引言
汽車MP3無線發(fā)射器可以將MP3播放器內存儲的音樂通過FM廣播方式發(fā)送,，再通過FM調頻收音機接收，通過汽車音響播放,。本文采用單片機AT89C52及數(shù)字鎖相環(huán)MC145152等芯片設計了汽車MP3無線發(fā)射器,，從仿真結果與目標樣機的運行情況來看，均達到了預期效果,。
系統(tǒng)組成
圖1為汽車智能MP3無線發(fā)射器的系統(tǒng)組成框圖,，它主要由MC145152、MC1648組成數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器,，采用變容二極管MV209調頻,。用戶可使用簡易的按鍵，通過單片機AT89C52控制并監(jiān)測發(fā)射頻率,，同時利用液晶顯示器顯示反饋信息,。另外，可使用串行口實現(xiàn)單片機與計算機的通信,，從而通過計算機對發(fā)射機進行智能控制,。音源不僅可以從車載MP3播放器獲取，還可以通過計算機甚至使用網(wǎng)絡資源提供,。
圖1 系統(tǒng)組成框圖
各組成模塊的設計
數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的設計
本文采用MC145152,，該芯片集成了晶振、參考分頻器,、鑒頻/鑒相器,、可編程分頻器等電路，簡化了電路設計,。同時利用單片機來控制MC145152,，確定分頻系數(shù)A、N和發(fā)射頻率的對應關系,。
頻率合成器的控制由單片機來實現(xiàn),，由式f0=(P×N+A)×fr(式中f0為VCO輸出頻率，P為圖1高速分頻器的分頻系數(shù),，N,、A為單片機可編程分頻系數(shù)，fr為調頻步進值)可知,，輸出頻率可由A和N來控制,，A和N的值分別從單片機的P2.2~P2.7(6位)和P0口(8位)向MC145152發(fā)送。本來發(fā)送N值需要10位數(shù)據(jù)線,，但因為f0屬于88~108MHz頻段,，如果采用10KHz調頻步進值fr,，根據(jù)式f0=(P×N+A)×fr計算，可以得到N值最高位(N9,，N8)恒為0,，可省去單片機的輸出口，而將MC145152的N9,、N8兩腳直接接地,。
壓控振蕩器是頻率合成電路的關鍵部分，采用集成的VCO芯片MC1648,，其工作電壓為5V,，輸出頻率最高可達225MHz，輸出波形失真小,，采用由變容二極管MV09和電感組成的并聯(lián)LC諧振槽路,，振蕩頻率將受變容二極管的偏置電壓控制。
高速分頻器的設計
由于發(fā)射機的頻率高達88MHz ,，MC145152無法對其直接分頻,，必須先用ECL(非飽和型邏輯電路)的高速分頻器進行預分頻，把頻率降低,，然后由MC145152進一步分頻,，得到一個與參考頻率相等的頻率，并進行鑒相,。為使分頻系數(shù)連續(xù)可調,，可編程分頻電路采用的是吞咽脈沖計數(shù)法，它由ECL的高速分頻器MC12022及MC145152內部的÷A減法計數(shù)器和÷N減法計數(shù)器構成,。
控制電路設計和頻率計算
控制電路的作用包括：響應按鍵輸入,，控制液晶顯示，計算并向MC145152輸出控制信號以及監(jiān)測發(fā)射頻率,。單片機使用11.0592MHz晶振,，從X1,、X2口接入,，晶振的兩個引腳分別接30pF的負載電容到地。
測頻可利用單片機來完成,。單片機內部有兩個計時/計數(shù)器,，一個用來計時，產(chǎn)生一個標準的時基閘門信號,，一個用來計數(shù),，計下閘門時間內輸入的脈沖個數(shù)，然后經(jīng)換算得到實際輸入的頻率,。
與MC145152類似,，單片機同樣無法以高達88MHz的頻率直接進行測量,，必須先對發(fā)射頻率進行預分頻，降到單片機能夠測量的頻率范圍,，并轉換成為通用TTL電平,，再接入測頻接口，所測結果采用液晶顯示,。MC12022的輸出頻率至少為88MHz/64=1.375MHz,，高于單片機的測頻上限，無法直接利用,，因此需要再接一個分頻系數(shù)為100的分頻器,，本文采用價格較低的分頻器74HC390。
VCO輸出頻率的范圍是88 MHz ~108MHz,。首先應確定參考頻率fc,，fr為步長(頻率間隔)。 fr可由式1確定,。
由于R值是固定的,，只能從8個參考值中選擇，若fc采用10.2400MHz的晶振作為標準頻率,，對其進行÷R分頻,，R取2048，分頻得到5KHz的脈沖信號作為fr,。該值可通過單片機改變,。
由fr確定的N值和A值的范圍應該在MC145152工作范圍內(A值范圍0~63，N值范圍0~1023),，并且必須滿足N>A,。采用吞咽脈沖計數(shù)的方式，式2為總分頻比,。只要N>A,，盡管P為固定值，只要合理選擇N和A的值,，∑即可連續(xù),。
此時f0被鎖定在：
f0=(P×N+A)×fr (3)
其中N為0~1023；A為0~63,；P=64(由MC12022確定),。通過算式可以方便地算出每個頻率對應的參數(shù)。
軟件設計
軟件設計的關鍵是 MC145152的控制以及測頻顯示,。軟件實現(xiàn)的功能是：
①設定頻率間隔fr÷R,，即確定調頻步進；
②設定分頻系數(shù)A,、N的值,，以得到需要的輸出頻率,；
③測量輸出頻率并顯示；
④驅動液晶顯示器,。
MC145152的控制和顯示部分的程序設計
圖2為軟件設計流程圖,。晶振頻率為10.2400MHz，首先確定其頻率間隔,，對其進行÷R分頻,，若R取2048，得到頻率間隔為5kHz,。改變計數(shù)方法,，可以得到的調頻步進值分別為5kHz、100kHz和500kHz ,， A,、N值的計算可由前述的公式來完成，但是在程序設計中并不是將算法編寫為程序,，而是要找到A,、N的變化規(guī)律。表1為不同步進值對應的A,、N值(限于篇幅只列其中一部分),。當步進值分別為5kHz、100kHz,、500kHz時,，A值分別增加1、20和36,，由于A值的范圍是0~63,，而且必須滿足N>A。 程序設計中,，不需要將每個變化都存入單片機,，而是使用一個變量fa，其值分別對應不同的步進,，取值為1,、20或36。這樣節(jié)省了系統(tǒng)資源,，可根據(jù)設定頻率確定A,、N值并送到MC145152中,。
圖2 軟件設計流程圖
頻率測量子程序
頻率測量是對設定的輸出頻率進行實時測定并顯示,。編程用C語言來實現(xiàn)。該程序包括分頻器,、測頻控制器,、計數(shù)器和鎖存器4個模塊,。最終將測得的數(shù)據(jù)鎖存后送到液晶顯示。其原理是利用計數(shù)器對被測頻率脈沖計數(shù),，當時鐘周期為Is時,，測得的脈沖個數(shù)即為所測頻率。測頻控制是為了完成自動測頻而設計的,，它控制計數(shù)器的工作,，使其計數(shù)周期為Is，Is之后就停止計數(shù),，將此時的計數(shù)值送入鎖存器鎖存,，同時對計數(shù)器清零，開始下一個周期的計數(shù),，該計數(shù)值就是測得的頻率,。
結語
在研制汽車MP3無線發(fā)射器的過程中，曾采用幾套頻率合成的設計方案,經(jīng)過比較,最終選定以單片機控制,、MC145152為核心的數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成電路,，實現(xiàn)了頻率自動跟蹤，中心頻率穩(wěn)定度達到了要求,。設計成數(shù)控可變頻,，得到任意的頻率，經(jīng)測試,，具有比較高的頻率穩(wěn)定度和可靠性,。