李 梁

(國(guó)家新聞出版廣電總局831臺(tái) 浙江 321106）

0 引言

TSW2500型500KW短波發(fā)射機(jī)的順序控制系統(tǒng)板卡基于INTEL公司的N80C196KC 單片機(jī)?？刂瓢l(fā)射機(jī)的開啟、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、燈絲電壓控制、邏輯保護(hù)、與TSM系統(tǒng)通信、與馬達(dá)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(jī)板的工作原理與功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)掌握發(fā)射機(jī)工作程序，提高維護(hù)水平和處理故障能力有著現(xiàn)實(shí)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(hào)，通過(guò)光耦隔離器件CNY17-II把外部0…24V輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為0…5V的二進(jìn)制輸入信號(hào)，并通過(guò)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(dòng)器，實(shí)現(xiàn)邏輯與門的功能。

1.2 輸出

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

1.3 延時(shí)保護(hù)

延遲電路用于生成一個(gè)時(shí)間延遲來(lái)抑制干擾。延遲電路對(duì)諸如水流、風(fēng)量傳感器和閃爍燈告警系統(tǒng)等是必須的，系統(tǒng)只對(duì)這些信號(hào)加延時(shí)電路。

采用的LS123為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，內(nèi)部包括兩個(gè)獨(dú)立的單穩(wěn)。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接定時(shí)電阻Rt和定時(shí)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(jī)的冷卻風(fēng)、冷卻水信號(hào)經(jīng)過(guò)此延時(shí)電路，因此風(fēng)、水的故障告警延時(shí)為2.5s。

2 單片機(jī)控制板

2.1 80C196單片機(jī)

順序控制板主要由INTEL公司MCS-96系列的的80C196單片機(jī)及輔助電路組成。80C196是INTEL公司推出的高性能的CHMOS16位單片機(jī)。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(jī)方式和掉電方式，進(jìn)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(shí)鐘發(fā)生器，I/O口，A/D轉(zhuǎn)換器，PWM，串行口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，監(jiān)視定時(shí)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(shí)間的特點(diǎn)，比8096的A/D更靈活。

（2）波形發(fā)生器

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

（3）從口Slave Port

從口為單片機(jī)與其他微處理器系統(tǒng)之間提供了一個(gè)借口，使得該主機(jī)可以把單片機(jī)當(dāng)作一個(gè)存儲(chǔ)器映射的外設(shè)器件來(lái)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(biāo)準(zhǔn)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(lái)實(shí)現(xiàn)同步串行傳輸。

（2）片選單元

80C196芯片包括了一個(gè)片選單元，可以提供6個(gè)片選信號(hào)，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(hào)2分頻后獲得，它是芯片工作的基本時(shí)間單位。當(dāng)采用12MHz晶振時(shí)，80C196的狀態(tài)周期為167ns；采用8MHz晶振時(shí)，80C196的狀態(tài)周期為250ns。當(dāng)采用16MHz的晶振時(shí)，狀態(tài)周期為125ns，黑燈絲延時(shí)由原來(lái)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(hù)器件，33pF的電容對(duì)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(gè)復(fù)位脈沖。其它復(fù)位信號(hào)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(gè)復(fù)位脈沖（由軟件控制，內(nèi)部看門狗進(jìn)行回應(yīng)）。

輸出RESET和RESET*可用來(lái)復(fù)位應(yīng)用硬件。

2.4 解碼電路板

一個(gè)EPLD（A21）用于對(duì)存儲(chǔ)器訪問總線、串行接口模塊進(jìn)行解碼，并對(duì)用戶地址、數(shù)據(jù)總線進(jìn)行解碼。Chip Enable（芯片允許）信號(hào)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(duì)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(jìn)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(hào)RD*，WR*，WRH*（低電平有效），WRL也屬于這類。信號(hào)CLKOUT，BHE*，ALE，INST和USERREADY也可用于特殊應(yīng)用。

地址范圍：

帶2個(gè)等待狀態(tài)的地址范圍 0000H……1FFFH

帶1個(gè)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(chǔ)器空間的EPROM包括2個(gè)，一個(gè)用于低字節(jié)（偶數(shù)），一個(gè)用于高字節(jié)（奇數(shù)）。例如對(duì)于8位范圍的RAM，一個(gè)8位的集成電路就夠了。

訪問監(jiān)控程序的過(guò)程如下：

在硬件復(fù)位后，開始啟動(dòng)時(shí)MAP（映射）為0，處理器從2080H地址處開始啟動(dòng)監(jiān)控程序。若EPROM中已裝了用戶程序，則程序跳至1D xxH，這時(shí)MAP會(huì)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(huì)被置位，置位信號(hào)為Stretch Address Latch Enable（地址擴(kuò)展寄存器允許信號(hào)）。

2.5 模擬輸入

處理器的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)+5V的參考電壓，這個(gè)參考電壓來(lái)自專用板。8個(gè)模擬輸入信號(hào)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(duì)應(yīng)的端口上。

2.6 存儲(chǔ)器

EPROM（A10，A11，每個(gè)32K*8）用于存儲(chǔ)監(jiān)控程序。

存儲(chǔ)器集成電路（A12，A13，每個(gè)32K*8）用于存儲(chǔ)用戶程序。測(cè)試時(shí)， RAMs( 隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)可設(shè)為A12、A13，用戶程序可由監(jiān)控軟件通過(guò)監(jiān)控接口加載。

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

存儲(chǔ)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(dòng)器/接收器（A17，A18），符合EIA標(biāo)準(zhǔn)RS-422-A。監(jiān)控接口，包括一個(gè)相似的UART控制器（A16）和驅(qū)動(dòng)器/接收器（A19），符合EIA標(biāo)準(zhǔn)RS-232C。使用了一個(gè)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(gè)數(shù)字及字符。顯示集成電路包含RAM，ASCII解碼器和LED驅(qū)動(dòng)電路，地址和芯片啟動(dòng)及寫入線通過(guò)處理總線以下列方式到達(dá)各位置來(lái)連接：CS1=0WRITE=0。顯示地址從504H到50B共8個(gè)字符。

每個(gè)ASCII字符存儲(chǔ)于一個(gè)獨(dú)立地址，寫入地址線顯示對(duì)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(yùn)放TL074(A34)和三級(jí)管BCY59(V60)放大到10V，同時(shí)還輸出5V的參考電壓。每一數(shù)模通道都有一個(gè)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(duì)應(yīng)于0 V，F(xiàn)FH對(duì)應(yīng)于10.0 V。芯片選擇信號(hào)譯碼時(shí)和寫指令相與后作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的寫信號(hào)。模擬輸出通過(guò)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)80C196單片機(jī)的研究，分析TSW2500型發(fā)射機(jī)順序控制運(yùn)行的原理以及各外圍電路的功能作用，對(duì)維護(hù)發(fā)射機(jī)和處理故障有著非常重要實(shí)用價(jià)值。隨著科技創(chuàng)新和國(guó)產(chǎn)化思想的推廣，研究和掌握進(jìn)口設(shè)備的原理，對(duì)于促進(jìn)自主研發(fā)發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)也有著重大意義。

[1]徐愛卿.INTEL16位單片機(jī).北京航空航天大學(xué)出版社.