广播发射机微机控制器的设计

摘 要： 20世纪，广播发射机的发展走上了快车道：功率场效应管的新旧更替；电路结构由分立器件逐渐向模块化和集成电路的方向转变；控制检测方面由有触点检测向逻辑电路、时序控制的方向变化；现在已开始向计算机实时控制与远程监控的方向发展。80年代中期，数字调制发射机由美国哈利斯公司生产，90年代我国也研制并生产出了数字调制发射机。1990年我国的第一台全固态中PDM广播发射机由上海市广播科学研究所研制成功，还是多频率的10kW广播发射机。这不仅加速了从模拟调制到数字调制的改革速度，也使整机效率、电声指标、稳定性和可靠性等多个技术层面有了明显提高。近些年在市场经济的推动下，广播发射设备不断更新换代。全世界许多广播发射机生产厂家纷纷将PDM、PSM等新的调制方式运用在大功率机器上。

1 微机控制器在广播发射机中的应用状况

80年代起，我国开始采用可编程控制器（PLC）、单板机来实验广播发射机能否实现自动控制。到了90年代，微机控制器已经成为发射机不可或缺的重要部件。传统的数字逻辑电路控制仅能做到开机、关机这些相对简单的功能。使用计算机控制的广播发射机不只是能做到前者的所有功能，还能够按客户的需求做出改变，只要重新设计软件就可以轻松完成，增强了广播发射机的适应性。部分运用计算机控制的广播发射机都具备通信功能，也真正做到了对广播发射机的远程监控。这种发射机有以下几种自动控制功能。

（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、监控、记录与打印各级的工作状态（电流、电压），并且可以越限报警；

（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）具有单元备份功能；

（6）自动变换灯丝、调节偏压；

（7）检测频偏、自动调幅；发生故障时可由自动控制切换为手动控制。

动态安全检查项目是直接将待检测信号加入微机控制器内部的快速处理装置中，检测信号在那里与原先正常值作出比对，假如超出了正常范围，便会发出警告信号，并在显示器上显示与故障有关的参数，可作为参考数据供值班人员分析处理故障时使用。还有，微机控制单元配有RS-232通讯接口，它与监控室的计算机控制系统相连，以便实现对发射机的实时遥控。

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是广播发射机的自动监管设备，实现发射机的自动开关机是其基本功能。这包括定时开关机控制与故障保护关机控制，并在系统运行时对各部分的工作状态进行检测，确定故障，进行相应处理。而管理功能则主要是对发射机在运行中的重要参数的历史记录进行查询；以及对一些系统参数的设定与修改；还有远程监控功能，能够对多个发射机进行网络化管理。而要想实现这些管理功能都离不开设计良好的人机接口。

除此之外，由于广播发射任务有其特殊性，要求停波率要低，播出的质量要高，所以对发射机系统稳定性与可靠性要求都很高。假如发射台处于山地当中，往往都会受到恶劣天气的影响，以及功放中高频信号的干扰，所以微机控制器还必须有较高的抗干扰性。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 具体要求

（1）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；

（2）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；

（3）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；

（4）能够完成自动开、关机；

（5）保证对发射机各工作点进行实时监测，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；

（6）对发射机实行全面控制功能和各种异常保护功能；

（7）具备远程通信功能；

（8）无故障运行不低于1万小时。

3 硬件设计

3.1 嵌入式系统与微机控制器的选择

嵌入式系统说的是植入到对象中的计算机系统中，以实现对象的智能化管理与控制。它与通用计算机平台差别在于：嵌入式系统通常都运用专业的处理器平台系统，虽说具备计算机功能却又不能算作计算机的设备。通常以应用为中心，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求较为严格的专业计算机系统。它将计算机技术、半导体技术、电子技术和各行业的具体应用融为一体，这也决定了它是一个技术与资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的核心就是微机控制器，微机控制器的选择需要考虑应用的功能与性能要求，成本、是否节能、是否容易维护等因素，所以，设计微机控制器的基本原则就是满足应用的低成本产品。如今市面上可选的不同类型微控制器产品不少，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。

3.2 AVR单片机介绍

AVR单片机由Atmel公司在1997年推出，属于全新（配置精简指令集）RISC单片机系列，该公司推出了具有众多成员的单片机家族，主要有ATtiny、AT90、ATmega三大类，硬件结构由简单到复杂，功能增强，指令系统向上兼容。ATmega系列单片机属于AVR的中高档产品，它拥有AT90的所有特点，并在其基础之上，添加更多接口功能，还在省电性能、稳定性、抗干扰性以及灵活性等方面都有很大提高。其主要的特点如下。

（1）片内集成能够做到对Flash程序存储器不少于10 000次的擦写；

（2）运用CMOS工艺技术，高速率（50ns）、低耗能（1A ）、具备SLEEP功能；

（3）3AVR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；

（4）工业级产品，具有大电流10-20mA（灌电流）或40mA（单一输出）的特点，能够做到继电器的直接驱动；

3.3 元器件选型

元器件的选型需要综合应用要求，编程方便，性价比和芯片是否通用等原则，对于主要元件的选型如下。

（1）主控单片机选择ATmega128单片机，优点上面已经介绍。

（2）从单片机选择ATmega16。

（3）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。

（4）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。

（5）时钟选择较为常用的DS1302作为故障记号的时间标签，并为定时开关机程序提供可参照的时间。