基于S3C2440的電視發(fā)射機(jī)控制單元設(shè)計(jì)

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，電視發(fā)射機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了能有效保證電視信號(hào)的質(zhì)量，對(duì)電視發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)的重要性更加突出。本文通過(guò)對(duì)電視發(fā)射機(jī)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，給出了利用S3C2440來(lái)對(duì)電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行智能控制的設(shè)計(jì)方法，該方法還可通過(guò)與上位機(jī)的連接，并利用PC監(jiān)控計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控。

1? 系統(tǒng)組成

本控制器以基于ARM9系列高性能嵌入式處理器S3C2440為核心來(lái)控制LCD觸摸顯示屏、局域網(wǎng)、RS232C接口，同時(shí)控制模擬輸入量接口、數(shù)字狀態(tài)量輸入接口和控制輸出接口，其系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。



為了減小發(fā)射機(jī)對(duì)控制器的干擾，應(yīng)對(duì)控制器的模擬輸入量、數(shù)字狀態(tài)量輸入和控制輸出全部進(jìn)行隔離。其中16路模擬輸入經(jīng)過(guò)16選1模擬開(kāi)關(guān)(GPG控制)選擇后變成一路輸入，然后經(jīng)過(guò)隔離放大器和信號(hào)調(diào)理進(jìn)入ADC，ADC則利用ARM自帶的ADC通道0輸入到ARM；5路狀態(tài)量輸入在經(jīng)過(guò)光電耦合隔離后，可通過(guò)GPIO(GPJ控制)引腳進(jìn)入ARM；而6路控制量則經(jīng)過(guò)ARM的GPIO(GPJ控制)輸出，然后經(jīng)過(guò)光電耦合隔離后驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器。

2 模擬輸入及其電平歸一化

本控制器的模擬輸入通道如圖2所示。由于整個(gè)模擬輸入通道采用直流耦合方式工作，因此，必須特別注意各級(jí)的信號(hào)電平和極性。ADC使用S3C2440內(nèi)嵌的ADC，其分辨率為10 bits，轉(zhuǎn)換速率為500 ksps，模擬輸入范圍為0～3.3 V，ADC通道數(shù)為8通道。



本設(shè)計(jì)使用其通道0，即把AIN0作為輸入通道。因?yàn)槟M輸入范圍為0～3.3 V，而模擬輸入量的范圍為0～5 V和0.0I／0.1～1 V，所以，需要將模擬輸入量的電平歸一化到S3C2440內(nèi)嵌ADC的模擬輸入范圍0～3.3 V。

當(dāng)模擬輸人量的輸入范圍為0～5 V時(shí)，就需要利用輸入放大器把它們歸一化到0～3.3 V，設(shè)計(jì)可采用同相放大器形式，并利用電位器調(diào)節(jié)輸入電壓，當(dāng)輸入為0V時(shí)，應(yīng)使輸出也為0V；而輸入為5 V時(shí)，輸出應(yīng)為3.3 V。其輸入放大器的參考電路如圖3所示。



當(dāng)模擬輸入量的輸入范圍為0.01／0.1～1 V時(shí)，則需要將輸入信號(hào)適當(dāng)放大，這樣才能得到0～3.3 V的輸出，此時(shí)的輸入放大器電路如圖4所示。

3? 數(shù)字量信號(hào)通道設(shè)計(jì)

數(shù)字量通道是控制器的開(kāi)關(guān)輸入輸出通道。其中輸入狀態(tài)信號(hào)有5種，輸出控制信號(hào)有6種。數(shù)字量輸入輸出可與ARM的GPIO連接。為了保證一定的可擴(kuò)展性，可將輸入狀態(tài)量和輸出控制量都擴(kuò)展到8位，共16位。本設(shè)計(jì)只使用其低5位和低6位作為有效信號(hào)量，其它則保留待用。

3.1? 輸入狀態(tài)量接口電路

輸入狀態(tài)量經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離后可驅(qū)動(dòng)緩沖器74ABT541，然后連接到ARM的GPIO。其電路連接關(guān)系如圖5所示。其中光電耦合器輸入的狀態(tài)量DT1～DT8的前5個(gè)為有效狀態(tài)量，最后三個(gè)則保留。



3.2? 輸出控制量接口電路

ARM處理器的GPIO輸出控制量經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)緩沖器74ABT541驅(qū)動(dòng)后，再通過(guò)光電耦合器隔離，即可驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器。其電路連接關(guān)系和圖5相似，只是方向相反。光電耦合器輸出的控制信號(hào)DK1～DK8可分別驅(qū)動(dòng)8個(gè)繼電器。其中前6個(gè)按設(shè)計(jì)要求使用，最后兩個(gè)保留(一個(gè)用于蜂鳴器)。

3.3 ARM的GPIO分配

ARM的GPIO分配共需20位，其中狀態(tài)輸入8位，控制輸出8位，模擬開(kāi)關(guān)通道選擇4位，共20位IO引腳。

GPIO接口分配可參考以下原則：其中繼電器控制和模擬開(kāi)關(guān)控制共12位，可用GPJ0～12(數(shù)碼相機(jī)接口)；輸入狀態(tài)量共8位，可用GPF0～7(中斷EINT0～7)。此外，GPG口也可以使用。

3.4 ARM處理器

控制器的核心是ARM處理器，同時(shí)需要擴(kuò)展相關(guān)的接口，如LAN接口、RS232接口、LCD接口(帶觸摸功能)、USB接口(USB設(shè)備，用于下載程序)，JTAG接口等。這些都是ARM的標(biāo)準(zhǔn)接口，電路設(shè)計(jì)可參考ARM的utu2440主板電路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文就不一一介紹了。元器件可采用相同的型號(hào)，但應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的工業(yè)級(jí)芯片。如網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展芯片utu2440主板使用的是DM9000A(為商業(yè)級(jí)芯片)，就要用DM9000BI來(lái)替換。

4? 軟件設(shè)計(jì)

電視發(fā)射機(jī)控制單元要把對(duì)功放電壓、電流、入射功率、發(fā)射功率、溫度等模擬量的監(jiān)測(cè)等工作狀態(tài)通過(guò)擴(kuò)展的液晶顯示屏(帶觸摸功能)顯示出來(lái)。當(dāng)發(fā)生過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)溫和駐波比過(guò)大等故障時(shí)，控制單元應(yīng)具有過(guò)荷報(bào)警、故障保護(hù)、故障復(fù)位及故障歷史記錄和故障記錄清除等功能，同時(shí)應(yīng)設(shè)置有故障指示燈和報(bào)警用蜂鳴器。

本系統(tǒng)的軟件工作過(guò)程是先通過(guò)控制ADG706地址選擇，來(lái)從16路模擬信號(hào)中選擇一路信號(hào)，然后通過(guò)AIN0進(jìn)行ADC采樣，同時(shí)監(jiān)測(cè)16路模擬信號(hào)是否發(fā)生故障。從GPIO口讀取相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)，監(jiān)測(cè)其對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)是否發(fā)生故障。如果正常，則輸出到顯示屏顯示；如果發(fā)生故障，則通過(guò)控制輸出信號(hào)發(fā)出故障信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于三星公司的嵌入式處理器S3C2440的電視發(fā)射機(jī)控制單元的設(shè)計(jì)方案。該方案通過(guò)對(duì)功放電壓、電流、入射功率、發(fā)射功率、溫度等模擬量及一些狀態(tài)量的處理來(lái)監(jiān)測(cè)電視發(fā)射機(jī)的工作狀況，并給出相應(yīng)的控制信號(hào)。目前，本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于實(shí)踐，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，本系統(tǒng)功能可以滿足實(shí)際需要。