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| 4xO系列卫星接收机MCU电路的控制 | |||||
作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2007-1-28  |
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单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上，因而被称为单片机。单片机最显著的特点就是具有非常有效的控制功能，因此又常常被称为微控制器（MCU或μC）。 雷霆T430XP操作控制板上的U是一块8位单片机（MCU），型号为SM8952AC25。所谓8位单片机，就是在单个芯片上，含有一个8位的中央处理器（CPU）。目前MCU的主流产品是8位机，它广泛应用在电脑及其周边产品、汽车电子、消费性电子、电信与通讯、办公室自动化和工业控制等领域。 MCU的结构及引脚功能 SM8952AC25是台湾新茂（SyncMOS）科技公司生产的8位声片机，工作频率可达25MHz，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，单片机内置通用8位CPU和FLASH存储单元，适合于许多较为复杂的控制应用场合。 1、8952功能特性简介 8952提供以下标准功能：8031CPU，片内含8kByte的FLASH可编程可电擦除的只读程序存储器（PEROM）和256Byte的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内含有振荡器及时钟电路。具有WDT（看门狗）、上电自复位、多级中断等功能。利用其I/O脚可输出20mA电流的特点，直接驱动LED数码管，可减少硬件。空闲方式停止CPU的工作，但允许RA、定时/计数器、串行通信口及中断系数继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作时，则禁止其它所有部件工作，直到下一个硬件复位。 2、8952引脚功能 引脚功能； 引脚功能说明： Vcc：电源电压。 Vss：接地。 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口出用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 P1 P2 P3口：均是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，其输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 其中P1口的P1.0和P1.1还具有第二功能。 P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。 此外，P3口还接收一些用于FLASH存储器编程和程序检验的控制信号。 RST：复位输入，使得MCU进入正常的初始化状态；另外，当程序运行出错或操作失误使系统处于锁死状态时，也需要进行复位操作，以便重新启动。复位信号为高电平。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲，用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟表荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可以对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（RPOG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EF单元的D0位置后，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱位高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当SM8952由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次RSEN信号。 EA/VPP：外部访问允许。欲望CPU仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平（接地）。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 3、8952的驱动方式 一般的MCU应用电路中，都采用PNP方式驱动。 四位数码管的结构及引脚功能 该机采用一块四位共阳极的LED数码管，型号为：HSN-3948G，其引脚功能及内部连线。 MCU电路控制原理分析 MCU电路的操作控制由键盘，红外线遥控接收器（U2）、单片机SM8952AC25（U5）、四位LED数码管（U3）及一些电容、电阻、晶体三极管、LED发光二极管等构成。 1、操作控制 接收机操作无论是遥控操作还是画面板操作，均是通过主板SC2005中嵌入式CPU串行通信接口的RESET_B(J1⑤)、FRXD（J1⑦）、FTXD（J1⑧）和MCU的T0（P3.4）、TXD（P3.1：串行数据发送端）、RXD（P3.0：串行数据接收端）进行通讯的。 （1）键盘控制 键盘作为人机接口，供用户利用按键对机器进行人工控制，按键BP1、BP2、BP3、BP4、BP5、BP6分别代表上、下、左、右、OK、待机等功能。 此机的键盘控制采用最简单的方法，通过P2口连接，将每个按键的一端接到单片机的I/O口，另一端接地。六个按键分别接到P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5和P2.8上。对于这种键设置，主程序可以采用不断查询的方法，也就是检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。 MCU的P2.6和 P2.7端口（第26、27引脚）未使用，如果将它和地区间各接上一个按键，则分别具有向上、向下翻页功能。 （2）遥控操作 遥控操作是通过一体化红外接收头U2向MCU的第12脚输出脉冲编码信号来实现的。一体化红外线接收头内部具有放大与解调电路，可接收遥控器发出的红外调制信号，解调后向MCU输出编码信号。 有用户反映一些较早的4x0机器遥控器不灵敏，接收范围窄，必须对得非常准才可以进行操作，稍偏一点儿机器就接收不到遥控信号。一般来讲，遥控器不灵敏，排除遥控器本身的问题如按键接触不良、电池电量不足、发射管功率不够、遥控器的晶振频偏之外，很可能是接收机给接收头供电的5V电源不良，一般换电源板的5V输出的滤波电容C12即可，有时也需要考虑到操作控制板上的限流电阻R6是否阻值变大、一体化红外接收头U2的性能是否变差等因素。 2、数码显示 4x0机器MCU中的数码显示电路采用应用最广泛的动态扫描显示接口，其接口电路得把所有数码管的七个笔划段A-G的同名端连在一起，而每一个数码管的公共极DIG各自独立地受I/P线控制。MCU向字段输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码时，但究竟是哪个数码管亮，则取决于DIG端。 所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个数码管的DIG端，使各个数码管轮流点亮；在轮流点扫描过程中，每位数码管的点亮时间是很短暂的，约为1ms；但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但扫描的速度较快，因而感觉不到闪烁。 8952的P0口能灌入较大的电流，因此显示电路采用了共阳极数码管，3.3V受控电源经R23（2.2Ω）限流后给数码管供电，BCD转换由内部软件完成，位码从P1.0、P1.1、P1.2、P1.3输出。8952的P1口灌入电流为20mA，故可直接驱动PNP型晶体管。数码管的DIG端由五个PNP型三极管A1015（T1-T5）控制，其中T2-T5分别控制四位LED数码管的公共极DIG4-DIG1，工作时，四位数码管主要显示机器正在接收的频道号。T1则控制秒显示的公共DIG5。 430XP操作控制板上，还有四个LED发光二极管，其中LD1为橙色，是信号锁定指示灯；LD2为绿色，第二通道系统的工作指示灯；LD3为遥控接收指示灯，遥控起发射的红外线信号被一体化红外接收头（U1）正确接收和识别时，红色二极管闪烁发光；LD4为红绿双色发光二极管指示工作状态，工作时发绿光，待机时发红光。 3、开机控制 单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在8952内中已集成了振荡器。当机器工作时，由于开关电源所产生的5V电源，为MCU提供工作电压，由MCU内部的高增益反相放大器构成的振荡器和引脚XTAL1和XTAL2外接石英晶体及电容C3、C4构成并联的时钟振荡电路，为MCU提供内部时钟。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使用单片机复位。 单片机是如何进行复位呢？只要在单片机的TST引脚上加上时间不少于5ms的高电平即可。为了达到这个要求，可以用很多种方法，最简单的是采用上电自动复位的方法：在8952第40脚5V电源Vcc端和第9脚RST复位端之间接一个10μF的电解电容（ CE3），刚开机通电时，电容CE3两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平；而后5V电源通过电阻R16对电容CE3充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，MCU就开始正常工作。 MCU开始正常工作时，其内部的CPU则执行内部程序存储器中的指令，由P3.5端口输出5V的高电平信号，通过操作控制板上J1接口的第4脚，送到电路主板J3接口的第7脚，三极管T11导通，使得主板J1接口的ON/OFF输出低电平，送到开关电源板CN2接口相应的端口上，于是开关电源板上的12V、3.3V的受控电源打开，接收机进入工作状态。 与此同时，3.3V的电源又反馈到MCU电路中，使得四位数码管的DIG端得到工作电源，数码管发光显示。 4、待机控制 机器进入待机状态时，操作控制板上的3.3V受控电源被切断，只有5V电源工作，因此双色发光二极管LD4中的绿光发光管停止发光，四位数码管的DIG端得不到电源而无法显示，同时MCU的⑤脚此时低电平信号，使得T6导通，LD4中的红色管发光，指示待机状态。 通过以上的分析，大家可以发现MCU电路的控制原理并不复杂。在遇到MCU电路控制故障时，应首先判断MCU是否正常工作，影响MCU正常工作的主要原因有以下两种： （1）振荡电路未起振 有条件的朋友，可以通过示波器检查MCU的第18脚的波形以确定是否起振；如果没有示波器的话，可以用万用表分别测18脚和18脚的对地电压，一般均在2.50v左右，说明振荡正常，否则是未起 振，应检查瓷片电容C3、C4和11.059MHz晶振是否损坏。 其实MCU电路对外接的电容C3、C4要求不太严格，一般选取容量范围在30pF±10pF之间的即可，不过容量的大小会略和微影响 振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性等方面的性能。 （2）复位电路未工作 用万用表测MCU的第9脚，如果有电压，说明复位电路在正常工作时的状态不正常，应检查CE3、R16和相关连接线路。如果没有电压，说明工作时复位端电平正确；可以测一下复位工作过程是否正常，取一根导线，一端接在单片机的第9脚，另一端与5V电源端短接，然后撤去导线，如果电路已工作正常，说明复位电路工作不正常，同样检查CE3、R16和相关线路。 MCU中时钟电路的改进 1、恢复时钟显示功能 近期生产的430XP在待机时，数码管没有时钟显示功能，一片漆黑，其实MCU的时钟电路是照样工作的，只是数码管的DIG端采用的是3.3V受控电源，而在待机时DIG电源被切断了，自然无法显示字段。 了解这个原因后，我们只要给DIG端添加不受待机控制的5V电源即可，其实操作控制板上已有这样的连接电路，只要拆下ST14跨接线，再找到R25的位置，补焊一个阻值为33Ω的电阻即可。 2、给时钟添加秒显示功能 具有时钟显示功能的430XP机， 大多没有小时和分钟段中间的“：”秒显示功能，其实所采用的四位数管已具有秒显示功能 ，而且秒显示的共阳极端已通过 T1、R2接到MCU第16脚上，只要给数码管秒显示的第12脚引入一个低电平字段信号即可，当然对这个字段信号的要求必须是一直显示的。 分析发现，430XP机的时钟显示是24小时制的，只有DIG1数码管的B段，无论在显示什么时间时，都能保持低电平字段信号，于是焊一根跨接线连接数码管第12、16脚即可。 3、给时钟添加不停走功能 4x0机器在工作或待机状态下，其MCU中时钟控制电路始终是工作的，由于MCU软件编程的原因，未设置可以调较时钟的按键，因此如果想要准确地反映实时的时间，必须在午夜0点准时接通接收机交流电源，这样MCU中时钟电路才和实时时钟同步，一旦市电停电再恢复供电后，时钟经历了停走重新复位的阶段，就必须重新按照上述的方法再次进行调校，很是麻烦。 其实可以给MCU加一个备用电池，即可为时钟添加不停走功能，添加电路，其中备用电池、复位按钮AN、二极管VD为添加的元器件。 当市电正常时，二极管VD的负极受5V高电位的箝位作用，处于截止状态，备用电池不供电；一旦市电停电后，VD位即处于导通状态，备用电池为MCU提供工作电源，时钟电路继续工作，从而达到停电不停走的目的。 考虑到采用的是电池作为备用电源，为了进一步降低停电时电池的功耗，笔者对待机仍然点亮的LD2、LD4发光二极管作了如下改动 （1）拆除LD4 作为待机/工作状态指示的双色发光二极管的LD4，实际上在我们给MCU电路恢复时钟显示功能后，此管的保留没有任何意义，因为待机或工作的状态，已从数码管的时钟显示或频道号显示反映出来了，因此决定将它去掉，能够减小约7mA的电流消耗。 （2）改接LD2 LD2为第二通道系统的工作指示灯，在待机时该管仍旧发光，这实际上是电路设计的一个缺陷。我们只要把它的正极与5V电源之间的铜箔划断，用一根导线改接到受控的3.3V电源上即可，这样丝毫不影响LD2作为第二通道系统的指示功能，又减少了8mA的电流消耗。 通过以上的两项改造，使得停电时电池的能耗则原来的41-47mA下降到现在的26-32mA，其节电效果还是相当显著的。 在加装时应注意：电池可采用三节LR05号碱性电池或者四节单体电压1.2V的AA型Ni-Cd或Ni-MH电池。选择一个电池盒放在机器内部的适当处固定好即可。AN为复位按钮，用于时钟初次调整之用，也可以不加装，直接通过电池的通断来达到校时的目的。 编者注：为使读者阅读时一致，本文内和电路图与接收机电路板实物中所有电气元器件的图形符号、标识未按国标使用规范予以更改，特此说明。 |
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