基于80C196KC的广播短波发射机马达控制系统设计

1．1 微控制器
    本系统中的微控制器采用Intel80C196KC芯片，其工作频率为12 MHz。芯片内置的lO位模拟／数字转换器的模拟输入可用于测量相关调谐数据，如输出功率(Pfwd)、射频末级屏压(VAV2)和射频末级栅流(IGIV2)等。微控制器的地址范围是64 k字节，可外接四片EPROM和一片RAM(用“Memory”表示)。两片EPROM可用于存储监控程序，另外两片EPROM用于存储用户程序，一片RAM则作为用户数据区来存储中间数据。在硬件复位后开始启动时MAP为零，处理器从2080H地址处开始启动监控程序。若已装了用户程序EPROM，程序则跳至1D xxH．并将MAP设为1(2000H ……27FFH应为用户程序)，同时用户程序由2080H开始执行。
1．2 A／D、D／A及数字I／O电路
    与交流和直流马达齿轮机械连接的多圈电位器给出的马达绝对位置的反馈信号可作为模拟信号输入到马达控制板，然后通过一个12位的模／数转换器进行数字化处理后，便可输入给微处理器作为马达的位置控制信号。
    微处理器输出的马达控制信息(运转方向、位置、速度等)可通过一个10位D／A转换器转换成模拟信号后传给马达装置。交流马达的控制指令分别为前进、后退、停止，它们与马达控制器的数字输出端口相连；直流马达由与所需速度成比例的电压进行驱动。同型转换器也可用来为不同的测量元件产生校准信号。 [p]
    82C55用来作为数字I／O模块，它有三个8位端口，每个端口都可设置为输入或输出，可作为交流MS和MP中的两条控制线(L和H)及MS状态返回信号。
1．3 显示模块
    显示模块分为A和B两块，主要用来显示马达的位置、状态等参数。它包含RAM、ASCII解码器和LED驱动电路及显示部分。显示部分由四个数码管组成。每个数码管可显示24个数字及字符。显示的字符、数字由存储在RAM中的ASCII码读出，当RAM中的ASCII码改变时，显示也随之改变。
1．4 外部接口
    马达控制器可通过串行接口RS422与发射机的控制系统(中央控制系统ECAM)相连，中央控制系统(ECAM)作为马达控制器的上级管理器(上行机)，一般通过RS422向(ECAM)马达控制器传送用户指令。
    另一个连接到显示器(Monitor)的RS232串口，可在调试时作为扩展工具和人机交互平台的端口使用。

2 马达控制系统的软件设计
    本控制系统的软件设计采用基于16位的汇编语言编写，同时采用模块化的设计思路，因而具有可读性好、执行效率高等特点，其工作过程采用基于插值曲线的自动调谐控制方式。其工作过程，首先是依据工作频率进行粗调，将马达开关MS和电容、电感的伺服马达MP运转到与工作频率对应的位置；然后，再依据射频驱动级输出网络并根据鉴相器Ф1提供的误差信号进行细调；最后，根据鉴阻器△P和鉴相器Ф2提供的误差信号对射频末级输出网络持续进行自动细调。
2．1 马达位置粗调
    粗调就是控制器根据工作频率首先从用户调谐数据存储器中查找对应的数据，然后将各马达调整到预置位置。如果工作频率没有被存储，则可采用内插法在相邻的两个预置频率之间通过计算获得。
    粗调开始时，用户需设置一个固定的位置作为马达运行的粗调预置位置，通过将移动方向和目标位置一起存储来补偿齿轮的机械误差。当在目标位置右边开始进行自动调谐时，MP首先会被移动到一个能自动进行驱动的位置(如图中目标位置的左边)。这就是为何MP开始经常会越过给定位置的原因。考虑到惯性影响，当马达运行到距目标位置为暂停位置时便停下来，以期望能到达准确的位置。并对所到达的位置进行检查，若不在误差允许的范围内，则修正暂停位置和马达的其它数据，并重新开始该定位过程。图2所示是马达粗调定位方法示意图。

2．2 驱动级细调
    驱动级细调是通过对驱动级电子管的高末栅流(IGIV2)驱动电流的调整来实现的。它包含两个任务：一是调谐射频网络，以将驱动级反射调到最小；二是设置射频预放的放大倍数(即通过设置射频衰减器的衰减量来控制宽放的输出)，以使高末栅流(IGlV2)达到合适的幅度。
    (1)驱动级调谐
    驱动级调谐主要以鉴相器1(Ф1)的输出作为调谐依据，图3所示是鉴相器的控制原理图。Ф1和驱动级电子管的负载阻抗有关，若要获得高末电子管栅极的最佳传输，那么，Фl必须为零。调谐算法一般是一个称为“bang-bang控制器”的适当扩展。

    (2)射频衰减器的调谐
    射频衰减器主要用于设置输入激励(IG1V2)的幅度，可由用户提供IG1V2的额定值(GNOM)。图4所示是射频衰减器的控制原理图。

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2．3 末级细调(插入曲线)
    末级调谐一般根据以下两点进行：第一是发射机输出到天线的功率应达到预设功率；第二是发射机效率达到最佳。有如下三个测量值可用于调谐：
    ◇决定额定输出功率的高末屏压VAV2。
    ◇决定实际输出功率的入射电压VFWD。
    ◇鉴相器2(Ф2)的输出，在效率最佳时，输出应为0。
    输出功率和额定功率之比可通过如下公式计算求得：
   
    当p[0／00]=1000及Ф2=O时，末级调谐最佳。

3 软件流程
    根据以上工作原理，可以设计出如图5所示的自动调谐控制的软件流程。该系统的调谐误差分为两种，即小调谐误差和大调谐误差。一旦发生大的调谐误差，发射机就会从驱动级重新开始顺序调谐，而小调谐误差只有在一定时间累积成较大的调谐误差后，才会造成发射机重新开始顺序调谐。

4 结束语
    本文通过对马达控制系统控制规律的研究，给出了一种基于插值曲线的自动调谐细调马达控制系统的设计方法。系统的运行表明，以80C196KC单片机为核心的马达控制系统能够实现对马达的控制，从而实现广播发射机频率调谐的目的。该方法软、硬件设计正确，控制逻辑选择基本合理。可以在控制精度、实时性、可靠性、设计成本等方面完全满足系统要求。