衛(wèi)星電視接收機(jī)控制的MCU實(shí)現(xiàn)方案
STC001是一種高性能、低成本的衛(wèi)星電視接收機(jī)控制芯片。與傳統(tǒng)ASIC實(shí)現(xiàn)方式不同,它以8位MCU配合軟件的形式實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能,相對(duì)于ASIC的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是它可通過修改配備軟件實(shí)現(xiàn)芯片的多種功能,適用于各種模擬衛(wèi)星電視接收機(jī)控制。
目前,世界各發(fā)達(dá)國家的衛(wèi)星電視早已直接進(jìn)入家庭,部分國家的衛(wèi)星電視用戶覆蓋率已超過50%,個(gè)體接收將成為衛(wèi)星電視接收的主流。衛(wèi)星直播的最大優(yōu)勢(shì)是只需1~2顆衛(wèi)星,就可向無限數(shù)量的家庭用戶直播上百套電視節(jié)目。中國人口眾多但地區(qū)分布不均,且有線電視網(wǎng)不發(fā)達(dá),因此是最適合發(fā)展衛(wèi)星電視直播的國家。但是,由于中國現(xiàn)有政策和衛(wèi)星電視發(fā)展水平的影響,中國的衛(wèi)星電視用戶覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家的水平。隨著人民生活水平的提高,消費(fèi)者的購買力和收看衛(wèi)星電視的需求越來越高,衛(wèi)星電視機(jī)將是一個(gè)很有發(fā)展前景的產(chǎn)品。因此,作為衛(wèi)星電視接收機(jī)核心的控制芯片,其發(fā)展前景也相當(dāng)可觀。
STC001的特性
圖1:STC001芯片的硬件結(jié)構(gòu)示意圖
STC001芯片能接收來自控制面板和遙控器的控制信號(hào),然后根據(jù)收到的控制信號(hào)控制衛(wèi)星電視接收機(jī)完成選臺(tái)、面板顯示、調(diào)頻、調(diào)音,信號(hào)極化方向等智能化的操作。這些智能化操作主要是在內(nèi)嵌MCU的基礎(chǔ)上通過編寫相應(yīng)的程序來實(shí)現(xiàn)。隨著產(chǎn)品的升級(jí)換代,還可以通過靈活地修改代碼來實(shí)現(xiàn)各種新增功能,這是該芯片內(nèi)嵌一個(gè)RISC CPU的最大優(yōu)點(diǎn)??紤]到衛(wèi)星電視接收機(jī)控制芯片所要實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)雜性,程序空間被定為2KB。
RISC是近代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)里程碑。RISC處理器所設(shè)計(jì)的指令集以流水線處理方式高效地執(zhí)行并使編譯器產(chǎn)生優(yōu)化代碼,其特征如下:簡(jiǎn)單而且統(tǒng)一格式的指令譯碼;大部分指令可以單周期執(zhí)行;只有LOAD/STORE指令訪問存儲(chǔ)器;簡(jiǎn)單的尋址方式;程序跳轉(zhuǎn)延遲。正是基于這些特點(diǎn),RISC CPU能夠以比傳統(tǒng)CISC架構(gòu)小得多的電路實(shí)現(xiàn)相同的性能,從而具備面積小、速度快、功耗低等優(yōu)勢(shì)。
STC001芯片硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)芯片采用0.6微米工藝完成設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)功能單元模塊化。版圖設(shè)計(jì)的核心是減小面積、優(yōu)化性能,因?yàn)檫壿嫴捎昧溯^新的設(shè)計(jì)思路,沒有動(dòng)態(tài)電路及特殊單元,所以版圖設(shè)計(jì)主要偏重于如何以緊湊的設(shè)計(jì)減小面積。應(yīng)著重注意的是時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò),由于該CPU采用4級(jí)時(shí)鐘,為保證每一級(jí)時(shí)鐘都能正常工作,在這四個(gè)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)端加了比較大的緩沖并將緩沖器的MOS管寬長比作適當(dāng)調(diào)整,使其上升沿和下降沿的延遲不相等,以保證四個(gè)時(shí)鐘互不重疊。
ROM的設(shè)計(jì)及ROM編譯器的研究
STC001芯片的ROM內(nèi)部容量為2KB,字長為12位。由于批量定制產(chǎn)品的要求,ROM采用MASK結(jié)構(gòu)。
為適應(yīng)產(chǎn)品功能升級(jí)換代的需求,需要更改ROM碼點(diǎn)完成產(chǎn)品換代。用手工填充碼點(diǎn)所需時(shí)間長,可靠性也不能滿足要求,因此自行開發(fā)了一個(gè)軟件,以自動(dòng)完成從程序到版圖的全部過程。與常用的ROM編譯器不同的是,這個(gè)軟件是針對(duì)容量為2KB,字長為12位的ROM定制,ROM的框架完全由手工定制設(shè)計(jì),可以重復(fù)利用,剩余的碼點(diǎn)填充由程序自動(dòng)完成。這樣在保證效率的前提下生成的ROM具有很高的緊湊性。
圖2:STC001針對(duì)衛(wèi)星電
視接收的應(yīng)用電路圖。
遇到的主要問題是系統(tǒng)整體仿真問題。雖然該MCU并不大,但也是一個(gè)小小的片上系統(tǒng)(SOC),其上集成了CPU、ROM、RAM及模擬電路(如上電復(fù)位和RC震蕩器)。在這里采用分別仿真的辦法。先用Artist仿真工具對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真,然后把仿真結(jié)果人工送入Verilog-XL進(jìn)行數(shù)字全局仿真,最后從版圖抽取LPE網(wǎng)表,用Star-Sim仿真軟件進(jìn)行全局后仿真。
STC001控制芯片的主要性能指標(biāo)為:第一中頻為479.5MHz,圖象調(diào)諧范圍為950M~2050M,步長1MHz,伴音調(diào)諧范圍為5M~10M,步長10KHz,伴音中頻為10.7MHz;具有4位共陽數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示,可顯示頻道號(hào)、頻率值、各種工作狀態(tài)等;可存儲(chǔ)120個(gè)頻道值(配24C08 E2PROM);全靜態(tài)CMOS,工作電壓為3V~5.5V,晶振4MHz;此外STC001還具有預(yù)留天線方位角控制輸出接口、完善的靜音功能、天線選擇功能、出廠頻道參數(shù)預(yù)置功能以及水平/垂直極化方式選擇等性能。
應(yīng)用電路
圖2是STC001針對(duì)衛(wèi)星電視接收的應(yīng)用電路,其中STC001的管腳10至17被按鍵掃描和LED顯示驅(qū)動(dòng)復(fù)用;管腳18腳接紅外接收頭的輸出信號(hào);管腳20至24將圖象、伴音等控制信號(hào)輸出到模塊外;管腳22、23接MT24LC02,MT24LC02是E2PROM,處于可讀寫狀態(tài),用來保存一些必要的臨時(shí)數(shù)據(jù);管腳28接一個(gè)由5個(gè)器件組成的低電壓復(fù)位電路。