《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于MSP430單片機(jī)的節(jié)能型數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第5期
冒曉莉1,2,， 楊 博1,， 楊靜秋1， 馬 超1,， 朱偉娜1
1. 南京信息工程大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,，江蘇 南京210044; 2. 南京信息工程大學(xué) 江蘇省氣象探測與信息處理重點實驗室,，江蘇 南京210044
摘要： 探討一種可以自動關(guān)閉的節(jié)能型數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計，以提高發(fā)射效率并減少系統(tǒng)功耗和不必要的電能浪費,。以MSP430單片機(jī)為主控制器,、BH1415F為核心組成數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī),利用聲強(qiáng)檢測模塊和繼電器開關(guān)模塊控制電源的接入與自動斷開。經(jīng)實際電路調(diào)試,，該方案節(jié)能效果顯著,。
中圖分類號： TP273
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B
文章編號： 0258-7998(2013)05-0138-03
Energy-saving frequency modulation transmitter based on MSP430 MCU
Mao Xiaoli1,2, Yang Bo1,，Yang Jingqiu1， Ma Chao1,，Zhu Weina1
1.School of Electronic & Information Engineering, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2. Jiangsu Key Laboratory of Meteorological Observation and Information Processing, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China
Abstract： In order to improve the transmission efficiency and reduce system power consumption and unnecessary waste of energy, the design of energy-saving digital FM transmitter with automatically shutting down is discussed. Taking MSP430 MCU as master control and BH1415F as central chip to constitute digital FM transmitter. Using sound intensity detection module and relay switch module to connect or auto disconnect power. The debugging shows that the program is feasible and can play energy saving.
Key words : MSP430,； BH1415； sound intensity measurement,； relay control; mute off

    隨著高校數(shù)字設(shè)備的更新,，數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)在高校中得到廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)的調(diào)頻發(fā)射機(jī)以模擬電路為主,，發(fā)射頻率固定,、穩(wěn)定性差；而數(shù)字式發(fā)射機(jī)功耗很大,，且?guī)缀跛性O(shè)備都沒有靜音關(guān)閉的功能,，容易造成電能浪費。本文提出的節(jié)能型數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計,，可使發(fā)射頻率在88 MHz～108 MHz范圍內(nèi)任意設(shè)置，精度達(dá)0.1 MHz,，可有效避免干擾,，提高穩(wěn)定性。選用的低功耗系統(tǒng)實現(xiàn)了靜音關(guān)閉功能,，大大減少電能損耗,，起到節(jié)能、環(huán)保的作用,。該設(shè)計可作為學(xué)校數(shù)字化教學(xué)的無線話筒使用,，也可用于組建小型的廣播系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實用價值,。

1 系統(tǒng)設(shè)計和工作原理
    本系統(tǒng)以低功耗單片機(jī)MSP430F149為主控制器,、BH1415F模塊為核心，加以聲強(qiáng)檢測模塊,、繼電器控制模塊以及液晶顯示,、矩陣鍵盤等模塊組成。該系統(tǒng)的工作原理如下：首先觸發(fā)工作按鈕,，繼電器開關(guān)閉合,，系統(tǒng)工作。利用駐極體麥克風(fēng)采集聲音,，放大,、濾波后，其中一路傳輸給BH1415F調(diào)頻后發(fā)射,，液晶屏實時顯示發(fā)射頻率和狀態(tài),；另一路經(jīng)聲強(qiáng)檢測模塊,，將得到的電壓值傳給單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)有聲音發(fā)出時,，采樣得到的電壓值較大,，控制繼電器開關(guān)一直閉合，系統(tǒng)處于工作狀態(tài),；一旦聲音停止,，電壓值將變得很小，若在一定時間內(nèi),，檢測的電壓值持續(xù)低于設(shè)置的無聲閾值,，則控制繼電器開關(guān)斷開，切斷系統(tǒng)所有供電,，系統(tǒng)停止工作,，達(dá)到靜音關(guān)閉的功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

2 硬件設(shè)計
2.1 MSP430簡介
    MSP430是TI公司推出的16位系列單片機(jī),，在電池供電的低功耗應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。其工作電壓在1.8 V～3.6 V范圍之間,，正常工作時功耗可控制在200 μA左右,。可實現(xiàn)2 μA甚至0.1 μA的低功耗[1],，且自帶有ADC12模塊,，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)12位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換，具有高速和通用的特點[2],。多用于智能儀表,、智能家電、電池供電便攜式設(shè)備中,。
    本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)為主控芯片,不僅可以直接應(yīng)用于內(nèi)部集成的12位A/D,，滿足設(shè)計的要求，還可使單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式,，有效地減少系統(tǒng)功耗,，進(jìn)一步節(jié)約電能。
2.2 聲音采集模塊
    目前市面上較多的是動圈式麥克風(fēng)和駐極體麥克風(fēng),。駐極體麥克風(fēng)具有體積小,、頻率范圍寬、高保真和成本低的特點[3],，本設(shè)計采用駐極體麥克風(fēng)初步采集聲音,。麥克風(fēng)通過3.5 mm立體聲插座接入電路，信號經(jīng)濾波后，由三極管9014放大,，得到適合的電壓值,，實現(xiàn)聲音的簡單采樣。
2.3 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)模塊
　數(shù)字調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)采用BH1415F為核心,，組成數(shù)字調(diào)頻發(fā)射模塊,。BH1415F是專用的調(diào)頻發(fā)射集成電路，內(nèi)含立體聲信號調(diào)制,、調(diào)頻廣播信號發(fā)射電路,、前置補償電路、限制器電路,、低通濾波電路等,，具有良好的音色，且內(nèi)置PPL系統(tǒng)調(diào)頻發(fā)射電路,，傳輸頻率非常穩(wěn)定[4],。
    將BH1415F的傳輸使能端CE、傳輸時鐘端CK,、傳送內(nèi)容端DA,、音頻靜音端MUTE與單片機(jī)I/O端口相連。單片機(jī)通過CE,、CK,、DA 3個管腳，用串行通信的方法向BH1415F寫入16位控制字,，對其發(fā)射頻率、立體聲及PLL輸出狀態(tài)進(jìn)行控制,；通過對MUTE管腳送入高低電平,，控制音頻靜音功能的開/關(guān)。
2.4 聲強(qiáng)檢測模塊
　經(jīng)聲音采集模塊得到交流信號,，為了提高檢測精度和效率,，選用整流芯片AD736[5]，采用如圖2所示的聲強(qiáng)給測電路,，將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓,。由于得到的直流信號較小，AD736輸出的電壓需經(jīng)LM324放大,，再將得到的理想電壓值送至A/D轉(zhuǎn)換器,。

2.5 靜音關(guān)閉控制模塊
    電源通過繼電器常開一端接入系統(tǒng)。不使用時,，電源斷開,，系統(tǒng)不工作。當(dāng)觸發(fā)系統(tǒng)工作按鈕后,，觸發(fā)瞬間電路接通,，電源給系統(tǒng)供電,，單片機(jī)立刻為繼電器送入高電平使繼電器跳轉(zhuǎn)，常開一端閉合,，電源接入電路中,。此時，即使松開工作按鈕,，系統(tǒng)也可正常工作,，繼電器控制電路如圖3所示。

    當(dāng)單片機(jī)檢測的A/D電壓值持續(xù)小于閘值5 min后,，單片機(jī)給繼電器送入低電平,，繼電器跳轉(zhuǎn)，常開一端斷開,，電源斷開連接,，停止供電，系統(tǒng)停止工作,。
3 軟件設(shè)計
3.1 軟件流程
    系統(tǒng)工作按鈕被觸發(fā)后,，繼電器常開端閉合，進(jìn)行初始化設(shè)置,。定時1 s,，讀出A/D采樣值，并與設(shè)定的閘值進(jìn)行比較,，判斷系統(tǒng)是否在使用中,。若正在使用，則使計數(shù)清0,；若未使用,，則計數(shù)值加1。計數(shù)達(dá)300(5 min)時,，控制繼電器跳轉(zhuǎn),，切斷電源。定時中斷流程圖如圖4所示,。


3.2 低功耗設(shè)計
    本文設(shè)計的發(fā)射系統(tǒng)靜音關(guān)閉功能不僅節(jié)約電能,，同時MSP430單片機(jī)還可以發(fā)揮其低功耗優(yōu)勢，除了必要的設(shè)備初始化以外,，其余程序（鍵盤觸發(fā),、定時器、A/D轉(zhuǎn)換）均在中斷中完成,。單片機(jī)大部分時間處于LPM1低功耗模式中,，只有中斷被觸發(fā)才被喚醒，這一設(shè)計方案大大降低了系統(tǒng)功耗[6]。當(dāng)不設(shè)置發(fā)射頻率和發(fā)射狀態(tài)時,，單片機(jī)可控制液晶,、關(guān)閉背光，從而進(jìn)一步降低功耗節(jié)約電能,。
4 實驗結(jié)果
    經(jīng)過軟硬件調(diào)試之后,，系統(tǒng)成功實現(xiàn)了本文所提出的靜音關(guān)閉功能。該發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵性指標(biāo)與常見的幾種無線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)比較結(jié)果如表1所示,?？梢钥闯觯驹O(shè)計除了具有靜音自動關(guān)閉功能優(yōu)勢之外,，其他的性能指標(biāo)與所列幾種發(fā)射系統(tǒng)基本相當(dāng),。

 

 

    針對傳統(tǒng)調(diào)頻發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性差、易受干擾,、功耗大,、浪費電能的問題，設(shè)計了基于MSP430低功耗單片機(jī)和BH1415F的節(jié)能型數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī),，正常情況下工作功率約1.2 W,。該發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率在88 MHz～108 MHz范圍內(nèi)可調(diào)，最小步進(jìn)為0.1 MHz,發(fā)射功率為0.5 W～0.7 W,。本設(shè)計增加了靜音關(guān)閉的功能,，停止使用一段時間后,系統(tǒng)可自動切斷電源,可有效減少不必要的電能浪費,實用性極強(qiáng),尤其在節(jié)能、環(huán)保方面具有很大的推廣價值,。
參考文獻(xiàn)
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