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[導讀]基于S3C2440的電視發(fā)射機控制單元設計

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展,電視發(fā)射機技術的應用越來越廣泛。為了能有效保證電視信號的質量,對電視發(fā)射機監(jiān)測的重要性更加突出。本文通過對電視發(fā)射機信號的監(jiān)測,給出了利用S3C2440來對電視發(fā)射機進行智能控制的設計方法,該方法還可通過與上位機的連接,并利用PC監(jiān)控計算機來實現遙測遙控。

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為核心來控制LCD觸摸顯示屏、局域網、RS232C接口,同時控制模擬輸入量接口、數字狀態(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。

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為了減小發(fā)射機對控制器的干擾,應對控制器的模擬輸入量、數字狀態(tài)量輸入和控制輸出全部進行隔離。其中16路模擬輸入經過16選1模擬開關(GPG控制)選擇后變成一路輸入,然后經過隔離放大器和信號調理進入ADC,ADC則利用ARM自帶的ADC通道0輸入到ARM;5路狀態(tài)量輸入在經過光電耦合隔離后,可通過GPIO(GPJ控制)引腳進入ARM;而6路控制量則經過ARM的GPIO(GPJ控制)輸出,然后經過光電耦合隔離后驅動固態(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,必須特別注意各級的信號電平和極性。ADC使用S3C2440內嵌的ADC,其分辨率為10 bits,轉換速率為500 ksps,模擬輸入范圍為0~3.3 V,ADC通道數為8通道。[!--empirenews.page--]

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本設計使用其通道0,即把AIN0作為輸入通道。因為模擬輸入范圍為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內嵌ADC的模擬輸入范圍0~3.3 V。

當模擬輸人量的輸入范圍為0~5 V時,就需要利用輸入放大器把它們歸一化到0~3.3 V,設計可采用同相放大器形式,并利用電位器調節(jié)輸入電壓,當輸入為0V時,應使輸出也為0V;而輸入為5 V時,輸出應為3.3 V。其輸入放大器的參考電路如圖3所示。

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

3  數字量信號通道設計

數字量通道是控制器的開關輸入輸出通道。其中輸入狀態(tài)信號有5種,輸出控制信號有6種。數字量輸入輸出可與ARM的GPIO連接。為了保證一定的可擴展性,可將輸入狀態(tài)量和輸出控制量都擴展到8位,共16位。本設計只使用其低5位和低6位作為有效信號量,其它則保留待用。

3.1  輸入狀態(tài)量接口電路

輸入狀態(tài)量經過光電耦合器隔離后可驅動緩沖器74ABT541,然后連接到ARM的GPIO。其電路連接關系如圖5所示。其中光電耦合器輸入的狀態(tài)量DT1~DT8的前5個為有效狀態(tài)量,最后三個則保留。

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3.2  輸出控制量接口電路

ARM處理器的GPIO輸出控制量經過驅動緩沖器74ABT541驅動后,再通過光電耦合器隔離,即可驅動固態(tài)繼電器。其電路連接關系和圖5相似,只是方向相反。光電耦合器輸出的控制信號DK1~DK8可分別驅動8個繼電器。其中前6個按設計要求使用,最后兩個保留(一個用于蜂鳴器)。[!--empirenews.page--]

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,模擬開關通道選擇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關控制共12位,可用GPJ0~12(數碼相機接口);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,同時需要擴展相關的接口,如LAN接口、RS232接口、LCD接口(帶觸摸功能)、USB接口(USB設備,用于下載程序),JTAG接口等。這些都是ARM的標準接口,電路設計可參考ARM的utu2440主板電路來進行設計,本文就不一一介紹了。元器件可采用相同的型號,但應選擇對應的工業(yè)級芯片。如網絡擴展芯片utu2440主板使用的是DM9000A(為商業(yè)級芯片),就要用DM9000BI來替換。

4  軟件設計

電視發(fā)射機控制單元要把對功放電壓、電流、入射功率、發(fā)射功率、溫度等模擬量的監(jiān)測等工作狀態(tài)通過擴展的液晶顯示屏(帶觸摸功能)顯示出來。當發(fā)生過電壓、過電流、過溫和駐波比過大等故障時,控制單元應具有過荷報警、故障保護、故障復位及故障歷史記錄和故障記錄清除等功能,同時應設置有故障指示燈和報警用蜂鳴器。

本系統(tǒng)的軟件工作過程是先通過控制ADG706地址選擇,來從16路模擬信號中選擇一路信號,然后通過AIN0進行ADC采樣,同時監(jiān)測16路模擬信號是否發(fā)生故障。從GPIO口讀取相應的狀態(tài)信號,監(jiān)測其對應的數字信號是否發(fā)生故障。如果正常,則輸出到顯示屏顯示;如果發(fā)生故障,則通過控制輸出信號發(fā)出故障信號,并驅動蜂鳴器報警。

5 結束語

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)射機控制單元的設計方案。該方案通過對功放電壓、電流、入射功率、發(fā)射功率、溫度等模擬量及一些狀態(tài)量的處理來監(jiān)測電視發(fā)射機的工作狀況,并給出相應的控制信號。目前,本系統(tǒng)已成功應用于實踐,經過實踐檢驗,本系統(tǒng)功能可以滿足實際需要。

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