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。
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。
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第八届工业仪表与自动化学术会议
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。 液晶显示屏16x4JHD164A）MUC (ATMAL 89C55)被测车载调谐器 A/D 转换(ADS1100)DC( CD4051 )信号切换开关()电源(8.5V,5V,-5V)有源线性检波器控制按键FM/AM标准信号发生器电压切换开关信号[page]源程控接口(GPIB)CD4051（
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
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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。
SCLSDAMCUA/D转换器IC调谐器非遗失性存储器
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[FS:Page]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 ℃ 486
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2 车载音响调谐器自动调整检测系统硬件电路的设计
2.1 16位自校准A/D模数转换芯片ADS1100简介
ADS1100是精密的连续自校准模数转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，封装为小型SOT23-6。转换按比例进行，以电源为基准电压。ADS1100 具有可兼容的I2C [page]串行接口，在2.7V至5.5V的单电源下工作。
ADS1100可以每秒采样8，16，32或128次进行转换。片内可编程的增益放大器(PGA)提高达8倍的增益，允许对小信号进行测量，并且具有高分辨率。在单周期转换方式中，ADS1100在一次转换后自动掉电，极大地减少了电源消耗图3所示为ADS1100模数转换芯片内部框图。
具体特点如下：
① 完整的数据采集系统和小型SOT23-6封装；
② 16位无遗失码；
③ INL满标度是量程的0.0125%（最大值）；
④ 连续自校准；
⑤ 片内可编程的增益放大器增益=1，2，4或8；
⑥ 低噪声4μVp-p；
⑦ 内部系统时钟；
⑧ I2C串行接口；
⑨ 电源电压2.7V至5.5V；
⑩ 低电流消耗90μA；
○11 具有8个不同的地址。
ADS1100模数转换芯片为高分辨率测量的应用而设计，适用在工业过程控制、工厂自动化、便携式仪表及消费类产品。该车载音响调谐器自动调整检测系统对模数转换的速度无特殊要求，而对测量的精度要求却高达0.1mV，并且音频信号的测量要求有相当大的动态范围，相当于一个音频电压表的全部量程。ADS1100模数转换器有16位分辨率，其电压测量范围完全能满足要求。
图3 ADS1100模数转换芯片框图
2.2 有源线性检波器简介
图4显示的是输入音频交流电压、输出直流电压的AC/DC转换电路原理图。该电路由线性检波电路U2B和有源滤波电路U2A构成，整个转换电路的电源由+/-5V 稳压器提供。
图中U2B、D1、D2以及R5、R6、R7、R8组成线性半波平均值检波器。当输入电压Vin为正半周期间,因Vin从运放反相输入端输入,故运放输出端out点的电压为负值。由于这时运放工作于反相放大状态,其反相输入端为虚地点,接近零电位,而out点为负电位,故D2导通,out点被箝位 487
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Vin
图4 AC/DC转换电路原理图
于-0.6V左右,导致D1截止。显然检波器的输出电压out2为零。当输入电压Vin为负半周期间,out点电压为正值。那么D2截止,D1导通。这时,检波器相当于反相运算放大器，输出电压out2为负值。在out2正、负一个周期内的输出电压可用下式表示：
Vin ≥ 0时 Vout2 = 0
Vin ≤ 0时 Vout2 = -(R6/R8)·Vin
在运放放大倍数很高条件下,很容易推导出检波器闭环增益主要取决于反馈网络的R6及输入电阻R8,而与D1无关。因此,由D1的伏安特性而引起的非线性影响将大大减小，从而说明图4的电路是一个线性检波电路。
为获得平滑的直流电压输出，以及带负载能力,在检波器后加接了RC有源低通滤波器U2A。当选用R3=20kΩ、C9=2μF/25V时,滤波器的截止频率R2·C9/2π远小于工频频率,滤波效果较好。
图中U2A为反相放大器,以提高灵敏度和扩大量程。R2选用100kΩ的电阻,通过调整R2,即可使反相放大器的增益随之改变，由于输入的音频信号的动态范围很大，反相放大器的增益设置到放大器输出不饱和的状态,因此反相放大器的增益设置为5倍，从而完成音频信号到直流信号的线性转换输出。
2.3 各类被测信号的切换电路
车载音响调谐器的被测信号主要分两大类，第一类是直流电压信号，第二类是交流音频电压信号，两类信号最终量化给MCU处理，由于有多个被测信号均通过一个A/D高精密模数转换器来完成，因此需要切换电路来实现各路被测信号的切换。在图5 完整系统的电原理图中，U4，U5 是电子模拟开关集成电路（CD4051）,它具有8选1的电子切换功能，切换编码为二进制的方式，其中U4组成为交流音频电压信号电子切换器。U5组成为直流电压信号电子切换器，切换所有的直流信号及由有源线性检波器转换成直流电压信号，U5的输出信号最终给A/D模数转换器，编码成16位的二进制数字信号，通过I2C 接口传送给MCU进行处理及运算，做出各种判别和数字化自动调整。
电子模拟开关集成电路（CD4051）是CMOS技术做成的电子开关，具有相当高的通道[page]隔离力度，频率响应达到近百兆赫，并且导通电阻小，噪声系数、芯片功耗均极小，在正，负电源供电的情况下可直接切换交流电压信号，±5V芯片电源供电时，具有相当的动态范围，能达到近10Vp-p音频信号电压。CD4051是一个理想的程控电子切换器。
3 车载音响调谐器自动调整检测系统软件设计
本系统软件控制的对象比较多，程序流程也比较复杂，采用KEIL C51 进行编写。下面对主
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程序及分支程序作简单介绍。
图5 完整系统的电原理图
3.1 主程序简介
如图6所示，主程序首先将初始化液晶显示屏，显示调整测试系统名及问候语，指示下一步操作。按动确认键，分两页显示系统各功能，功能选择以功能名那一行的末尾的箭头作为选定当前功能的标志，按动确定键就选定此功能，按动NEXT键指示箭头可往下跳动下一行的功能，反复循环。具体功能如下：
① 以欧洲制式及规格调整检测车载音响调谐器；
② 以美国制式及规格调整检测车载音响调谐器；
③ 以日本制式及规格调整检测车载音响调谐器；
④ 读出车载音响调谐器E2PROM内部的数据；
⑤ 调整检测后的各个数据参数存入E2PROM；
⑥ 清除车载音响调谐器E2PROM内部的数据。
以上功能可分两大部分：
其一，通过选定3种不同制式中的一种制式规格调整检测车载音响调谐器。首先进入广播接收，MCU从E2PR[FS:Page]OM中读出数据并传送到车载音响调谐器，通过频率合成控制调谐器的接收频率从而正常接收FM/AM广播信号。此功能在手动测试时起到作用。另外，实际广播接收效果也能通过手动的方式来评价。 489
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进入调整程序，根据选定的广播接收制式，MCU程序将初始化数据传送到车载音响调谐器中，并通过标准信号发生器的GPIB接口调出所需的频率及电平所对应的存储编号，车载音响调谐器天线端得到标准信号发生器的信号后，信号经过高频调谐放大、变频、中频放大及滤波，最终解调后，输出音频信号及各种状态指示信号。这些被测信号通过信号切换电路，其中音频信号经过线性检波电路转换成直流电压信号再通过A/D转换，经MCU运算及判断通过I2C接口输出来调整车载音响调谐器内部各种寄存器的调整值，从而自动调整车载音响调谐器。根据规格要求，程序不断循环调整比较，一直调整到规格的中心点为止。
当进入检测项目程序时只做判断，不做调整。
其二，对E2PROM有3种操作：读出E2PROM内部的数据操作按地址的顺序，同时显示地址对应的数据；调整检测后的各个数据参数存入E2PROM操作，车载音响调谐器按制式数据参数分别存入E2PROM，使用时从E2PROM中读出，再传送到调谐器，车载音响调谐器回到调整后的性能；清除车载音响调谐器E2PROM内部数据的操作，此功能可清空E2PROM内的数据，针对工程不良品进行此操作。 YY欧洲制式美国制式日本制式读E2PROM写E2PROM清除E2PROM子程序结束返回主程序调整检查功能广播接收功能选择显示功能信息初始化有按键变化吗?各按键功能选择广播接收调整检查调整数据E2PROM存储子程序结束返回主程序NN
图6 主程序流程图
3.2 调谐放大器自动调整简介
车载音响调谐器广播接收波段内的高频调谐放大器的跟踪调整称为统调。通常调整波段内的高、中、低3点频率点。3点频率点的调整精度直接影响到车载音响调谐器的性能。因此统调是测试系统的关键。以一点频率点为例，高频调谐放大器都有一个LC回路，对L或C的调整能改变
490
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谐振频率，而车载音响调谐器内部的IC集成了高频调谐放大器的调谐电容，分64档，容量逐渐递增，系统自动调整时将选取各档电容的容量，直到信号输出电平最大为止。本系统为了提高速度，采用粗调与细调相结合的方法，粗调将64档分为8个大档，先用粗档调整，连续发[page]送电容量的数据到调谐器内IC的控制寄存器，经过比较选出最大输出信号的那组数据，然后进行细调，用这组数据减去4个步进为起始值，增加4个步进为终止值，在这个小区域内逐档递增，系统自动调整获取输出电平最大的那一组数据，此时调谐回路处于最佳状态。数据将存入E2PROM，完成调谐放大器这一频率点的跟踪调整，其他两个频率点以同样的方法进行自动跟踪调整，数据全部存入E2PROM，系统完成了车载音响调谐器的统调。
4 结束语
本系统基于数据总线，实现生产无人化调整及全自动检测，结构简单可靠，调整及检测速度快，精度高，适合产品技术开发和品质管理检测。该系统在车载音响调谐器产品实际生产中使用发挥出良好效果，大大地提高了生产率，产品的性能及质量得到进一步的提高。
这个基于数据总线的车载音响调谐器自动调整及检测系统，只是一个独立系统，目前更先进的生产制造设备系统广泛采用工业现场总线和工业以太网技术，使整个制造过程和生产管理网络化、智能化、信息化。本次设计的基于数据总线的自动化测试及检测系统还有些不足之处，随着工业现场总线的广泛使用，整个系统将向网络化方向提升。
参考文献
1 STMicroelectronics TDA7540B AM/FM Car Radio Tuner IC Data sheet 2006. www. St. com
2 Texas Instruments. Data sheet.16-Bit Analog-To-Digital Converter with Onboard Reference.2003
3 Microchip Technology INC. Serial EEPROM Cross Reference Guide .1996
4 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社.1996。
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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。
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。
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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。 液晶显示屏16x4JHD164A）MUC (ATMAL 89C55)被测车载调谐器 A/D 转换(ADS1100)DC( CD4051 )信号切换开关()电源(8.5V,5V,-5V)有源线性检波器控制按键FM/AM标准信号发生器电压切换开关信号[page]源程控接口(GPIB)CD4051（
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
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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。
SCLSDAMCUA/D转换器IC调谐器非遗失性存储器
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[FS:Page]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 ℃ 486
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2 车载音响调谐器自动调整检测系统硬件电路的设计
2.1 16位自校准A/D模数转换芯片ADS1100简介
ADS1100是精密的连续自校准模数转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，封装为小型SOT23-6。转换按比例进行，以电源为基准电压。ADS1100 具有可兼容的I2C [page]串行接口，在2.7V至5.5V的单电源下工作。
ADS1100可以每秒采样8，16，32或128次进行转换。片内可编程的增益放大器(PGA)提高达8倍的增益，允许对小信号进行测量，并且具有高分辨率。在单周期转换方式中，ADS1100在一次转换后自动掉电，极大地减少了电源消耗图3所示为ADS1100模数转换芯片内部框图。
具体特点如下：
① 完整的数据采集系统和小型SOT23-6封装；
② 16位无遗失码；
③ INL满标度是量程的0.0125%（最大值）；
④ 连续自校准；
⑤ 片内可编程的增益放大器增益=1，2，4或8；
⑥ 低噪声4μVp-p；
⑦ 内部系统时钟；
⑧ I2C串行接口；
⑨ 电源电压2.7V至5.5V；
⑩ 低电流消耗90μA；
○11 具有8个不同的地址。
ADS1100模数转换芯片为高分辨率测量的应用而设计，适用在工业过程控制、工厂自动化、便携式仪表及消费类产品。该车载音响调谐器自动调整检测系统对模数转换的速度无特殊要求，而对测量的精度要求却高达0.1mV，并且音频信号的测量要求有相当大的动态范围，相当于一个音频电压表的全部量程。ADS1100模数转换器有16位分辨率，其电压测量范围完全能满足要求。
图3 ADS1100模数转换芯片框图
2.2 有源线性检波器简介
图4显示的是输入音频交流电压、输出直流电压的AC/DC转换电路原理图。该电路由线性检波电路U2B和有源滤波电路U2A构成，整个转换电路的电源由+/-5V 稳压器提供。
图中U2B、D1、D2以及R5、R6、R7、R8组成线性半波平均值检波器。当输入电压Vin为正半周期间,因Vin从运放反相输入端输入,故运放输出端out点的电压为负值。由于这时运放工作于反相放大状态,其反相输入端为虚地点,接近零电位,而out点为负电位,故D2导通,out点被箝位 487
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Vin
图4 AC/DC转换电路原理图
于-0.6V左右,导致D1截止。显然检波器的输出电压out2为零。当输入电压Vin为负半周期间,out点电压为正值。那么D2截止,D1导通。这时,检波器相当于反相运算放大器，输出电压out2为负值。在out2正、负一个周期内的输出电压可用下式表示：
Vin ≥ 0时 Vout2 = 0
Vin ≤ 0时 Vout2 = -(R6/R8)·Vin
在运放放大倍数很高条件下,很容易推导出检波器闭环增益主要取决于反馈网络的R6及输入电阻R8,而与D1无关。因此,由D1的伏安特性而引起的非线性影响将大大减小，从而说明图4的电路是一个线性检波电路。
为获得平滑的直流电压输出，以及带负载能力,在检波器后加接了RC有源低通滤波器U2A。当选用R3=20kΩ、C9=2μF/25V时,滤波器的截止频率R2·C9/2π远小于工频频率,滤波效果较好。
图中U2A为反相放大器,以提高灵敏度和扩大量程。R2选用100kΩ的电阻,通过调整R2,即可使反相放大器的增益随之改变，由于输入的音频信号的动态范围很大，反相放大器的增益设置到放大器输出不饱和的状态,因此反相放大器的增益设置为5倍，从而完成音频信号到直流信号的线性转换输出。
2.3 各类被测信号的切换电路
车载音响调谐器的被测信号主要分两大类，第一类是直流电压信号，第二类是交流音频电压信号，两类信号最终量化给MCU处理，由于有多个被测信号均通过一个A/D高精密模数转换器来完成，因此需要切换电路来实现各路被测信号的切换。在图5 完整系统的电原理图中，U4，U5 是电子模拟开关集成电路（CD4051）,它具有8选1的电子切换功能，切换编码为二进制的方式，其中U4组成为交流音频电压信号电子切换器。U5组成为直流电压信号电子切换器，切换所有的直流信号及由有源线性检波器转换成直流电压信号，U5的输出信号最终给A/D模数转换器，编码成16位的二进制数字信号，通过I2C 接口传送给MCU进行处理及运算，做出各种判别和数字化自动调整。
电子模拟开关集成电路（CD4051）是CMOS技术做成的电子开关，具有相当高的通道[page]隔离力度，频率响应达到近百兆赫，并且导通电阻小，噪声系数、芯片功耗均极小，在正，负电源供电的情况下可直接切换交流电压信号，±5V芯片电源供电时，具有相当的动态范围，能达到近10Vp-p音频信号电压。CD4051是一个理想的程控电子切换器。
3 车载音响调谐器自动调整检测系统软件设计
本系统软件控制的对象比较多，程序流程也比较复杂，采用KEIL C51 进行编写。下面对主
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程序及分支程序作简单介绍。
图5 完整系统的电原理图
3.1 主程序简介
如图6所示，主程序首先将初始化液晶显示屏，显示调整测试系统名及问候语，指示下一步操作。按动确认键，分两页显示系统各功能，功能选择以功能名那一行的末尾的箭头作为选定当前功能的标志，按动确定键就选定此功能，按动NEXT键指示箭头可往下跳动下一行的功能，反复循环。具体功能如下：
① 以欧洲制式及规格调整检测车载音响调谐器；
② 以美国制式及规格调整检测车载音响调谐器；
③ 以日本制式及规格调整检测车载音响调谐器；
④ 读出车载音响调谐器E2PROM内部的数据；
⑤ 调整检测后的各个数据参数存入E2PROM；
⑥ 清除车载音响调谐器E2PROM内部的数据。
以上功能可分两大部分：
其一，通过选定3种不同制式中的一种制式规格调整检测车载音响调谐器。首先进入广播接收，MCU从E2PR[FS:Page]OM中读出数据并传送到车载音响调谐器，通过频率合成控制调谐器的接收频率从而正常接收FM/AM广播信号。此功能在手动测试时起到作用。另外，实际广播接收效果也能通过手动的方式来评价。 489
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进入调整程序，根据选定的广播接收制式，MCU程序将初始化数据传送到车载音响调谐器中，并通过标准信号发生器的GPIB接口调出所需的频率及电平所对应的存储编号，车载音响调谐器天线端得到标准信号发生器的信号后，信号经过高频调谐放大、变频、中频放大及滤波，最终解调后，输出音频信号及各种状态指示信号。这些被测信号通过信号切换电路，其中音频信号经过线性检波电路转换成直流电压信号再通过A/D转换，经MCU运算及判断通过I2C接口输出来调整车载音响调谐器内部各种寄存器的调整值，从而自动调整车载音响调谐器。根据规格要求，程序不断循环调整比较，一直调整到规格的中心点为止。
当进入检测项目程序时只做判断，不做调整。
其二，对E2PROM有3种操作：读出E2PROM内部的数据操作按地址的顺序，同时显示地址对应的数据；调整检测后的各个数据参数存入E2PROM操作，车载音响调谐器按制式数据参数分别存入E2PROM，使用时从E2PROM中读出，再传送到调谐器，车载音响调谐器回到调整后的性能；清除车载音响调谐器E2PROM内部数据的操作，此功能可清空E2PROM内的数据，针对工程不良品进行此操作。 YY欧洲制式美国制式日本制式读E2PROM写E2PROM清除E2PROM子程序结束返回主程序调整检查功能广播接收功能选择显示功能信息初始化有按键变化吗?各按键功能选择广播接收调整检查调整数据E2PROM存储子程序结束返回主程序NN
图6 主程序流程图
3.2 调谐放大器自动调整简介
车载音响调谐器广播接收波段内的高频调谐放大器的跟踪调整称为统调。通常调整波段内的高、中、低3点频率点。3点频率点的调整精度直接影响到车载音响调谐器的性能。因此统调是测试系统的关键。以一点频率点为例，高频调谐放大器都有一个LC回路，对L或C的调整能改变
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谐振频率，而车载音响调谐器内部的IC集成了高频调谐放大器的调谐电容，分64档，容量逐渐递增，系统自动调整时将选取各档电容的容量，直到信号输出电平最大为止。本系统为了提高速度，采用粗调与细调相结合的方法，粗调将64档分为8个大档，先用粗档调整，连续发[page]送电容量的数据到调谐器内IC的控制寄存器，经过比较选出最大输出信号的那组数据，然后进行细调，用这组数据减去4个步进为起始值，增加4个步进为终止值，在这个小区域内逐档递增，系统自动调整获取输出电平最大的那一组数据，此时调谐回路处于最佳状态。数据将存入E2PROM，完成调谐放大器这一频率点的跟踪调整，其他两个频率点以同样的方法进行自动跟踪调整，数据全部存入E2PROM，系统完成了车载音响调谐器的统调。
4 结束语
本系统基于数据总线，实现生产无人化调整及全自动检测，结构简单可靠，调整及检测速度快，精度高，适合产品技术开发和品质管理检测。该系统在车载音响调谐器产品实际生产中使用发挥出良好效果，大大地提高了生产率，产品的性能及质量得到进一步的提高。
这个基于数据总线的车载音响调谐器自动调整及检测系统，只是一个独立系统，目前更先进的生产制造设备系统广泛采用工业现场总线和工业以太网技术，使整个制造过程和生产管理网络化、智能化、信息化。本次设计的基于数据总线的自动化测试及检测系统还有些不足之处，随着工业现场总线的广泛使用，整个系统将向网络化方向提升。
参考文献
1 STMicroelectronics TDA7540B AM/FM Car Radio Tuner IC Data sheet 2006. www. St. com
2 Texas Instruments. Data sheet.16-Bit Analog-To-Digital Converter with Onboard Reference.2003
3 Microchip Technology INC. Serial EEPROM Cross Reference Guide .1996
4 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社.1996。
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