一种电台发射机电源控制器的设计与制作

　　在高校语言教学中，校园调频电台作为一种独特的教学辅助设施与手段，因其成本低、易维护、使用方便等诸多优点得到普遍应用。而以计算机为硬件平台，集录音、编辑、存储、播放等功能于一体的校园调频电台实现了节目播放自动化。在实际运行中，电台发射机的开与关一般采用电源定时器控制，需由工作人员设置开启、关闭时间，操作繁琐、不易管理。（1）定时器时间的设定需和节目的播放时间相对应，如节目播放时间有变动，需重新设置定时器开启、关闭时间；（2）定时器的时钟与计算机的系统时间需经常调整，以求保持一致；（3）要求定时器有断电保护措施。

　　1 设计原理

　　1.2 555 CMOS集成电路的改造

　　555 芯片是定时器，是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

　　将555 CMOS集成电路的⑥、②脚并接成只有一个输入端Vi，就构成了施密特触发器，如图2所示。其电压传输特性如图3所示。

　　由图3可见，施密特触发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，当输入端Vi电压为0时，输出端Vo（3脚）为高电位（Vo=1）；当输入端Vi电压由0上升到>2/3VDD时，输出端Vo为低电位（Vo=0）；当输入端Vi电压由位下降到<1/3 VDD时，输出端Vo又变为高电位（Vo=1）。

　　2 总体设计方案及实现

　　2.1 设计方案概述

　　校园调频电台节目自动播放系统主要由计算机、电源定时器、发射机等组成，可利用计算机技术修改计算机BIOS参数的设置及自动关机软件来实现计算机自动开机或关机；利用音频播放软件及Windows系统自带的“计划任务”功能实现计算机自动播放节目；设想利用播放节目的音频信号及555 CMOS集成电路工作原理和特点，设计了简单实用的发射机电源控制器，实现校园调频电台播放节目自动化。

　　2.2 电源控制器组成电路

　　基于555 CMOS集成电路的电源控制器，主要由升压、整流、滤波及延时控制电路等部分组成，其关键器件选用CC7555 CMOS 集成电路，CC7555集成电路具有功耗低、静态电流较小（80 μA左右）、输入阻抗极高（输入电流仅为0.1 μA左右）、电源电压范围较宽（在3 V~18 V内均正常工作）等特点。

　　电源控制器电路模块如图4所示。

　　电源控制器电路原理如图5所示。

　　电路中工作电源VDD采用12 V，将上限阀值输入端VTH（⑥脚）和下限阀值输入端VTR（②脚）短接作为触发输入端（Vi），当输入电平（②、⑥脚）>2/3 VDD时（Vi>8V），输出端Vo（③脚）为低电位（Vo=0），当输入电平（②、⑥脚）<1/3VDD时（Vi<4 V），输出端Vo（③脚）变为高电位（Vo=1）。

　　2.3 利用音频信号实现节目自动播放

　　计算机播放节目输出的音频信号（Audio）是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息的载体，其电压约在100 mV左右。

　　当计算机输出音频信号时，送入电源控制器，通过隔离电阻，一部分信号输出至发射机，另一部分通过三极管BG1、BG2进行有效放大，然后经由电容C3和二极管D1、D2组成的峰值检波器（整流器）给电容C4充电，作为三极管BG3的偏置电压。当电容C4上的电压≥0.7 V时，BG3导通，从而使三极管BG4导通，其集电极上电容C5的电压达到≥8 V，电容C5通过二极管D3和电阻R19给电容C6充电，因电容C6和CC7555集成电路的⑥脚（VTH）相接，当电容C6上的电压≥8 V时，CC7555集成电路的6脚输入高电平（Vi=1），因此输出端③脚变为低电平（Vo=0），使三极管BG5导通，与BG5集电级连接的继电器得电，常开触点吸合导通，接通电源，给发射机供电，发射机工作（发射机电源开关处于常开状态），实现了节目自动播放功能。

　　2.4 利用音频信号实现发射机的关闭

　　音频信号是（Audio）带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。 根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。其中规则音频又可以分为语音、音乐和音效。规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。声音的三个要素是音调、音强和音色。声波或正弦波有三个重要参数：频率 ω0、幅度A n 和相位ψn ，这也就决定了音频信号的特征。电路的设计和布线是信号采集过程中一个很重要的环节，它的效果直接关系到后期信号处理的质量。对于DSP达类高速器件，外部晶体经过内部的PLL倍频以后可达上百兆。这就要求信号线走等长线和绘制多层电路板来消除电磁干扰和信号的反射。在两层板的前提下，可以采取顶层与底层走交叉线、尽量加宽电源线和地线的宽度、电源线成"树杈型"、模拟区和数字区分开等原则，可以达到比较好的效果。

　　当输入信号终止，由于二极管D3反向截止，电容C6上的电压只能通过电阻R20向电容C5及电阻R18缓慢放电，当电容C6的电压降至4 V，CC7555集成电路的6脚输入低电平（Vi=0），因此输出端③脚变为高电平（Vo=1），使三极管BG5截止，与BG5集电级连接的继电器失电，闭合触点放开，切断发射机电源而关机，实现了利用音频信号关闭发射机的功能。

　　2.5 其他技术要求

　　①为防止音频信号自然停顿期间，发射机忽关忽开，要求有音频信号时，发射机迅速开机工作，无音频信号时，发射机延迟数分钟自动关机。设计方案：一般要求大约3-5 min电容C6的电压由8 V放电至4 V，放电的快慢程度由电容C6及电阻R20组成的时间常数决定，调节电容C6或电阻R20的数值可调整放电时间。

　　②为了防止噪声和干扰信号造成误开机，整个电路的灵敏度调至音频信号输入≥50 mV。

　　经过实际的运行检测，基于CC7555 CMOS集成电路的电源控制器，并使校园调频电台发射机运行可靠、稳定，操作简单方便，轻松实现了校园调频电台节目播放自动功能，提高了工作效率。