嵌入式系统在广播发射机调谐自动化改造中应用

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1、嵌入式系统在广播发射机调谐自动化改造中应用　　摘要：介绍了以嵌入式主板PCM-9575为核心的广播发射机自动调谐系统，采用步进电机取代原有的伺服电机，控制部分由FPGA实现，采用PM511P多功能数据采集卡进行模拟量的采集和激励器的遥控，详细介绍了系统软件部分的设计以及实现的功能。关键词：广播发机射自动调谐系统嵌入式FPGAPM511P中图分类号：TM24文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0049-02嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁减，适应应用系统对功能、可

2、靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，目前已经广泛的应用于军事国防、消费电子、网络通信等行业。1广播发射机自动调谐系统简介10广播发射机系统本质上讲是一部大功率的射频信号功率放大器，其自动调谐系统的功能就是控制射频电路中多路可调元器件如电容、电感等，精准、快速到达预置的位置，从而实现整个射频功率放大器稳定正常工作。在实际广播发射机系统中，由于需要控制可调元器件路数多。调谐的频率高、同步性、精准度以及调整的时间性都要求很高，所以一套

3、性能好、精度高、可靠性、稳定性突出的自动调谐系统对一部广播发射机的稳定工作尤为重要。而以计算机技术为基础的嵌入式系统以其可靠性高、性能强、功耗低、成本小很好的应用在广播发射机的自动调谐系统中。2嵌入式主板PCM-9575特性简介PCM-9575是台湾公司生产的一款专用于工业控制的嵌入式主主板，为简化叙述，以下简称嵌入式。集成嵌入式低功耗微VIAEden/Ezra处理器支持667/800MHz主频；支持PC/104，PC/104+总线插槽；支持36位1024x768分辨率TFTLCD，支持VGA、音频接口；支持100/

4、10Base_T以太网接口、兼容802.3U；4串口、USB1.10接口、硬盘、光驱、软驱、CF卡接口。3广播发射机自动调谐系统改造广播发射机自动调谐系统改造的目的就是尽可能提高被调元件到位的精确度，尽可能减小系统的机械回差和电气回差。为此对旧设备的机械传动装置进行以下四点改造。10采用以嵌入式主板PCM-9575为核心硬件，PM511P多功能数据采集卡进行模拟量的采集和激励器的遥控，由FPGA实现控制。将原有的支流伺服电机改用步进电机，提高调谐的稳定性与精度。将原有的涡轮涡杆减速器改为无回差的谐波减速器，以减小机械

5、误差。将原有的位置检测的跟踪电位器改为光电码盘，以便于软件校准。4自动调谐系统控制部分的设计系统控制的执行机构采用FPGA来实现，FPGA是基于SRAM的可编程器件，它以功能很强的CLB为基本逻辑单元，可以实现各种复杂的逻辑功能；在此，我们选用Xilinx公司的较新的一款FPGA芯片，SpartanII家族中的XC2S200PQ208，系统门数为20万门，208个管脚，PQFP封装，满足对本系统的要求。程序的编写基于VHDL语言和原理图结合的方法，软件平台采用Foundation3.1，通过对FPGA灵活的编程，完成

6、了电机的转动控制和控制信号的输出。FPGA的设计主要包括与嵌入式通信的模块，实际位置计数模块，电机控制模块三个部分的设计。4.1通信模块10通信模块负责接收嵌入式发送过来的命令，包括电机的实际位置、预置位置和现场所需要的一些控制信号，以及向嵌入发送电机的实际位置，现场的一些状态等。采用UART通信方式、RS-232通信标准，具有很好的抗干扰能力。由于传送的数据内容较为复杂，定义了FPGA与嵌入式的通信协议，在此选用了国际标准的HDLC（高级数据链路控制）协议，数据格式如表1。表1通信格式同步字均为7E，控制字定义了八

7、路电机的地址以及电机正反转、频率地址等，数据位定义了相应电机的实际位置、预置位置，频率数据等。除数据位为2个字节以外，其他数据段均定义为1个字节，每一帧数据共6个字节，在FPGA里面用VHDL语言实现此部分的编程。4.2实际位置计数模块（见图1）步进电机的位置采用旋转码盘进行定位，通常，旋转码盘有A、B、Z三相输出，旋转波形如图2所示，A相和B相输出占空比为50%的方波。码盘每旋转一周，A相和B相输出固定数目的脉冲。当码盘正向旋转时，A相比B相超前四分之一个周期；当码盘反向旋转时，B相比A相超前四分之一个周期。通过对

8、该波形的处理得到码盘的方向信号和计数脉冲，送入实际位置计数器，利用方向信号控制计数器的加减，利用脉冲控制计数，由于FPGA不具备存储功能，掉电之后实际位置会丢失，需要在下一次上电时将实际位置重新写入实际位置计数器，所以此计数器也有置数功能。4.3步进电机控制模块10步进电机控制模块主要包括步进电机升降速曲线控制逻辑、实际位置和预置位置比较逻辑。