电流信号；开关量输入为发射机各部件状态信号，包括激励机 外部连锁，功放过热、风机接点灯；开关量输出则包括主电源合/断，低压合/断，高频 推动禁止/允许，调制合/断等。2.3 系统状态、控制状态和故障源定义发射机的系统状态可分为：停止、待机、开机、运行、故障和关机六个部分。其中 停止定义为系统未上电的状态，概况了发射机在仓储、运输、安装和未使用时期的状态； 待机定义为发射机开机前的准备状态， 包括上电后开机前的时段和无故障关机后的时段； 运行则定义为开机后状态；开机定义为系统正处于开机流程中，反之关机定义为系统正 处于关机流程中；故障定义为系统在待机、开机、运行、和关机时，若检测到相应的故 障源时所对应的系统状态。这里指的故障源可定义为I类和Ⅱ类故障(表2．2所示)。当出 现一类故障时会引起“关机&命令，关闭发射机的高压，触发故障报警，并在显示界面上 显示故障源信息； 当出现二类故障时， 发射机自动断高压3秒后恢复上高压并给出故障提 示信息，若上高压后的3秒内故障消除则恢复运行状态，否则认为故障转为一类故障，执 行一类故障处理任务。 而系统的控制状态可分为：自动、本地和远程。其中自动是指发射机执行定时开关 机；本地是指由本地操作员开关发射机；远程则是指由上位机操作员开关发射机。为防 止冲突设置其优先级为：本地&远程&自动。4四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计2.4 开关控制开关控制主要分为开关发射机控制与故障保护开关控制两个部分。前者的控制方式 又分为本地控制(就地控制)，远程控制(来自上位机的开关机信号)和定时控制(要求 每天可设置7组时间参数)，并且需严格按顺序执行，如：“低压&未合，此时“主电源 合’’无效；“主电源合&未合，此时“调制合&无效。而后者则根据检测到的故障源进 行 相应的开关控制与报警。具体要求为： (1)当“低压合&300毫秒后，检测I类故障量，若有任何一项故障，“主电源合’’ 无 效，并显示故障告警。正常时，“主电源合&才可启动。 (2)当“主电源合”300毫秒后，检测I类故障量，若有任何一项故障，发出“主电源 断’’，并显示故障告警；检测“风机故障’’，“主电源故障&状态量，若有任何一项 故障，发出“禁止前级放大&，(未上主电源前前级放大处于禁止状态)并显示故障告警； 当以上状态检测量正常时，检测“前级放大输出故障”，若有故障，“调制合刀无效， 并显示故障告警。正常时，“调制合一才可启动”。 (3)当“调制合&后，此时机器正常播出，实时检测I类故障量，若有任何一项故障， 发出“主电源断&，并显示故障告警；实时检测“风故障”，“主电源故障&状态量，若 有任何一项故障，发出“禁止前级放大”和“调制断”，并显示故障告警：实时检测“电 流过荷”，“反射越限”状态量，若有任何一项，要求“调制断”1秒钟后，恢复正常， 5秒钟内连续三次“电流过荷&或“反射越限”时，要求彻底“调制断”，并显示故障告 警。2.5 数据采集采集的数据包括模拟量和开关量，其中一部分重要参数需送入人机接口设备（LCD 屏或上位机显示器）实时显示，例如：主电源电压、电流，输出功率，发射功率，调幅 度指示等。其它一些与系统允许相关的参数则采集并存储起来，以便之后工作人员通过 人机接口进行历史记录查询和数据分析。对存储的数据量大小要求至少可记录一个月的 历史数据，并可在上位机进行数据备份，则时间可存储数据量可依上位机硬盘空间大小 而扩展。 另外，由于采集数据量较大，为保证系统对故障反应的实时性，需要对有关故障判 断的数据进行优先采集，即将书记采集任务分级，采集数据分批。并对采集到的数据进5四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计行数值滤波处理，提高数据的可靠性与抗干扰性。2.6 人机接口人机接口的设计原则要求针对性、简洁性与易操作性。考虑到与发射机相关的工作 人员有本地操作人员， 检修人员和远程监控室人员。 因此分别为他们设计两处人机接口， 即本地发射机人机接口与上位机远程人机接口。显示设备为发射机设备上配备的 LCD 屏 和上位机显示器，输入设备则为本地按键和上位机键盘。2.7 具体要求如下：? ? ? ? ? ? ? ? ? 模拟量采集，26 路，其中包括 8 个功放盒共用 9 路 I/O 通道，其中有一路是频 率信号； 输入开关量，11 路，低电平有效；输出开关量，14 路，低电平有效。 对输入的模拟量要进行上、下限检查，越限时报警； 输出的开关量要能够驱动固态继电器，驱动电流&100mA，信号要稳定,以免造成 误操作； 微机应实现自动开、关机； 对发射机各工作点实时监测功能，对发射机输入的模拟量和状态开关量进行显 示，并能记录机器的工作状态，发生故障时立即记录故障时的状态； 对发射机实行全面控制功能和各种异常保护功能； 微机应具有远程通信功能； 微机的可靠性要高，平均无故障运行 1 万小时以上。2.8 系统设计中抗高频干扰的考虑2.8.1 干扰的来源与途径及对微机控制器的影响 干扰的来源最主要的是发射机的电磁波，另外，还有来自电动机等设备及来自电源 的各种脉冲干扰。高频干扰主要从三个途径窜入微机系统：一是来自空间的电磁波辐射 对微机的干扰；二是干扰信号从地线窜入微机系统；三是干扰从取样信号传输线窜入微 机系统。试验和实践证明，来自空间的电磁波干扰对微机系统不构成严重的威胁，而从 地线和取样信号传输线进入计算机的高频干扰是威胁广播发射机微机控制器正常工作的6四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计主要原因。微机控制器受到干扰，轻则，可使取样信号不准确，取样信号的大小会随着 发射机的幅度的大小变化，使控制器发生误操作；重则可使微机控制器程序紊乱，根本 无法运行。 2.8.2 抗干扰的措施 根据干扰的来源及途径，我们采取了相应的措施，有效的抑制了高频的干扰，使得 微机控制器能稳定可靠地运行： 1. 取样信号用传感器隔离传送。微机要对发射机进行监控，就必须将发射机或 其它设备中取样出的各种信号传送给微机。 如果发射机上的取样点直接与微 机控制器输入接口连接来传送信号，即高频地与信号地共用，微机系统将遭 受严重干扰，不能正常工作。所以我们采用信号地和高频地不共用的技术， 将全部的信号经过传感器隔离传送至微机控制器。例如光电隔离传感器，在 信号传送过程中把电信号转换为带有信息的光信号， 将发射机的高频地与监 控微机的信号地隔离开，避免了共地造成的干扰。 2. 低通滤波措施微机控制器的信号输入端设置低通滤波电路， 滤除高频干扰信 号。对微机控制器的电源也采用低通滤波电路。广播发射机微机控制器接口 电路采用模数转换和光电隔离等抗干扰技术。 3. 4. 5. 在电路板设计中采取抗干扰设计。 选用高质量的开关电源模块对微机控制器供电。 在微机控制器的软件设计中采用软件滤波、重复输出等软件抗干扰技术。2.9 系统体系结构设计出于设计满足功能要求，易操作，低成本、高可靠性的广播发射机微机控制器的指 导原则，应用分布式体系结构的思想，即分散控制与管理集中，从而提高系统的可靠性 与实时性。如图 2-1 所示，采用多颗微控制器分别负责，对输入的模拟量信号而言，除 去信号调理电路不论，可以将每一路信号直接接到单片机的 A/D 输入端，提高了系统数 据采集与响应故障的速度。主控模块负责数据的存储，并与上位机、其它从微机控制模 块之间进行通信以传递系统运行状态、参数数据和控制命令。7四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计上位机实时时钟 模块主控模 块数据采集 模块人机接口 模块 图 2-1输出动作 模块系统体系结构Fig 2-1 System Architecture2.10 发射机的用例模型用例部分着重于外界与系统的交互以系统的功能性要求，即广播发射机的开关机控 制，数据采集，故障判断与处理，运行时的数据显示，数据存储与数据查询等；与此相 对的，用例部分不关心系统的非功能性要求，包括系统的性能要求，目标硬件，编程语 言等。将系统的需求按重要性分为必须型需求与应该型需求，如表2-1所示；行为者分 类如表 2-2 所示。表 2-1 需求 Table 2-1 Requirement需求代号 A1 A2 A3 A4需求名称 开发射机 关发射机 系统查询 与记录 系统设置 表 2-2 行为者 Table 2-2 Actors重要性 必须 必须 应该 应该行为者代号 Remote Operator Local Operator行为者名称 本机操作员 上位机操作员8控制优先级 高 中四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计System Clock Maintain Engineer Administrator Database系统时钟 技术支持工程师 系统管理员 上位机数据库低 无 无 无用例A1(如图2-1所示)，有三个行为者通过通信线与该用例连接，实际上本用例中的 行为者与系统的交互仅表明开发射机需求可由三种操作方式实现：即本地操作员开机； 上位机操作员开机和定时开机。即由某位行为者产生触发信号，系统执行开机并反馈给 所有行为者开机是否成功的消息。这部分内容记录在该用例的用例描述文件中，见表 2．3所示。为防止行为者间的冲突，指定本地操作员为特殊的行为者，将其一般化为上 位机操作员，继续将行为者上位机操作员一般化为系统时钟。这样在行为者问便有了优 先级之分。 值得注意的是将系统时钟设定为行为者的原因。在这之前有必要介绍一下选择某 “事 物’’为行为者的原则： (1)该“事物&是系统工作的组成部分，但并非依赖于系统的工作而存在； (2)系统设计中无需改变该“事物’’的某些方面。 由于系统时钟的时间一般与人们生活中所用的时间保持一致，并且我们希望它们总 是一致的。也就是说系统无需对系统时钟进行设置，除非它不“准时&(例如系统初次使 用时或者长年使用产生了累积误差时)。加之系统时钟往往采用实时时钟，这使得即使 系统停止，系统时钟仍然在工作；而系统的一些用例，例如定时开关发射机，记录数据 又是由系统时钟所触发的。可见它与其他行为者(自然人)的唯一不同仅仅是它并非独立 于系统的存在而存在!9四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图2-2开发射机用例 Fig 2-2 Use Case of Turn-on Transmitter用例A1的描述性文件中详述了正常开机的步骤，对于用例图中的故障恢复开机的情 况，例如系统短时掉电可恢复功能。作为正常开发射机用例的特例，即系统监控逻辑在 判断出故障已解决需将发射机回复到原来的运行状态时执行的开机流程。而这部分功能 可看作系统监控逻辑在决定重开发射机时，通知行为者一系统时钟，并由系统时钟触发 开发射机。这样一来，故障恢复开机这一特例可被概括到正常开发射机用例中系统时钟 按事件触发开机的情况了。而原先系统时钟触发正常开发射机的情况是指系统时钟按时 间触发开机，即定时开机。因此该用例的描述性文件中着重介绍了开机这一需求，而对 开机方式简单概括。 用例A2与A1十分相似同样有上述三个行为者与之交互，故障关机作为正常关机的 特例同样表明当系统监控逻辑判断要关机时通知系统时钟并有其触发关发射机，不同的 只是执行关机的流程罢了。其用例图见图2-3所示，描述性文件见表2-4所示：10四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图2-3关发射机用例 Fig 2-3 Use Case of Turn-off Transmitter表2-3开发射机描述文件Table 2-5 Prescription File of Use Case A1内容 相关需求 语境目标 前提条件用例描述 需求A1 开发射机 发射机的控制状态与行为者对应，否则需请求管理员改变控制状态 行为者 上位机操作员 本地操作员 系统时钟 控制状态 远程 本地 自动成功的结束标志 失败的结束标志 主要行为者 次要行为者 触发器 主要流程 步骤 1 2 3 4 动作发射机进入运行状态 发射机进入故障状态 本地操作员，上位机操作员，系统时钟 无 主要行为者向广播发射机发出开机命令本地操作员发出开机命令 封锁激励器 检测低压故障 正常，接通风机电源 11四川大学本科毕业设计5 6 7 8 9 10 11 扩展步骤 步骤 1.1 1.2 扩展步骤 步骤 4.1 4.2 扩展步骤 步骤 6.1 6.2 6.3 扩展步骤 步骤 8.1 8.2 8.3 8.4 接通主电源1档调频广播发射机控制器硬件系统设计检测风机状态、外部连锁和门连锁正常否 正常，延时5秒，接通主电源2档 主电源2档是否正常 正常，检测功放板是否插好 正常，接触激励器闭锁 发射机进入运行状态 分支动作 上位机操作员发出开机命令 系统时钟（包括时间和事件触发）发出开机命令 分支动作 若故障，向所有主要行为者发送故障源消息 发射机进入故障状态 分支动作 若故障，断开主电源1档和风机电源 向所有主要行为者发送故障源消息 发射机进入故障状态 分支动作 若故障，断开主电源2档和主电源1档 向所有主要行为者发送故障源消息 接通报警信号 发射机进入故障状态表 2-4 关发射机描述文件 Table 2-4 Prescription File of Use Case A2 内容 相关需求 语境目标 前提条件 用例描述 需求A2 关发射机 发射机的控制状态与行为者对应，否则需请求管理员改变控制状态 行为者 上位机操作员 本地操作员 系统时钟 成功的结束标志 控制状态 远程 本地 自动 发射机进入停止状态 12四川大学本科毕业设计失败的结束标志 主要行为者 次要行为者 触发器 主要流程 步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 扩展步骤 步骤 1.1 1.2 扩展步骤 步骤 8.1 8.2 发射机进入故障状态调频广播发射机控制器硬件系统设计本地操作员，上位机操作员，系统时钟 无 主要行为者向广播发射机发出关机命令 动作 本地操作员发出关机命令 封锁激励器 关主电源2档 关主电源1档 延时四分钟 关风机电源 检测各电源是否正常关闭 正常，发射机进入停止状态 分支动作 上位机操作员发出关机命令 系统时钟发出关机命令 分支动作 若故障，向所有主要行为者发送故障源消息 发射机进入故障状态用例A3(如图2-4所示)一方面表明外界对系统中各个设备对象的运行状态参数的查询 功能，包括本地和上位机操作员对系统中电源、风机、激励器、功放的运行参数查询， 历史记录查询和故障记录查询；还有系统时钟对系统状态、各部件运行参数的定时记录 功能。另一方面当系统发生故障时，会主动向本地操作员和上位机操作员发出报警信 号，并配合系统时钟记录故障源与故障发生时间。另外注意完全平行的上位机操作员的 查询功能与本地操作员的查询功能事实上他们之间是有通信的，即在通信协议的支持下 保证上位机数据库与本地微机控制器存储数据的同步更新。13四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 2-4查询和记录用例Fig 2-4 Use Case of Record and Require用例A4(如图2-5所示)表明管理员对系统参数的设置，包括定时开关机时间、定时记 录间隔时间和系统时间、日期设置；激励器输入信号类型、输入阻抗设置；发射机功率 与频率设置等。而这些设置需要以管理员身份登录才可更改。而维修、检修工程师拥有 修改系统出厂参数设置的权限。这两类行为者各来自厂家和用户，分别维护出厂设置和 用户设置这两组数据。图2-5参数设置用例 Fig 2-5 Use Case of Parameter Setting14四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计3 硬件设计3.1 嵌入式系统与微机控制器的选择嵌入式系统指嵌入到对象中的计算机系统。用以实现对象的智能化管理与控制。与 通用计算机平台不同的是：嵌入式系统一般用专业处理器平台的系统，有计算机功能但 又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专业计算机系统。它将先进的 计算机技术、半导体技术、电子技术和各行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决 定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 嵌入式系统中微机控制器是系统的核心，微机控制器的选择需要考虑应用的功能与 性能要求，成本、功耗、易维护等因素，因此微控制器选择的根本原则是设计出满足应 用的低成本产品。 现今市面上可选的不同类型微控制器产品很多： 有面向控制的 51、 PIC 和 AVR 单片机；面向消费电子的高性能 32 位 ARM 控制器；面向高速信号处理的 DSP 及 FPGA。考虑到广播发射机微机控制器的功能与性能要求，选单片机作为其微控制器， 则在满足应用的前提下，实现了低成本与易维护的设计目标。 方案一：采用凌阳公司生产的 SPEC061A 单片机。单片机算术运算能力强， 软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制功耗小，技术比 较成熟，成本较低，I/O 口较多容易实现外扩，响应速度完全达到系统要求。但是根据 本题目的实际要求，使用 61 单片机过于浪费资源，而且增加成本。 方案二：采用传统的 8 位的 51 系列单片机作为系统控制器。P89C51RD2 单片机是 一款具有 ISP/IAP 功能的单片机，它的片内具有 64K 字节 Flash 程序存储器、1K 字节数 据存储器、3 个 16 位定时/计数器，6 个中断、1 个全双工串行口等资源。从内部构造还 是编程方面 51 系列单片机都相对简单，容易掌握和使用，价格也相对低廉。但是使用 51 单片机的话还需要外界的 ADC。 方案三：采用 PIC18F4620 单片机，PIC18F4620 采用哈佛结构，以及 RISC 指令系统 单 片 机 ， 其具有 1K RAM ， 64K FLASH ，丰富的 I/O 口资源，内置 A/D，内置 EEPROM，看门狗电路，倍频电路等丰富的外围模块，一个指令周期是四个机器周 期，运算速度快，完全能够满足我们的系统要求。但由于其不是主流单片机，价格比较15四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计高，购买不方便，使用不广泛，放弃此方案。 方案四：周立公开发的 ARM 单片机，拥有强大的 32 位接口，但是要想很好的运用 ARM，需要对其充分的了解，由于时间和精力，我们没有去研究那方面的内容，而且 现在市场上 ARM 比较少见，价格也比较昂贵。 方案五：ATmega128，ATMEGA16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega128 的 数据吞吐率高达 16 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 ATMEGA16 单片机自带 ADC 模数转换器，方便使用。AVR 系列单片机容易掌握和使 用，JTAG 等方便容易上手。 经过各种方案论证和取材的方便程度，我们选择了 ATMEGA128 作为主控制核心， ATMEGA16 作为从微机控制器。3.2 AVR 单片机介绍AVR 单片机是 Atmel 公司 1997 年推出的全新配置精简指令集(RISC)单片机系 列，推出的具有众多成员的单片机家族，主要包括 ATtiny、AT90、ATmega 三个系列， 其硬件结构从相对简单到复杂，功能增强，而指令系统向上兼容. 而 ATmega 系列单片 机是 AVR 中高档产品，它承袭了 AT90 所具有的所有特点，并在 AT90 的基础上，增加 了更多的接口功能，而且在省电性能、稳定性、抗干扰性以及灵活性方面有了更大地提 高。同时，AVR 单片机结合了 PIC 单片机和 MCS-51 单片机的优点，同时还做了一些重 大改进，其主要的特点如下： ? ? ? ? ? ? ? 片内集成可擦写 10000 次以上的 Flash 程序存储器； 采用 CMOS 工艺技术，高速度(50ns)、低功耗(1A )、具有 SLEEP 功能； AVR 单片机采用哈佛总线结构程序存储器和数据存储器时分开的，微机处理器 将直接访问全部程序存储器和数据存储器； 工业级产品。 具有大电流 10mA-20mA(灌电流)或 40mA(单一输出)的特点， 可直 接驱动继电器； 超功能精简指令。具有 32 个通用工作寄存器，相当于 MCS-51 的 32 个累加器。 并可用功能很强的 C 语言编程，易学、易写、易移植； 有异步通信 DART 硬件接口电路， 采用单独的波特率发生器， 并不占用定时器。 具有 SPI 传输功能。因其高速，波特率可达 576Kbps； 高档 AVR 单片机 MEGA 系列的性能更加强大。 ATmega128 有大容量的存储 如 器(Flash 128K, EEPROM 4KB, RAM 4KB) , I/0 端口 53 个、中断源 34 个、外部 中断 8 个、SPI 接口 1 个、IZC 接口 1 个、8 位定时器 2 个、16 位定时器 2 个、16四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计PWM 接口 8 个，有看门狗定时器，有实时时钟 RTC，模拟比较器，8 路 10 位 A/D，可在线编程(ISP)和在应用自编程(IAP)，片内有 RC 振荡器、上电复位延 时电路和可编程的欠电压检测电路，工作电压为 2.7-5.5V。 AVR 单片机还在片内集成了可擦写 100000 次的 EPROM 数据存储器，可用于保存 系统的设定参数、固定表格和掉电后的数据保存，既方便了使用，减少了系统的空间， 又大大提高了系统的保密性。3.3 多微控制器体系结构根据分布式系统结构要求设计了硬件电路，其结构框图如图3-1所示，具体则分为主控 制模块、功率采集模块、人机接口模块、输出动作模块，采用1块ATmega128单片机为主 控制器，3块ATmega16单片机作为从控制器，分别控制4块电路板。上位机通信接口 实 时 时 钟 数 据 存 储主控单片机 ATmega128主机通信接口从机通信接口 模 拟 量 输 入 输 出 开 关 量 输 入 输 出 模 拟 量 输 入 输 出从机通信接口从机通信接口数据采集 单片机 ATmega1 6人机接口 单片机 ATmega1 6开 关 量 输 入 输 出模 拟 量 输 入 输 出输出动作 单片机 ATmega1 6开 关 量 输 入 输 出键盘、LCD 显示屏 接口17四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-1 广播发射机微机控制器硬件结构 Fig 3-1 Hardware Structure of Transmitter Controller3.4 元器件选型元器件选型综合了应用要求，编程方便，性价比和芯片的普及通用等原则，对主要 元件的选型如下： ? ? ? ? ? ? 主控单片机选择 ATmega128 单片机，优点上面已经介绍。 从单片机选择 ATmega16。 负责数据采集的 AD 转换器，采用单片机自带的 ADC 模拟输入通道 数据的存储则选择 4 片 I2C 总线存储器 AT24C512 扩展到 2MB，可完成故障记录和 定时记录的存储功能。 实时时钟选择较为常用的 DS1302,负责故障记录的时间标签，并为定时开关机程序 提供可查询的当前时间。 显示屏选择信利公司的大屏图形 LCD，型号：MST-G32024DBSW-213W-E，其控制 器采用 RAIO 公司的 RA8835，完全兼容 SED1335 控制器。完成显示模拟模块、开 关量数据、查询历史记录，设置定时开关机参数，显示故障提示信息等功能。并可 将发射功率、反射功率及调制度可以棒图方式显示，达到主要显示量的直观与美观 要求。3.5 接口电路3.5.1 串行数据存储器接口 主控单片机扩展串行存储器接口电路如图 3-2 所示，其中单片机未画出，将单片机 I/O 口线 PD0 与 PD1 引出作为 I2C 总线的时钟控制线（SCL）和串行数据线（SDA）。18四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-2 串行数据存储器接口Fig 3-2 Interface Circuit of Serial EEPROM该接口电路的特点为： （1）采用 IIC 总线串行存储器使得接口电路简单，较并口扩展节约单片机 I/O 总 线； （2）扩展的存储器空间大，每片 AT24C512 为 512K，可以扩展多片。 （3）扩展存储大小灵活可变，最大可连 8 片，这里只用了 4 片，扩展了 2M 的空 间。3.5.2 实时时钟接口 如图 3-3 所示， 时钟芯片与单片机未异步串行通信接口， 单片机读时钟芯片可获得 年月日时分秒星期等数据。还可以对上述时间数据进行设置。外围器件为一个 32768Hz 的晶振，和一个备份电池。IO 口模拟 SPI 时序。19四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-3实时时钟接口Fig 3-3 Interface Circuit of RTC3.5.3 LCD 接口 这部分为人机接口，用单独的一块 ATmega16 单片机控制。 LCD 显示器控制器与单片机并口 PD 口直接连接，为保证 LCD 的稳定性可在 LCD 控制 器的控制引脚 CS、WR、RD 和 A0 加 1uF 的解耦电容。如图 3-4：图 3-4 显示器接口电路 Fig 3-4Interface Circuit of monitor20四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计3.5.4 键盘的设计3.5.4.1 键盘的分类键盘从结构上可分为独立联接式和矩阵联接式两类。每一类按其译码方式，又都可 以分为编码和无编码的类型。独立式无编码键盘式最简单的键盘，每一键互相独立地各 自接通一条输入数据线，这种键盘组织的优点是十分简单。缺点是，当键数较多时，要 占用好几个输入口线。当键数较多时，为了克服上述缺点，可采用硬件编码键盘。这就 是独立式编码键盘。即在键盘与单片机之间加入一个编码器。矩阵联接式无编码键盘， 其特点是由键盘引出的引线较少，但是占用单片机的时间较长。矩阵联接式编码键盘是 在键数特别多时才采用的一种键盘组织。它所需硬件最多，实现也最复杂。单片机系统 中普遍使用独立式无编码键盘，这类键盘主要解决以下几个问题：键的识别；如何消除 键的抖动；键的保护。 3.5.4.2 独立式无编码键盘原理独立式无编码键盘识别按键的方法有两种：一是行扫描法；二是线反转法。 1. 行扫描法。通过行线发出低电平信号，如果该行线所连接的键没有按下的话， 则列线所连接的端口得到的是全 “1” 信号， 如果有键按下的话， 则得到非全 “1” 信号。为了防止双键或多键同时按下，往往从第零行一直扫描到最后一行，若 只发现一个闭合键，则为有效键，否则全部作废。找到闭合键后，读入相应的 键值，再转至相应的键处理程序。 2. 线反转法线。反转法也是识别闭合键的一种常用的方法，该法比行扫描速度快， 但在硬件上要求行线与列线外接上拉电阻。先将行线作为输出线，列线作为输 入线，行线输出全“0”信号，读入列线的值，然后将行线和列线的输入输出关 系互换，并且将刚才读到的列线值从列线所接的端口输出，再读行线的输入值。 那么闭合键所在的行线上值必为 0。这样，当一个键被按下时，必定可读到一对 唯一的行列值。 3.5.4.3 独立式无编码键盘设计广播发射机微机控制器共需要 12 个键。 各键名称分别为开机键、 关机键、 模拟量键、 开关量键、主菜单键、向上键、向下键、向左键、向右键、确认键、取消键、复位键。 键盘的排列见图 3-5。21四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-5 键盘的排列 Fig 3-5 keyboard layout 3.5.4.4 键盘的接口电路键盘的接口电路，见图 3-6。图 3-6 Fig 3-6键盘的接口电路 Interface Circuit of Keyboard22四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计3.5.5 异步串行通信 IIC 接口 主控单片机与从单片机之间的通信采用 IIC 总线结构。ATMEG128 和 ATMEGA16 2 2 之间采用 I C 总线，充分利用了 I C 通讯速度快、稳定可靠的特点。如图 3-7图 3-7控制器之间的 IIC 通信Fig 3-7 IIC communication between the controller 主控单片机与上位机之间的通信物理协议采用 RS-485， 其差分传输方式可实现发射 机房与微机监控室之间较长距离的点对点通信，可达几千米。接口电路如图 3-8 所示：23四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-8 RS-485 串口通信接口 Fig 3-8 Interface Circuit of RS485 Communication3.6 模拟量采集通道的设计3.6.1 模拟量输入通道的基本类型及组成结构 模拟量输入通道是微机测控系统中被测对象与微机之间的联系通道，因为微机只能 接受数字信号，而被测信号常常是一些非电量，所以，输入通道的前一道环节是将非电 量转换为可用电信号的传感器，后一道环节是将模拟量信号转换为数字量信号的数据采 集电路。除数字传感器外，大多数传感器都是将模拟非电量转换为模拟电量，而且这些 模拟电量不宜直接用数据采集电路进行模数转换，还需进行适当的信号调理。因此一般 的模拟量输入通道应由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。 按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可 分为集中采集式和分散采集式两大类型。集中采集式多路模拟输入通道的典型结构如图 3-2 所示。它广泛应用于中速和低速的数据采集系统；分散采集式多路模拟输入通道的 典型结构如图 3-3 所示。它应用于高速数据采集系统，但成本较高。对于广播发射机微 控制器而言，因为要求的数据采集速度并不高，基本上是秒级的，一般选用的是集中式 的机构，以节约成本。但此处有 4 片单片机，每片有 8 个模拟量输入通道，足以满足要 求，无需集中采集信号。24四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-9 集中采集式结构图 3-10 分散采集式结构 3.6.2 信号调理电路设计 对于测控系统而言，被测对象的现场环境严重影响着输入通道的方案设计。现场环 境越恶劣，前向通道的设计越复杂。对于发射机微机控制器而言，它的模拟量信号来自 于发射机的信号采样板，基本上是 TTL 电平，所以在设计中就不用考虑小信号放大这个 环节。又由于经传感器来的模拟量信号为低频 10KHz 以内的 0-5V 标注电压信号，而干 扰信号主要为 87-108MHz 的高频电磁信号， 所以用低通滤波电路滤去信号中的高频干扰 信号。低通滤波电路常见的有 RC, LC 滤波电路。考虑到输入信号的阻抗匹配的问题， 不宜在这里使用 RC 电路，所以选用了 LC 滤波电路。低通滤波电路如图 3-4 所示。25四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-11 低通滤波电路 Fig 3-11 查资料得幅频公式H (? ) ? 1 1 ? LC? 2LC Filter（公式 3-1）可得出幅频响应。 将 LC 参数 L=220uH, C=0.1uF 代入下公式，可求得其谐振频率：F0 ? 1 2? 1 ? 1 LC 2?1 ? 33.95 KHz （公式 3-2） 220?10 ? 0.1?10?6?6这是一个带通滤波电路，其幅度频率响应在 F1 ， F2 频点处为 1，其中：F1 ? 0F2 ?1 2?2 =48Hz LC（公式 3-3）F0两侧各有一 个通带， 并在其通带频率范围内， 幅度衰减不到 10%。 其中位于左边的低频通带为 0 F1 ） （ 到 10Hz， 这一频段可作为传感器送来的低频测量信号的频段。 而位于右边的高频通带为 F2 ）到 49.3KHz 则可能存在干扰信号。不过调频发射机的电磁干扰信号频率多 48KHz（ 在 87-108MHz 之间。因此该电路可作为模拟量通道的滤波电路。LC 滤波器的幅频响应图如图 3-12 所示，可见 LC 滤波器在谐振频率26四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-12 电路频谱 Fig 3-12 Circuit Spectrum3.7 开关量输入输出通道3.7.1 开关量输入通道的设计 在测控系统中，开关量输入通道由于接近现场，易受干扰，是系统中最重要的一 个干扰进入渠道。因此在开关量输入通道的设计中，抗干扰设计是一个重要的内容。对 开关量的抗干扰设计主要有防抖和整形两个步骤。但是因为广播发射机信号采样板送给 微机控制器的开关信号基本是 TTL 电平，且大多数是低电平有效，所以在微机控制器的 设计中，对开关量输入通道的设计的主要考虑的如何有效的切断干扰信号进入微机控制 器的通道。在这里我们采用了光电隔离技术，电路图如下：27四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 3-13 开关量输入接口电路 Fig 3-13 switch input interface circuit 开关量输入通道的工作过程是： 当开关量输入信号是低电平时， 二极管 Dl 正向导通， 光电藕合器 TLP521A 导通，这时光藕的输出为低电平，可以直接输入到单片机中。当开 关量输入信号为高(接近 12V)时，二极管 D1 反向截止，光藕不导通，这时光藕的输出被 上拉到高电平(5V)。在电路图中，电阻 R1, R2 是起限流作用的；而二极管 D2 是起钳位 作用，用于保护光电藕合器不被反向击穿；电容 Cl, C2 去除高频滤波作用。 3.7.2 开关量输出通道的设计 在测控系统中，对被控设备的驱动常采用模拟量输出驱动和数字量(开关量)输出驱 动两种方式。模拟量输出是指输出信号幅度(电压或电流)可变，可实现输出连续控制； 而开关量输出则是利用控制设备处于“开”或“关”状态时间来运行控制目的。以前的 控制方法常采用模拟量输出的方法，由于其输出受模拟器件的零移等影响，很难达到较 高的控制精度。随着电子技术的迅速发展，特别是计算机进入测控领域后，开关量输出 控制己越来越广泛地被应用；由于采用数字电路和计算机技术，对时间控制可以达到很 高精度，因此，在许多场合开关量输出控制精度比一般的模拟输出控制精度高；而且利 用开关量输出控制往往无须改动硬件，而只需改变程序就可用于不同的控制场合。由于 以上特点，开关量输出控制已逐渐取代了传统的模拟量输出的控制方式。单片机控制系 统中，要输出开关电平信号，经常要用到各种功率开关器件，如继电器、晶闸管、集成 功率电子开关、固态继电器等。 在发射机微机控制器系统中，需要控制三个电源的开关，即上风机电源、上高压一 档和上高压二档，还有控制激励器的开关。同时系统还需输出指示信号，在液晶屏上显 示进行了何种操作。对五个控制对象的控制是通过控制相应继电器的通断电来实现的， 且用固态继电器直接控制交流接触器的通断电(对高压一二档的控制)。由于继电器是位 于信号采样板上，所以对发射机微机控制器而言，控制对象就是采样板上的继电器。只28四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计要广播发射机微机控制器能有效的输出低电平就可以。在以 AVR 单片机为 CPU 的设计 中，可以直接用单片机的 I/O 驱动控制元件。功率场效应管也称为 MOSFET，优点主要 表现在以下几个方面: ? ? ? ? ? ? 由于功率场效应管是多数载流子导电，故而不存在少数载流子的存储效应，从 而提高了开关速度； 具有较安全的工作区而不会产生热点，同时，由于它是一种具有正电阻温度系 数的元件，所以，容易进行并联使用； 具有较高的可靠性。在本微机控制器的设计中，可靠性设计是首先要考虑的内 容； 具有较强的过载能力。短时过载能力通常是额定值的 4 倍； 具有较高的开启电压，即闭值电压，通常可以达到 2-6V。因此，有较高的噪声 容限和抗干扰能力； 由于它是电压控制元件，具有很高的输入阻抗，因此驱动功率很小，对驱动电 路要求也较低。 综合以上考虑， 在系统中选用 IRF530 场效应管。 下面是其应用的电路， 直接用 TTL 电平驱动。图 3-13 场效应管电路 Fig 3-13 IRF530 FET circuit3.8 主界面的设计主界面是人机交互的主要窗口，主要用来显示系统运行参数如电压、电流、温度、 工作频率等，同时在状态区显示系统运行状态，有故障时报警。主界面见图 4-4。29四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计图 4-4 主界面 Fig 4-4 The main interface 系统当前工作状态和警告信息显示竞争使用屏幕上同一显示区域，警告信息优先于 工作状态，而警告信息内部也有优先权的问题，例如在主整电压过压后，系统会断高压 以保护发射机，这时输出功率肯定不够，所以故障显示区应该显示主整电压过压。调制 度是随着音频信号的变化而变化， 所以要注意动态刷新.在系统设计中还应该考虑到液晶 显示速度比较慢的特点，尽量保证控制的实时性。30四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计致谢本论文是在我的指导老师韩震宇老师的精心指导下完成的。 在这次毕业设计过程中， 韩老师经常给我解决疑难问题，花费了很多心血。同时，韩老师渊博的学识、严谨的治 学态度和对科研一丝不苟的工作作风，使我钦佩不已。 在此，谨向韩老师表示最真挚的敬意和感谢。此外在课题进行过程中，还得到了研 究室中的温显超兄和李程师兄的支持和帮助，在此一并致谢。31四川大学本科毕业设计调频广播发射机控制器硬件系统设计参考文献(1) 耿德根，宋建国，马潮. 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