基于数据总线的车载音响调谐器自动调整及检测系统设计

基于数据总线的车载音响调谐器

自动调整及检测系统设计

Design of Automatic Regulation and Detection System for Car

Audio Turner Base on Data-bus

张毅

(上海阿尔卑斯电子有限公司，上海 201206）

摘要：随着车载音响的发展，对车载音响用的调谐器提出了更高的要求，为此ST半导体公司推出了一个全新的车载音响调谐器的方案。针对全新的车载音响调谐器，为实现生产自动化调整及全自动检测，系统采用单片机控制、16位高精度AD采样、I2C总线、GPIB接口通信及有源线性检波。本文对系统功能在软、硬件方面作了较详细的叙述。

关键词：调谐器频率合成 A/D I2C GPIB 统调

Abstract: With car audio’s development, higher requirement for car audio tuner is proposed．So that, a new car audio tuner solution is developed by STMicroelectronics. Based on the new car audio tuner，in order to realize productive automatic regulation and automatic detection, this system is built on MCU control，16-bit high precision AD sampling，I2C bus，GPIB interface communication and active linear detection. The test system functions are presented in detail in terms of software and hardware.

Keywords:Tuner Frequency synthesis A/D I2C GPIB Autotune

0 引言

近年来，对车载音响调谐器在功能上、性能上提出了更高的要求。首先要求能全制式、全波段接收FM/AM广播，具有高稳定性、高抗干扰性；体积方面进一步减小。通常车载音响调谐器制造过程中，需要做很多调整：有高频放大、本机振荡部分的电感线圈和可变电容的调整；有中频变压器、可变电阻的调整等。这些调整和检测都是手动、人工进行的，不但繁琐，而且要有相当的技能，才能把调谐器调整到最佳性能。目前，采用ST半导体公司一款全新的车载音响调谐器，用的是高集成度、高性能、数据总线结构、模拟数字回路合为一体的FM/AM广播接收用的单芯片IC（TDA7540）制成车载音响调谐器。该调谐器采用I2C总线结构来设置频率合成回路；数据总线调整调谐高频放大回路、中放回路、收台灵敏度、立体声分离度等；数据放入内部对应的寄存器，与常规的调谐器相比省去了调整用的可变电阻、可变电容等元件，简化了电路，免去了手动调整，提高了生产率及产品的一致性，调谐器的性能进一步得到提高。

为了开发及生产这种先进的车载音响调谐器，首先要设计一套基于数据总线的自动控制、自动调整的检测系统。针对该调谐器的特点及设计开发、品管检测和生产制造的要求设计本系统，重点围绕着采用数据总线、高精度、高可靠性及高度自动化这些特点和要求进行系统的研发。

1 系统的整体概述

根据设计开发、品管检测、生产制造的要求，考虑到系统的测试精度、可靠性及高度自动化的特点，同时为了产品客户的技术支持、产品演示的需要，系统应小型化，以及适合生产线使用及维护。系统中心控制不采用PC电脑，而使用单片机作为系统控制核心。整个系统框图如图1所示。

整个设备系统包括16x4的液晶显示屏，电源部分产生8.5V，+５V，-5 V直流电压，给各部分供电。Ａ/Ｄ模数转换部分，将模拟信号电压转换成数字信号，由MCU进行处理。有源检波器部分完成音频信号转换成直流信号，以便于Ａ/Ｄ模数转换。车载调谐器有许多需要检测的直流和音频信号，在MCU程序的控制下，选通各路检测信号；信号切换开关采用2组8选1模拟电子开关，1组实现直流信号切换，另一组实现音频信号切换，最终以直流信号形式提供Ａ/Ｄ模数转换器采样。此外，MCU通过GPIB 接口控制FM/AM标准信号发生器输出各类调试、检测信号，整个设备在MCU的程序控制下实现车载音响调谐器的无人调整及自动检测。

图1 自动调整及自动检测系统框图

1.1 I2C、GPIB通信方式

车载音响调谐器内部装有ST半导体公司推出的高性能的单芯片IC及存储调试数据用的非遗失性存储器（E2PROM），车载音响调谐器以I2C的方式作为数据接口。I2C是器件之间通信最简洁有效的方式，它是根据不同的地址来区分数据传输的对象，所以器件之间不会发生冲突。系统的MCU模拟I2C标准的格式作为主机，其他器件作为从机，主机和从机都能读和写，但从机只能依主机的方向工作。一条I2C总线由两条线路组成：SDA线和SCL线，SDA传送数据，SCL提供时钟。所有数据以8位为一组通过I2C总线传送。I2C总线是双向的：SDA线可用来发送和接收数据。当主机从从机中读取数据时，从机驱动数据线；当主机向从机发送数据时，主机驱动数据线。主机总是驱动时钟线。多数时间I2C总线是空闲的；在进行通信时，总线被激活。只有主机发命令才能进行通信，首先在总线上形成一个开始条件，数据传送结束时，在总线上形成一个结束条件。对于在I2C总线上发送的每一个字节，无论是地址还是数据，均以一个应答位作为响应，确保主

机和从机之间数据相互传送的准确无误。如图2所示，车载音响调谐器内部的芯片、非遗失性存储器以及调整测试系统内部的MCU、A/D转换器以I2C总线的方式相连。MCU作为数据通信的主机，其他器件作为数据通信从机，在MCU的控制下进行各类数据的通信来完成每个器件的初始化设置。

图2 系统I2C总线连接框图

标准的仪器仪表一般均具有GPIB(IEEE488)接口，它是标准的通用的仪器仪表用于数据传输的接口，在工业控制，科学测量中得到广泛的应用。本车载音响调谐器自动调整测试系统设计过程利用FM/AM标准信号发生器的GPIB接口进行数据通讯，用MCU 以GPIB格式规范和标准信号发生器通讯，因MCU信息处理能力有限，首先将标准信号发生器在测试过程中所用到的各个频率和输出电平存储到标准信号发生器的寄存器中，使用时，MCU发出指令通过GPIB端口调用各个寄存器编号，简便快速地得到所需要的测试信号。

1.2 功能简介

车载音响调谐器自动调整检测系统实现下列基本功能：

① 设置车载音响调谐器的接收制式（欧洲制式，美国制式，日本制式）；

② 控制车载音响调谐器的接收频率及波段（FM频段，MW频段，LW频段）；

③ 自动调整车载音响调谐器的FM/AM高频调谐放大回路及中频放大器调谐回路，自动调整各波段电场强度及搜台灵敏度，自动调整立体声分离度；

④ 自动检测车载音响调谐器的音频输出电压及各端子工作状态的直流电压输出；

⑤ 调整后各寄存器的数据存入E2PROM，品质检查时又可读取E2PROM里的数据并通过I2C 设置到车载音响调谐器的单芯片接收芯片中以达到调整后的状态；

⑥ 实现MCU对车载音响调谐器的数据口的I2C通信，实现MCU对标准信号发生器的GPIB的通信及控制；

⑦ 自动调整检测系统内的一个有源检波器及A/D模数转换器，实现交流音频电平及直流电压的检测；

⑧ 通过一个16位４行的字符液晶显示屏，实现菜单式交互信息显示。

1.3 主要技术指标

根据车载音响调谐器的规格要求，系统的主要技术指标如下：

① 测量范围：直流电压0~8V

交流电压0~2Vrms

② 测量精度：直流电压0.05mV

交流电压0.1mV

③ 输入电压：+9V ±10 %

-9V ±10 %

④ 环境温度：-10 ℃~ +85 ℃