TSW2500型短波发射机顺序控制板研究

李 梁

(国家新闻出版广电总局831台 浙江 321106）

0 引言

TSW2500型500KW短波发射机的顺序控制系统板卡基于INTEL公司的N80C196KC 单片机。控制发射机的开启、状态监测、灯丝电压控制、逻辑保护、与TSM系统通信、与马达控制系统通信、与ECAM系统通信的功能。包括的外部电路有开关量的采集与输出。

研究单片机板的工作原理与功能实现，对掌握发射机工作程序，提高维护水平和处理故障能力有着现实意义。

1 输入输出功能

1.1 输入

如图，输入板有32路这样的输入信号，通过光耦隔离器件CNY17-II把外部0…24V输入信号转化为0…5V的二进制输入信号，并通过面板LED灯显示输入。

其中，MC14584为带施密特触发器的反相器，提高了抗噪声能力，SN75471为外围驱动器，实现逻辑与门的功能。

1.2 输出

输出板类似输入板，通过光耦隔离器件CNY17-II把输出数字信号0…5V转化为0…24V的电压驱动外部继电器动作，面板32路LED灯显示各路输出，并有驱动故障告警指示功能。

1.3 延时保护

延迟电路用于生成一个时间延迟来抑制干扰。延迟电路对诸如水流、风量传感器和闪烁灯告警系统等是必须的，系统只对这些信号加延时电路。

采用的LS123为单稳态触发器，内部包括两个独立的单稳。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接定时电阻Rt和定时电容Ct决定。

Rt=120K, Ct=47uF

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

发射机的冷却风、冷却水信号经过此延时电路，因此风、水的故障告警延时为2.5s。

2 单片机控制板

2.1 80C196单片机

顺序控制板主要由INTEL公司MCS-96系列的的80C196单片机及辅助电路组成。80C196是INTEL公司推出的高性能的CHMOS16位单片机。CHMOS芯片耗电少，出正常工作外，还可以工作于2种节电方式：待机方式和掉电方式，进一步减少了芯片的功耗。

80C196的外围设备除了包括8096已包含的时钟发生器，I/O口，A/D转换器，PWM，串行口，定时器/计数器，监视定时器，高速输入/输出外，被嵌入的外设除了外设事务服务器PTS、频率发生器和事件处理器阵列EPA外还有：

（1）使用灵活的A/D转换器

80C196内的A/D转换器多具有可选择转换位数（8位和10位）、可选择采样和转换时间的特点，比8096的A/D更灵活。

（2）波形发生器

80C196芯片中有一个波形发生器，可以输出2组互补的3相PWM信号，特别适用于马达控制系统中。

（3）从口Slave Port

从口为单片机与其他微处理器系统之间提供了一个借口，使得该主机可以把单片机当作一个存储器映射的外设器件来访问。

（1）同步串行口

除了异步串行口（ASIO或UART）外，80C196还增加了硬件同步串行口，可以支持若干种标准同步串行传输协议。另一种方法就是用外设事务服务器PTS来实现同步串行传输。

（2）片选单元

80C196芯片包括了一个片选单元，可以提供6个片选信号，其地址可由用户编程，不需要外加的地址译码器。

2.2 振荡器

振荡器由处理器内置芯片和一块外置的12 MHz石英晶振（G1）组成，最高支持到16MHz的晶振。80C196的状态周期由振荡器信号2分频后获得，它是芯片工作的基本时间单位。当采用12MHz晶振时，80C196的状态周期为167ns；采用8MHz晶振时，80C196的状态周期为250ns。当采用16MHz的晶振时，状态周期为125ns，黑灯丝延时由原来的30分钟，由于状态周期的改变可缩短至22分钟。XTAL的1和2引脚处还特别放置静电放电保护器件，33pF的电容对工作于12MHz的晶振有良好的效果。

2.3 复位逻辑模块

若电源电压低于4.55V，复位逻辑模块A4就发出一个复位脉冲。其它复位信号有：RESET-IN*，串行监视接口的INIF*，或按键K1的复位脉冲。复位脉冲宽度由C42决定，大约为0.3秒。

处理器也可在RESET*脚产生一个复位脉冲（由软件控制，内部看门狗进行回应）。

输出RESET和RESET*可用来复位应用硬件。

2.4 解码电路板

一个EPLD（A21）用于对存储器访问总线、串行接口模块进行解码，并对用户地址、数据总线进行解码。Chip Enable（芯片允许）信号为：

l CS0：用于监控程序的EPROM

l CS1：用于用户程序的EPROM或RAM

l CS2：供用户使用的RAM

l CS3：用于中央控制系统（ECAM）接口的UART（通用异步发送电路）

l CS4：用于监控接口的UART

地址/数据总线由寄存器A2和 A3用于对地址/数据总线中为内部附属设备传送的数据进行解码。总线地址D-AD0……D-AD15和数据A-A0……A-A15可用于外部设备解码。信号RD*，WR*，WRH*（低电平有效），WRL也属于这类。信号CLKOUT，BHE*，ALE，INST和USERREADY也可用于特殊应用。

地址范围：

带2个等待状态的地址范围 0000H……1FFFH

带1个等待状态的地址范围 2000H……FFFFH

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

16位地址范围 保留范围

组成16位地址范围存储器空间的EPROM包括2个，一个用于低字节（偶数），一个用于高字节（奇数）。例如对于8位范围的RAM，一个8位的集成电路就够了。

访问监控程序的过程如下：

在硬件复位后，开始启动时MAP（映射）为0，处理器从2080H地址处开始启动监控程序。若EPROM中已装了用户程序，则程序跳至1D xxH，这时MAP会变为1，现在2000H……27FFH的数据为用户程序，用户程序由地址2080H开始。 若访问监控程序EPROM中地址范围为1D00H……1DFFH内的数据，则MAP会被置位，置位信号为Stretch Address Latch Enable（地址扩展寄存器允许信号）。

2.5 模拟输入

处理器的内部模数转换器需要一个+5V的参考电压，这个参考电压来自专用板。8个模拟输入信号ACH0……ACH7的电平范围从0～+10V降为0～+5V（内部转换器到处理器的输入范围）。处理器的I/O功能HSI0……HSI3，HSO0……HSO3，P1.0……P1.7，P2.0……P2.7直接传输至专用基板对应的端口上。

2.6 存储器

EPROM（A10，A11，每个32K*8）用于存储监控程序。

存储器集成电路（A12，A13，每个32K*8）用于存储用户程序。测试时， RAMs( 随机访问存储器)可设为A12、A13，用户程序可由监控软件通过监控接口加载。

存储有用户程序的EPROM 通常安装在A12，A13中。这样可以进行监控操作，但不能修改用户程序。

存储器（A14，32K*8）也可以为用户可用。

2.7 串行接口

中央控制系统（ECAM）的串行接口，包括UART控制器（A15）和驱动器/接收器（A17，A18），符合EIA标准RS-422-A。监控接口，包括一个相似的UART控制器（A16）和驱动器/接收器（A19），符合EIA标准RS-232C。使用了一个9针D形连接头DB9（X5），直接连接到前面板。该接口软件位于监控程序的EPROM中。

2.8 显示单元

显示单元板SCS 02由两片数码管A1/A2组成，该数码管显示4个数字及字符。显示集成电路包含RAM，ASCII解码器和LED驱动电路，地址和芯片启动及写入线通过处理总线以下列方式到达各位置来连接：CS1=0WRITE=0。显示地址从504H到50B共8个字符。

每个ASCII字符存储于一个独立地址，写入地址线显示对应地址线上的字符，显示范围限制在20H-5FFH。

2.9 D/A转换器

具有数据锁存功能的AD7226芯片完成8位数模转换，数模转换参考电压为10 V。MC1403(A14)产生2.5 V参考电压，经运放TL074(A34)和三级管BCY59(V60)放大到10V，同时还输出5V的参考电压。每一数模通道都有一个从0 V……10.0 V的线性范围，由不同地址的8位数据控制，0H对应于0 V，FFH对应于10.0 V。芯片选择信号译码时和写指令相与后作为数模转换器的写信号。模拟输出通过比较器LM339和模拟通道相比较，滞后量约为50 mV。（5 V输出/1 MΩ*10 kΩ）比较器输出经由上拉电阻提供5 V电压。

3 结束语

通过对80C196单片机的研究，分析TSW2500型发射机顺序控制运行的原理以及各外围电路的功能作用，对维护发射机和处理故障有着非常重要实用价值。随着科技创新和国产化思想的推广，研究和掌握进口设备的原理，对于促进自主研发发射机控制系统也有着重大意义。

[1]徐爱卿.INTEL16位单片机.北京航空航天大学出版社.