基于FPGA的短波發(fā)射機自動(dòng)調諧系統

1．前言

　　短波發(fā)射主要用于各廣播電臺之間，各核潛艇之間的相互通信。發(fā)射機主要由電控邏輯裝置、過(guò)荷保護裝置、頻率預置和自動(dòng)調諧裝置等組成。為了保證發(fā)射機能工作在所需的頻率值，必須對高頻回路進(jìn)行精密調諧；原來(lái)的調諧控制單元是由大量電位器、繼電器構成，采用繼電器邏輯控制方式，用繼電器的接點(diǎn)組合成邏輯功能，硬件電路多而復雜，可靠性低。

　　本設計采用現場(chǎng)可編程門(mén)陣列來(lái)完成電子系統集成化，以使整個(gè)系統達到高可靠性、高集成度、優(yōu)品質(zhì)、低成本、微功耗、小體積的目的，以便實(shí)現對電臺的遠程監控和管理。

　　2。系統設計

　　一般短波發(fā)射機具有“手動(dòng)”、“預置”、“半自動(dòng)”、“自動(dòng)”四種調諧方式，本論文主要討論自動(dòng)調諧方式的設計。

　　2．1系統的組成及工作原理

　　自動(dòng)調諧是指在調諧過(guò)程中根據當前發(fā)射機的工作頻率，精確地將各個(gè)調諧元件調到與該頻率相對應的過(guò)程。

　　整個(gè)系統有粗調、細調兩部分構成, 調諧元件均為電感線(xiàn)圈和真空可變電容等，改變其機械轉動(dòng)圈數即可改變其電氣參量。通過(guò)電機帶動(dòng)被調元件轉動(dòng)，即可實(shí)現被調元件的電氣參量相應改變。而被調元件的位置信息是通過(guò)與該元件機械聯(lián)動(dòng)的跟蹤電位器的中心抽頭電壓體現的。在EEPROM中存儲有發(fā)射機在不同工作頻率下多路調諧元件所對應的最佳位置信息。調諧過(guò)程為：從EPROM中取出該頻率所對應的每一個(gè)調諧元件位置信息送給FPGA;FPGA同時(shí)從A/D轉換器中讀回各調諧元件當前所處的位置信息，將二者位置信息進(jìn)行比較，由FPGA的判斷邏輯按其差值的大小和極性來(lái)控制步進(jìn)電機的轉速和方向，直至二者的差值為零，即達到所調頻率的位置。這種自動(dòng)調諧方式只是粗調，對于精確定位的，還需要進(jìn)行細調，細調誤差信號由鑒相器和鑒阻器給出。

　　系統中除A/D (MAX127八路12位轉換器)外，其他所有的功能都集于FPGA中。

　　2．2 控制單元

　　在本設計中調節的執行機構選擇的是步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的角位移量與輸入脈沖嚴格成正比關(guān)系，具有良好的開(kāi)環(huán)跟隨性，沒(méi)有累計誤差，定位精度高、動(dòng)態(tài)響應、反向快，而且通過(guò)驅動(dòng)器的細分，其性能可以大幅提高。

　　自動(dòng)調諧主控單元所采用的FPGA是FLEX10K，其擁有獨特的邏輯實(shí)現結構—嵌入式陣列和邏輯陣列，每個(gè)嵌入式陣列由EABs組成，這些EABs可以非常靈活地實(shí)現ROMs、同步和異步FIFOs、雙口RAM等，并可實(shí)現在線(xiàn)重配置。本系統采用自頂向下的設計方法，由多個(gè)具有特殊功能的邏輯宏單元構成。

　　主要模塊如下：

　　(1)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器宏單元：對于輸入為16MHZ的標準工作頻率，通過(guò)計數方式使其16、10分頻等，直至產(chǎn)生0.5HZ的標準時(shí)鐘脈沖輸出。0.5HZ—1MHZ的時(shí)鐘輸出以備適用于不同觸發(fā)器的時(shí)鐘頻率。

　　(2)碼制轉換宏單元：對A/D采集的數據進(jìn)行轉換、送顯示。

　　(3)工作頻率檢測宏單元：設計它的目的是為了檢測實(shí)際工作頻率是否合乎標準。通過(guò)八個(gè)計數器一秒內累計的脈沖數來(lái)檢測實(shí)際高頻信號的工作頻率，八個(gè)計數器可檢測最高幾十兆的工作頻率。

　　(4)預置位置宏單元：預置位置宏單元輸出調諧元件的理論位置信息。此外，還有地址輸出宏單元、步進(jìn)電機正/反轉宏單元和八路選擇自鎖宏單元等。

　　以下是步進(jìn)電機控制宏單元的設計：由位置預置值與實(shí)際位置值之差來(lái)控制電機的正反轉；并可以控制電機的轉速（步進(jìn)電機采用細分控制），如當預置值和實(shí)際值最高八位不等時(shí)，控制電機以高檔速度轉動(dòng)；當最高八位相等而D4—D7四位不等時(shí)，控制電機以次高檔速度轉動(dòng)，以此類(lèi)推根據不同的比較結果按不同的速度進(jìn)行快速的調整。其部分VHDL描述語(yǔ)言實(shí)現如下：

　　3．結束語(yǔ)

　　通過(guò)FLEX10K及高速A/D實(shí)現的自動(dòng)調諧系統，可以做到自動(dòng)運行、自動(dòng)紀錄、自動(dòng)開(kāi)關(guān)機、自動(dòng)報警等，提高了工作效率和工作質(zhì)量，并可以實(shí)現對電臺的遠程監控與管理，達到對電臺的有效監控。