Mỏy phỏt thường sử dụng bất kỳ loại mỏy phỏt FM nào cú dải tần số và cụng suất phỏt phự hợp với phỏt thanh phường, xĩ hay tỉnh, thành. ở đây em phân tích sơ đồ khối máy phát Q10 của hãng NAUTEL CANADA
3.5.2 Chức năng và nhiệm vụ các khối * Khối nguồn
- Khối AC/DC POWER SUPPLY : Đây là khối lấy điện lới 3 pha hoặc 1 pha để cấp nguồn cho tồn máy. Đầu ra là các ngõ điện áp xoay chiều, thực chất đây là hệ thống cầu chì và các ổ cắm để cấp nguồn cho khối điện áp thấp và 2 bộ kích Exciter A và B
* Khối nguồn điện áp thấp LVPS :
Khối này cĩ 2 khối giống nhau A và B để dự phịng khi bị hỏng khối này máy sẽ tự động chuyển sang khối khác. Khối này là bộ nguồn ổn áp xung, đầu ra là các điện áp thấp cấp nguồn cho hệ thống điều khiển, quạt giĩ và các mạch khuyếch đại.
* Khối IPA POWER SUPPLY A,B:
Khối này cũng cĩ 2 khối giống nhau A và B để dự phịng. Nĩ lấy điện áp 1 chiều 300v từ khối AC/DC và điện áp 20V từ khối điện áp thấp. Đầu ra của khối là điện áp 15-50V để điều chỉnh cơng suất cao tần IPA . Điện áp này đợc điều chỉnh bởi khối điều khiển.
* Khối POWER SUPPLY A,B
Đây là 8 khối nguồn riêng, cung cấp cho 8 khối cơng suất, khối này khác khối IPA POWER SUPPLY ở chỗ điện áp ra cực đại là 300V và điện áp điều khiển control voltage cũng cao hơn.
* Khối khuyếch đại cơng suất
Khối KĐCS cĩ 8 khối, mỗi khối cĩ 4 đầu ra cơng suất, mỗi đầu ra cơng suất khoảng 300W, nên mỗi khối cơng suât 1,2KW. Máy cĩ 8 khối nên tổng cơng suất phát là 10KW
Tính hiệu từ khối khuyếch đại trung gian IPA cĩ cơng suất khoảng 300w đ- ợc chia thành 8 đờng để vào 8 khối cơng suất. Mỗi đờng khi đi vào khối cơng suất sau đĩ lại đợc tách thành 4 đờng để đi đến 4 sị cơng suất trờng MOSFET MRF151G. Sị cơng suất này là sị kép làm nhiệm vụ khuyếch đại đẩy kéo. ở đầu vào và đầu ra của MRF 151G ngời ta ghép bằng biến áp để phối hợp trở
kháng đầu vào. ở đầu ra của MRF151 cũng ghép biến áp để phối hợp trở kháng với cuộn sơ cấp là tải của sị cơng suât, thứ cấp biến áp là đầu ra của tín hiệu.
* Khối kích EXCITER
Khối kích bao gồm 2 máy phát nhỏ cĩ khả năng hoạt động độc lập. Hai máy này khi bị hỏng nĩ sẽ tự động chuyển sang máy kia. Khi máy này hoạt động thì máy kia đợc nối với tải giả và cơng suất bị cấm nhờ mạch điều khiển mute. Máy này hoạt động với cơng suất phát khoảng 20w. Khi hoạt động độc lập cực đại cĩ thể lên đến 50W.
Tín hiệu khi qua khỏi khối kích này nĩ đợc đa đến các khối IPA
* Khối điều khiển và hiển thị :
Khối điều khiển và hiển thị là khối phức tạp nhất của máy phát, nĩ là bộ não của máy và chỉ cĩ 1 nên chất lợng linh kiện rất cao, it bi lỗi.
Khối điều khiển và hiển thị đợc cấp nguồn bởi khối điện áp thấp LVPS. Khối LVPS cĩ 2 khối để dự phịng nên đảm bảo cho khối điều khiển và hiển thị hoạt động ổn định.
Sơ đồ khối cụm thu FM:
Hỡnh 3.9. Sơ đồ khối cụm thu FM
Tớn hiệu cao tần thu được từ anten được đưa vào khối FM TUNER xử lý, khối này được giao tiếp với IC điều khiển 98C2051. Đầu ra chớnh của bộ TUNER là tớn hiệu mĩ DTMF và õm thanh đĩ được tỏch súng. Tớn hiệu này sau đú dược đưa vào IC giải mĩ M8870 xử lý. Nếu mĩ thu được trựng với mĩ của cụm thu thỡ điều khiển sẽ nhận được lệnh và mở hoặc đúng cụng suất để phỏt õm thanh.
3.6.1. Khối FM tuner
Khối FM tuner bao gồm cỏc chức năng như: mạch vào, mạch KĐCT , mạch trộn tần, KĐTT, tỏch súng. Đầu ra của khối này là tớn hiệu õm tần hoặc mĩ DTMF
Khối FM Tuner sử dụng hộp thu Mitsumi của Nhật Bản nờn chất lượng rất cao và hoạt động liờn tục thời gian dài
Hỡnh 3.10. Hộp thu súng TUNER
Bảng 3.4 Bảng chức năng cỏc chõn của hộp thu 1. NC Bỏ trống
2. NC Bỏ trống 3. +10v Điện ỏp nguồn
4. TUNER Chõn điều chỉnh tần số thu 5. STEREO Hiệu ứng õm thanh nối 6. MUTE IF Ngắt trung tần
7. Lch OUT Âm thanh kờnh trỏi 8. GND Đất
9. Rch OUT Âm thanh kờnh ph ải 10. DO Data OUT
11. CL Xung đồng hồ
12. DI Data input: Dữ liệu vào 13. CE Chip enable: chọn chớp
Bộ tuner này sử dụng IC LC72131 là IC vũng khoỏ pha để xử lý tần số và IC LA1833 là Ic khuyếch đại cao tần, trộn tần, trung tần và tỏch súng AM, FM của Hĩng SANYO sản xuất.
3.6.2.Khối vi xử lý
+ Khối xử lý sử dụng chip AT89C2051 là chip vi điều khiển CMOS 8 bit điện ỏp thấp, hiệu suất cao cú 2K byte bộ nhớ Flash chỉ đọc, xúa được và lập trỡnh được PEROM (Flash programmable and erasable readonly memory). Linh kiện này được sản xuất bằng cỏch sử dụng cụng nghệ bộ nhớ khụng thay
đổi mật độ cao của Atmel và tương thớch với tập tệp của MCS-51 chuẩn cụng nghiệp. Bằng cỏch kết hợp một CPU 8-bit đa năng và linh hoạt với Flash trờn chip đơn tinh thể , Atmel AT89C2051 là chip vi điều khiển mạnh cung cấp giải phỏp linh động cao và mang lại hiệu quả về giỏ thành cho nhiều ứng dụng điều khiển nhỳng (embedded control application).
AT89C2051 cung cấp cỏc đặc tớnh chuẩn sau đõy : bộ nhớ Flash 2K byte, 128 byte RAM , 15 đường I/O, 2 bộ định thời/đếm 16-bit , kiến trỳc ngắt hai mức 5 vector, port nối tiếp hồn tồn song cụng , mạch so sỏnh tương tự chớnh xỏc, mạch dao động và tạo xung clock trờn chip . Ngồi ra AT89C2051 được thiết kế cú mạch logic tĩnh cho hoạt động giảm đến tần số 0 Hz và hỗ trợ 2 chế độ tiết kiệm cụng suất lựa chọn được bằng phần mềm.
Chế dộ nghĩ ( idle mode ) sẽ dựng CPU nhưng vẫn cho phộp RAM, cỏc bộ định thời/đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ giảm cụng suất duy trỡ nội dung của RAM nhưng làm dừng mạch dao động, khụng cho phộp mọi chức năng khỏc của chip hoạt động cho đến lần reset cứng kế tiếp (nghĩa là ta thiết lập lại trạng thỏi ban đầu [reset] cho chiop bằng mạch điện bờn ngồi).
+ Cấu hỡnh chõn:
Hỡnh 3.11 Sơ đồ chõn AT89C2051
Hỡnh 3.12. Sơ đồ khối IC AT89C2051
RAM ADDR. REGISTER: thanh ghi địa chỉ RAM . RAM: vựng nhớ truy cập ngẫu nhiờn (RAM).
FLASH: vựng nhớ FLASH. B REGISTER:thanh ghi B. ACC: thanh chứa.
STACK POINTER: con trỏ vựng nhớ xếp chồng.
PROGRAM ADDRESS REGISTER: thanh ghi địa chỉ chương trỡnh. TMP1: thanh ghi tạm 1
TMP2: thanh ghi tạm 2 ALU: đơn vị số học/logic. BUFFER: bộ đệm.
PC INCREMENTER: bộ tăng thanh ghi đếm chương trỡnh PC.
PROGRAM COUNTER: bộ đếm chương trỡnh PC. PSW: từ trạng thỏi chương trỡnh .
TIMING AND CONTROL:mạch logic điều khiển và định thời. INSTRUCTION REGISTERED: thanh ghi lệnh.
DPTR: con trỏ dữ liệu .
PORT1 LATCH: bộ chốt port 1. PORT3 LATCH: bộ chốt port 3.
ANALOG COMPARTOR:bộ so sỏnh tương tự . OSC:mạch dao động.
PORT 1 DRIVERS: cỏc mạch kớch port 1. PORT 3 DRIVERS: cỏc mạch kớch port 3.
+ Mụ tả cỏc chõn
VCC: Chõn cấp điện ỏp Vcc cho chip
GND: Chõn nối đất.
Port 1
Port 1 là port I/O (port nhập/xuất: input/output port) hai chiều 8-bit. Cỏc chõn của port từ P1.2 đến P1.7 cung cấp cỏc mạch kộo lờn bờn trong (internal pull-ups). Cỏc chõn P1.0 và P1.1 yờu cầu cỏc mạch kộo lờn bờn ngồi . P1.0 và P1.1 cũng cũn được sử dụng làm ngừ vào dương (AIN0) và ngừ vào õm (ÁIN), theo thứ tự, của mạch so sỏnh tương tự chớnh xỏc trờn chip (on –chip precision analog comparator).
Cỏc mạch đệm ngừ ra (output buffer) của port 1 cú thể hỳt dũng 20mA và kớch trực tiếp cỏc bộ hiện thị LED. Khi cỏc logic 1 được ghi đến cỏc chõn của port 1, cỏc chõn này cú thể được sử dụng làm cỏc ngừ vào. Khi cỏc chõn từ P1.2 đến P1.7 được sử dụng làm cỏc ngừ vào và được kộo xuống mức thấp từ bờn ngồi, chỳng sẽ cung cấp dũng (IIL) do cỏc mạch kộo lờn bờn trong.
Port 1 cũng nhận dữ liệu chương trỡnh hay dữ kiệu mĩ (code data) trong thời gian lập trỡnh và kiểm tra bộ nhớ Flash.
Cỏc chõn của port 3 từ P3.0 đến P3.5, P3.7 là chõn I/O hai chiều với cỏc mạch kộo lờn bờn trong. P3.6 được nối dõy cứng làm ngừ vào nối đến ngừ ra của mạch so sỏnh trờn chip và khụng thể truy cập như một chõn I/O cú mục đớch tổng quỏt. Cỏc mạch đệm ngừ ra của port 3 cú thể hỳt dũng 20mA.Khi cỏc logớc được ghi đến cỏc chõn của port 3, cỏc chõn này được kộo lờn mức cao bởi cỏc mạch kộo lờn bờn trong và cú thể được sử dụng làm cỏc ngừ vào. Khi là cỏc ngừ vào, cỏc chõn nào của port 3 được kộo xuống mức thấp bởi mạch bờn ngồi sẽ cung cấp dũng (IIL) do cỏc mạch kộo lờn. Cỏc chõn của port 3 cũn được sử dụng cho cỏc chức năng đặc biệt khỏc của AT89C2051 như được liệt kờ dưới đõy ( bảng 3.5). Port 3 cũng nhận một số tớn hiệu điều khiển để lập trỡnh và kiểm tra bộ nhớ Flash.
Bảng 3.5 Một số chõn đặc biệt
RST
Ngừ vào reset (thiết lập lại trạng thỏi ban đầu). Tất cả cỏc chõn I/O được reset đến mức logớc ngay sau khi RST lờn mức cao. Việc duy trỡ chõn RST ở mức cao trong 2 chu kỳ mỏy trong khi mạch dao động đang hoạt động sẽ reset chip.
Ngừ vào đến mạch khuếch đại dao động đảo và ngừ vào đến mạch tạo xung clock bờn trong.
XTAL 2
Ngừ ra từ mạch khuếch đại dao động đảo.
+ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH DAO ĐỘNG.
XTAL 1 và XTAL 2 là ngừ vào và ngừ ra, theo thứ tự, của mạch khuếch đại đảo cú thể được cấu hỡnh để trở thành mạch dao động trờn chip như được trỡnh bày ở hỡnh bờn. Một tinh thể thạch anh hoặc mạch cộng hưởng gốm đều cú thể sử dụng được. Để kớch chip từ nguồnxung clock bờn ngồi, chõn XTAL 2 sẽ khụng kết nối trong khi chõn ATAL 1 được kớch như được trỡnh bày ở hỡnh . Khụng cú yờu cầu nào về chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle) của tớn hiệu xung clock bờn ngồi vỡ ngừ vào đến mạch vỡ ngừ vào đến mạch tạo xung clock bờn trong sẽ đi qua một flipflop làm nhiệm vụ chia 2 tần số, nhưng cỏc đặc tớnh về điện ỏp tối thiểu và tối đa của mức cao và mức thấp phải được xem xột.Hỡnh 1.19 cỏc kết nối của mạch dao động.
Lưu ý: C1,C2=30pF±10pF đối với cỏc thạch anh ; C1,C2=40pF±
10pF đối với cỏc bộ cộng hưởng gốm.
Hỡnh 3.13. Cấu hỡnh kớch xung clock bờn ngồi.
Một bản đồ vựng nhớ trờn chip được gọi là khụng gian thanh ghi chức năng đặc biệt SFR (special function registor) được trỡnh bày ở bản trờn đõy (bảng 1.2). Lưu ý rằng khụng phải tất cả địa chỉ đều bị chiếm bởi cỏc thanh ghi này, cỏc địa chỉ khụng bị chiếm cú thể khụng được thực hiện trờn chip. Cỏc truy cập đọc đến cỏc địa chỉ này trong trường hợp tổng quỏt, sẽ trả về dữ liệu ngẫu nhiờn và cỏc truy cập ghi sẽ cú tỏc động khụng rừ ràng.
Phần mờm của người sử dụng khụng nờn ghi cỏc logic 1 đến cỏc vị trớ nhớ khụng được liệt kờ vỡ chỳng cú thể được sử dụng trong cỏc sản phẩm tương lai để đỏp ứng cỏc đặt tớnh mới. Trong trường hợp đú, cỏc giỏ trị do reset hoặc cỏc giỏ trị khụng tớch cực của cỏc bit mới sẽ luụn luụn bằng 0.
3.7. Khối Giải mĩ
3.7.1. IC giải mĩ CM8870
- Sơ đồ nguyờn lý IC giải mĩ DTMF
Hỡnh 3. 14. Sơ đồ nguyờn lý IC giải mĩ CM8870
Tớn hiệu thu được sau khi ra khỏi khối TUNER là tớn hiệu õm tần đú là õm thanh hoặc mĩ DTMF.
Tớn hiệu sau đú được chia thanh hai đường, một đường được đưa tới cụng suất õm thanh để đưa ra loa và một đường vào chõn số 2 của IC CM8870. Sau
khi được xử lý, tớn hiệu được đưa ra ngồi bằng cỏc mức thấp và cao theo sơ đồ khối dưới đõy.
3.7.2. Sơ đồ nguyờn lý khối IC CM8870
Hỡnh 3.15. Sơ đồ khối IC giải mĩ DTMF CM8870
Tớn hiệu mĩ được đưa qua mạch khuyếch đại thuật toỏn ở ngừ vào đảo, sau đú được đưa qua khối lọc lưỡng õm, sau đú tớn hiệu được tỏch ra và lọc bởi hai khối, là nhúm tần số thấp và cao, sau đú qua bộ khuếch đại và vào khối thuật toỏn tỏch tớn hiệu số, qua khối chuyển mĩ và đưa ra cỏc mức điện ỏp Q1- Q4 như bảng chức năng của IC giải mĩ DTMF dưới đõy.
Thuật toỏn tỏch tớn hiệu số là thũt toỏn Goertzel:
Thuật toỏn Goertzel là 1 phương phỏp xử lý tớn hiệu số, dựng để xỏc định những thành phần của tớn hiệu được Goertzel đưa ra vào năm 1958. Trong khi phương phỏp FFT (Fast Fourier Transform) tớnh toỏn tớn hiệu được đưa vào tại mọi thời điểm thỡ phương phỏp sử dụng thuật toỏn Goertzel chỉ xem xột tớn hiệu tại những thời điểm cụ thể đĩ được xỏc định trước. Trong nhiều trường hợp, phương phỏp Goertzel tỏ ra hiệu quả hơn phương phỏp FFT và là phương phỏp lý tưởng cho ứng dụng giải mĩ tớn hiệu DTMF do ứng dụng này chỉ cần xỏc định mức tớn hiệu tại 8 tần số cụ thể.
Quỏ trỡnh giải mĩ do chỉ cú một số thành phần tần số là cần thiết nờn việc sử dụng phương phỏp FFT để xử lý tất cả cỏc gúi tin là dư thừa. Phương phỏp Goertzel thớch hợp hơn được sử dụng.
Trong ứng dụng sử dụng thuật toỏn, quỏ trỡnh xử lý trờn khối tin đưa vào được thực hiện tại cỏc thời điểm đĩ định trước, sau khi hồn tất, kết quả tớn toỏn cuối cựng sẽ đưa ra tần số tương ứng.
Cỏc thụng số phải được chọn trước cho cỏc tớnh toỏn của ứng dụng:
• Tốc độ xử lý mẫu
• Kớch thước khối tin
• Cỏc hệ số
Tốc độ xử lý mẫu được lựa chọn tựy theo ứng dụng, vớ dụ như tốc độ xử lý mẫu trong ứng dụng viễn thụng là 8kHz.
Kớch thước khối tin giống như số điểm xử lý trong phương phỏp FFT, nú cho phộp xỏc định độ chớnh xỏc của tần số, nếu tốc độ xử lý mẫu là F, kớch thước khối tin là N mẫu, binwidth = F/N, điều này cho thấy, kớch thước khối tin càng lớn, độ chớnh xỏc của tần số mà tớn hiệu càng cao.
Cỏc hệ số sử dụng trong thuật toỏn:
= F Nf K = N k coeffK 2π cos 2 f là tần số đưa vào Quỏ trỡnh xử lý mẫu:
Tại mỗi thời điểm tớnh toỏn, phương phỏp tớnh toỏn cỏc giỏ trị:
[ ] [ ] [ ] ] 1 [ ] 1 [ ) * ( 1 2 0 1 2 1 0 − = − = + − = n y y n y y n x n y n y coeff y k
Giỏ trị y1 và y2 được khởi tạo bằng 0 khi bắt đầu xử lý chuỗi đưa vào Sau khi quỏ trỡnh xử lý mẫu hồn tất, giỏ trị tần số của tớn hiệu được tớnh theo cụng thức: k coeff N y N y N y N y magnitude power [ ] [ ]2 1[ ]* 2[ ]* 2 2 1 2 = + − =
Ta thấy rằng bờn phỏt, phỏt ở số nào thỡ bờn thu giải mĩ ra được số đú. Cỏc mức tớn hiệu ra này được đưa khối điều khiển để mở nguồn cho khối khuyếch đại cụng sũt õm thanh và đưa ra loa.
Kết luận
Qua một thời gian tiếp xỳc với hệ thống truyền thanh khụng dõy thực tế, em thấy ứng dụng của mĩ DTMF để điều khiển thiết bị từ xa rất cú hiệu quả