TSW2500型短波發(fā)射機順序控制板研究

李 梁

(國家新聞出版廣電總局831臺 浙江 321106）

0 引言

TSW2500型500KW短波發(fā)射機的順序控制系統(tǒng)板卡基于INTEL公司的N80C196KC 單片機。控制發(fā)射機的開啟、狀態(tài)監(jiān)測、燈絲電壓控制、邏輯保護、與TSM系統(tǒng)通信、與馬達控制系統(tǒng)通信、與ECAM系統(tǒng)通信的功能。包括的外部電路有開關(guān)量的采集與輸出。

研究單片機板的工作原理與功能實現(xiàn)，對掌握發(fā)射機工作程序，提高維護水平和處理故障能力有著現(xiàn)實意義。

1 輸入輸出功能

1.1 輸入

如圖，輸入板有32路這樣的輸入信號，通過光耦隔離器件CNY17-II把外部0…24V輸入信號轉(zhuǎn)化為0…5V的二進制輸入信號，并通過面板LED燈顯示輸入。

其中，MC14584為帶施密特觸發(fā)器的反相器，提高了抗噪聲能力，SN75471為外圍驅(qū)動器，實現(xiàn)邏輯與門的功能。

1.2 輸出

輸出板類似輸入板，通過光耦隔離器件CNY17-II把輸出數(shù)字信號0…5V轉(zhuǎn)化為0…24V的電壓驅(qū)動外部繼電器動作，面板32路LED燈顯示各路輸出，并有驅(qū)動故障告警指示功能。

1.3 延時保護

延遲電路用于生成一個時間延遲來抑制干擾。延遲電路對諸如水流、風量傳感器和閃爍燈告警系統(tǒng)等是必須的，系統(tǒng)只對這些信號加延時電路。

采用的LS123為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，內(nèi)部包括兩個獨立的單穩(wěn)。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接定時電阻Rt和定時電容Ct決定。

Rt=120K, Ct=47uF

Tw=0.45Rt*Ct=0.45×120K×47×0.000001=2.5s

發(fā)射機的冷卻風、冷卻水信號經(jīng)過此延時電路，因此風、水的故障告警延時為2.5s。

2 單片機控制板

2.1 80C196單片機

順序控制板主要由INTEL公司MCS-96系列的的80C196單片機及輔助電路組成。80C196是INTEL公司推出的高性能的CHMOS16位單片機。CHMOS芯片耗電少，出正常工作外，還可以工作于2種節(jié)電方式：待機方式和掉電方式，進一步減少了芯片的功耗。

80C196的外圍設(shè)備除了包括8096已包含的時鐘發(fā)生器，I/O口，A/D轉(zhuǎn)換器，PWM，串行口，定時器/計數(shù)器，監(jiān)視定時器，高速輸入/輸出外，被嵌入的外設(shè)除了外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS、頻率發(fā)生器和事件處理器陣列EPA外還有：

（1）使用靈活的A/D轉(zhuǎn)換器

80C196內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器多具有可選擇轉(zhuǎn)換位數(shù)（8位和10位）、可選擇采樣和轉(zhuǎn)換時間的特點，比8096的A/D更靈活。

（2）波形發(fā)生器

80C196芯片中有一個波形發(fā)生器，可以輸出2組互補的3相PWM信號，特別適用于馬達控制系統(tǒng)中。

（3）從口Slave Port

從口為單片機與其他微處理器系統(tǒng)之間提供了一個借口，使得該主機可以把單片機當作一個存儲器映射的外設(shè)器件來訪問。

（1）同步串行口

除了異步串行口（ASIO或UART）外，80C196還增加了硬件同步串行口，可以支持若干種標準同步串行傳輸協(xié)議。另一種方法就是用外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS來實現(xiàn)同步串行傳輸。

（2）片選單元

80C196芯片包括了一個片選單元，可以提供6個片選信號，其地址可由用戶編程，不需要外加的地址譯碼器。

2.2 振蕩器

振蕩器由處理器內(nèi)置芯片和一塊外置的12 MHz石英晶振（G1）組成，最高支持到16MHz的晶振。80C196的狀態(tài)周期由振蕩器信號2分頻后獲得，它是芯片工作的基本時間單位。當采用12MHz晶振時，80C196的狀態(tài)周期為167ns；采用8MHz晶振時，80C196的狀態(tài)周期為250ns。當采用16MHz的晶振時，狀態(tài)周期為125ns，黑燈絲延時由原來的30分鐘，由于狀態(tài)周期的改變可縮短至22分鐘。XTAL的1和2引腳處還特別放置靜電放電保護器件，33pF的電容對工作于12MHz的晶振有良好的效果。

2.3 復(fù)位邏輯模塊

若電源電壓低于4.55V，復(fù)位邏輯模塊A4就發(fā)出一個復(fù)位脈沖。其它復(fù)位信號有：RESET-IN*，串行監(jiān)視接口的INIF*，或按鍵K1的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖寬度由C42決定，大約為0.3秒。

處理器也可在RESET*腳產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖（由軟件控制，內(nèi)部看門狗進行回應(yīng)）。

輸出RESET和RESET*可用來復(fù)位應(yīng)用硬件。

2.4 解碼電路板

一個EPLD（A21）用于對存儲器訪問總線、串行接口模塊進行解碼，并對用戶地址、數(shù)據(jù)總線進行解碼。Chip Enable（芯片允許）信號為：

l CS0：用于監(jiān)控程序的EPROM

l CS1：用于用戶程序的EPROM或RAM

l CS2：供用戶使用的RAM

l CS3：用于中央控制系統(tǒng)（ECAM）接口的UART（通用異步發(fā)送電路）

l CS4：用于監(jiān)控接口的UART

地址/數(shù)據(jù)總線由寄存器A2和 A3用于對地址/數(shù)據(jù)總線中為內(nèi)部附屬設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)進行解碼?？偩€地址D-AD0……D-AD15和數(shù)據(jù)A-A0……A-A15可用于外部設(shè)備解碼。信號RD*，WR*，WRH*（低電平有效），WRL也屬于這類。信號CLKOUT，BHE*，ALE，INST和USERREADY也可用于特殊應(yīng)用。

地址范圍：

帶2個等待狀態(tài)的地址范圍 0000H……1FFFH

帶1個等待狀態(tài)的地址范圍 2000H……FFFFH

8位地址范圍 0400H……0FFFH；+1E00H……1EFFH；+E000H……FFFFH

16位地址范圍 保留范圍

組成16位地址范圍存儲器空間的EPROM包括2個，一個用于低字節(jié)（偶數(shù)），一個用于高字節(jié)（奇數(shù)）。例如對于8位范圍的RAM，一個8位的集成電路就夠了。

訪問監(jiān)控程序的過程如下：

在硬件復(fù)位后，開始啟動時MAP（映射）為0，處理器從2080H地址處開始啟動監(jiān)控程序。若EPROM中已裝了用戶程序，則程序跳至1D xxH，這時MAP會變?yōu)?，現(xiàn)在2000H……27FFH的數(shù)據(jù)為用戶程序，用戶程序由地址2080H開始。 若訪問監(jiān)控程序EPROM中地址范圍為1D00H……1DFFH內(nèi)的數(shù)據(jù)，則MAP會被置位，置位信號為Stretch Address Latch Enable（地址擴展寄存器允許信號）。

2.5 模擬輸入

處理器的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個+5V的參考電壓，這個參考電壓來自專用板。8個模擬輸入信號ACH0……ACH7的電平范圍從0～+10V降為0～+5V（內(nèi)部轉(zhuǎn)換器到處理器的輸入范圍）。處理器的I/O功能HSI0……HSI3，HSO0……HSO3，P1.0……P1.7，P2.0……P2.7直接傳輸至專用基板對應(yīng)的端口上。

2.6 存儲器

EPROM（A10，A11，每個32K*8）用于存儲監(jiān)控程序。

存儲器集成電路（A12，A13，每個32K*8）用于存儲用戶程序。測試時， RAMs( 隨機訪問存儲器)可設(shè)為A12、A13，用戶程序可由監(jiān)控軟件通過監(jiān)控接口加載。

存儲有用戶程序的EPROM 通常安裝在A12，A13中。這樣可以進行監(jiān)控操作，但不能修改用戶程序。

存儲器（A14，32K*8）也可以為用戶可用。

2.7 串行接口

中央控制系統(tǒng)（ECAM）的串行接口，包括UART控制器（A15）和驅(qū)動器/接收器（A17，A18），符合EIA標準RS-422-A。監(jiān)控接口，包括一個相似的UART控制器（A16）和驅(qū)動器/接收器（A19），符合EIA標準RS-232C。使用了一個9針D形連接頭DB9（X5），直接連接到前面板。該接口軟件位于監(jiān)控程序的EPROM中。

2.8 顯示單元

顯示單元板SCS 02由兩片數(shù)碼管A1/A2組成，該數(shù)碼管顯示4個數(shù)字及字符。顯示集成電路包含RAM，ASCII解碼器和LED驅(qū)動電路，地址和芯片啟動及寫入線通過處理總線以下列方式到達各位置來連接：CS1=0WRITE=0。顯示地址從504H到50B共8個字符。

每個ASCII字符存儲于一個獨立地址，寫入地址線顯示對應(yīng)地址線上的字符，顯示范圍限制在20H-5FFH。

2.9 D/A轉(zhuǎn)換器

具有數(shù)據(jù)鎖存功能的AD7226芯片完成8位數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換參考電壓為10 V。MC1403(A14)產(chǎn)生2.5 V參考電壓，經(jīng)運放TL074(A34)和三級管BCY59(V60)放大到10V，同時還輸出5V的參考電壓。每一數(shù)模通道都有一個從0 V……10.0 V的線性范圍，由不同地址的8位數(shù)據(jù)控制，0H對應(yīng)于0 V，F(xiàn)FH對應(yīng)于10.0 V。芯片選擇信號譯碼時和寫指令相與后作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的寫信號。模擬輸出通過比較器LM339和模擬通道相比較，滯后量約為50 mV。（5 V輸出/1 MΩ*10 kΩ）比較器輸出經(jīng)由上拉電阻提供5 V電壓。

3 結(jié)束語

通過對80C196單片機的研究，分析TSW2500型發(fā)射機順序控制運行的原理以及各外圍電路的功能作用，對維護發(fā)射機和處理故障有著非常重要實用價值。隨著科技創(chuàng)新和國產(chǎn)化思想的推廣，研究和掌握進口設(shè)備的原理，對于促進自主研發(fā)發(fā)射機控制系統(tǒng)也有著重大意義。

[1]徐愛卿.INTEL16位單片機.北京航空航天大學出版社.