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(shù)的應用越來越廣泛。為了能有效保證電視信號的質(zhì)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(xiàn)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(wǎng)、RS232C接口，同時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。

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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(shù)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(jīng)過16選1模擬開關(guān)(GPG控制)選擇后變成一路輸入，然后經(jīng)過隔離放大器和信號調(diào)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(jīng)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(jīng)過ARM的GPIO(GPJ控制)輸出，然后經(jīng)過光電耦合隔離后驅(qū)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(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。[!--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(nèi)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(diào)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(shù)字量信號通道設計

數(shù)字量通道是控制器的開關(guān)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(shù)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(jīng)過光電耦合器隔離后可驅(qū)動緩沖器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(jīng)過驅(qū)動緩沖器74ABT541驅(qū)動后，再通過光電耦合器隔離，即可驅(qū)動固態(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DK1～DK8可分別驅(qū)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(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關(guān)控制共12位，可用GPJ0～12(數(shù)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(guān)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(wǎng)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(shù)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(qū)動蜂鳴器報警。

5 結(jié)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(jīng)過實踐檢驗，本系統(tǒng)功能可以滿足實際需要。