基于S3C2440的电视发射机控制单元设计

随着广播电视事业的发展，电视发射机技术的应用越来越广泛。为了能有效保证电视信号的质量，对电视发射机监测的重要性更加突出。本文通过对电视发射机信号的监测，给出了利用S3C2440来对电视发射机进行智能控制的设计方法，该方法还可通过与上位机的连接，并利用PC监控计算机来实现遥测遥控。  

1 系统组成  

本控制器以基于ARM9系列高性能嵌入式处理器S3C2440为核心来控制LCD触摸显示屏、局域网、RS232C接口，同时控制模拟输入量接口、数字状态量输入接口和控制输出接口，其系统组成原理框图如图1所示。  


  
为了减小发射机对控制器的干扰，应对控制器的模拟输入量、数字状态量输入和控制输出全部进行隔离。其中16路模拟输入经过16选1模拟开关(GPG控制)选择后变成一路输入，然后经过隔离放大器和信号调理进入ADC，ADC则利用ARM自带的ADC通道0输入到ARM；5路状态量输入在经过光电耦合隔离后，可通过GPIO(GPJ控制)引脚进入ARM；而6路控制量则经过ARM的GPIO(GPJ控制)输出，然后经过光电耦合隔离后驱动固态继电器。  

2 模拟输入及其电平归一化  

本控制器的模拟输入通道如图2所示。由于整个模拟输入通道采用直流耦合方式工作，因此，必须特别注意各级的信号电平和极性。ADC使用S3C2440内嵌的ADC，其分辨率为10 bits，转换速率为500 ksps，模拟输入范围为0～3.3 V，ADC通道数为8通道。  


  
本设计使用其通道0，即把AIN0作为输入通道。因为模拟输入范围为0～3.3 V，而模拟输入量的范围为0～5 V和0.0I／0.1～1 V，所以，需要将模拟输入量的电平归一化到S3C2440内嵌ADC的模拟输入范围0～3.3 V。  

当模拟输人量的输入范围为0～5 V时，就需要利用输入放大器把它们归一化到0～3.3 V，设计可采用同相放大器形式，并利用电位器调节输入电压，当输入为0V时，应使输出也为0V；而输入为5 V时，输出应为3.3 V。其输入放大器的参考电路如图3所示。  



当模拟输入量的输入范围为0.01／0.1～1 V时，则需要将输入信号适当放大，这样才能得到0～3.3 V的输出，此时的输入放大器电路如图4所示。  

3 数字量信号通道设计  

数字量通道是控制器的开关输入输出通道。其中输入状态信号有5种，输出控制信号有6种。数字量输入输出可与ARM的GPIO连接。为了保证一定的可扩展性，可将输入状态量和输出控制量都扩展到8位，共16位。本设计只使用其低5位和低6位作为有效信号量，其它则保留待用。  

3.1 输入状态量接口电路  

输入状态量经过光电耦合器隔离后可驱动缓冲器74ABT541，然后连接到ARM的GPIO。其电路连接关系如图5所示。其中光电耦合器输入的状态量DT1～DT8的前5个为有效状态量，最后三个则保留。  


  
3.2 输出控制量接口电路  

ARM处理器的GPIO输出控制量经过驱动缓冲器74ABT541驱动后，再通过光电耦合器隔离，即可驱动固态继电器。其电路连接关系和图5相似，只是方向相反。光电耦合器输出的控制信号DK1～DK8可分别驱动8个继电器。其中前6个按设计要求使用，最后两个保留(一个用于蜂鸣器)。  

3.3 ARM的GPIO分配  

ARM的GPIO分配共需20位，其中状态输入8位，控制输出8位，模拟开关通道选择4位，共20位IO引脚。  

GPIO接口分配可参考以下原则：其中继电器控制和模拟开关控制共12位，可用GPJ0～12(数码相机接口)；输入状态量共8位，可用GPF0～7(中断EINT0～7)。此外，GPG口也可以使用。  

3.4 ARM处理器  

控制器的核心是ARM处理器，同时需要扩展相关的接口，如LAN接口、RS232接口、LCD接口(带触摸功能)、USB接口(USB设备，用于下载程序)，JTAG接口等。这些都是ARM的标准接口，电路设计可参考ARM的utu2440主板电路来进行设计，本文就不一一介绍了。元器件可采用相同的型号，但应选择对应的工业级芯片。如网络扩展芯片utu2440主板使用的是DM9000A(为商业级芯片)，就要用DM9000BI来替换。  

4 软件设计  

电视发射机控制单元要把对功放电压、电流、入射功率、发射功率、温度等模拟量的监测等工作状态通过扩展的液晶显示屏(带触摸功能)显示出来。当发生过电压、过电流、过温和驻波比过大等故障时，控制单元应具有过荷报警、故障保护、故障复位及故障历史记录和故障记录清除等功能，同时应设置有故障指示灯和报警用蜂鸣器。  

本系统的软件工作过程是先通过控制ADG706地址选择，来从16路模拟信号中选择一路信号，然后通过AIN0进行ADC采样，同时监测16路模拟信号是否发生故障。从GPIO口读取相应的状态信号，监测其对应的数字信号是否发生故障。如果正常，则输出到显示屏显示；如果发生故障，则通过控制输出信号发出故障信号，并驱动蜂鸣器报警。  

5 结束语  

本文介绍了一种基于三星公司的嵌入式处理器S3C2440的电视发射机控制单元的设计方案。该方案通过对功放电压、电流、入射功率、发射功率、温度等模拟量及一些状态量的处理来监测电视发射机的工作状况，并给出相应的控制信号。目前，本系统已成功应用于实践，经过实践检验，本系统功能可以满足实际需要。