大功率短波发射机顺序控制逻辑原理剖析

罗金华 丁健 刘海

（国家广电总局831台）

摘要：本文对TSW2500型500KW短波发射机控制系统的核心YCS04板原理进行了比较深入的分析，对线路原理功能进行了较详细说明。

关键词：短波发射机；顺序控制器板YCS04；微控制器板SCS01；EPLD

1 前言

TSW2500型500KW短波发射机是目前世界上最先进的短波发射机之一，成为我局的大功率短波发射机的主力机型，具有高功率、高稳定性、高自动化等优点。发射机的控制系统一方面按照正确的顺序开、关发射机；另一方面在发生故障时，进行必要的封锁保护。它由三部分构成：中央控制系统（ECAM/ECOS）、顺序控制器（SC）和马达控制器（MC）。

控制系统的用户界面是由基于VEM总线技术的系统ECAM/ECOS2来控制，通过ECAM/ECOS2与SC之间的RS422串行接口来输入指令。用户通过ECAM/ECOS键盘和显示器进行操作；它不仅显示发射机的所有重要参数，还会显示运行故障和操作历史记录。当电源合上时，SC和MC将自动从控制系统母板（VCS01）上读取发射机型号等信息，然后进行自适应调整，并将状态信息发送到ECAM/ECOS。

在控制器模式（Controller-Mode）下，可以通过YCS04面板上按键输入指令，进行开关机操作，面板上的LED显示窗显示相关信息。当关闭控制器模式时，则是由基于VEM总线技术的高层系统ECAM/ECOS来控制，通过ECAM/ECOS与SC之间的RS422串行接口来输入指令。

2 顺序控制器板YCS04原理分析

顺序控制器板YCS04由母板和微控制器板（SCS01）组成，见图1。微控制器板SCS01通过用户对发射机的操作和故障信息进行监控；硬件逻辑保护与软件保护相互独立，它们之间是并行关系，硬件逻辑保护功能通过EPLD间硬件连线、比较器和触发器来实现。

2.1 顺序控制器板YCS04

YCS04的输入输出信号取自或送至如下电路板：数据采集板YCS03、模拟信号板YCS06/YCS07、输出板YCS02。YCS04与PSM控制系统的通信是通过RS422串口和一个硬件连线端口来实现。

（1）译码电路

逻辑芯片EPLD（A1）按下表范围进行译码，CSn为各芯片的片选信号，A1为电可擦可编程逻辑器件（5C060），CS1信号用于显示单元SCS02。见图3。

（2）显示单元

显示单元设计成一个独立的内嵌式电路板，主要由SCS02电路板、A1和A2组成，可显示4位数字或字符。A1、A2为4位数字或字符显示模块，型号为HDLO-2416（Philippines），主要包括：RAM、ASCII解码器和LED驱动电路。SCS02板插在YCS04板的插座X5上。

（3）D/A转换器

D/A转换器（A15…A20，型号为 AD7226）具有数据锁存功能。这些D/A转换器（8位）的参考电压 为10V（由A14输出2.5V参考电压，经A34和V60处理后放大到10V）。每一D/A通道的信号呈线性变化，变化范围为0V…10.0V，由不同地址的字（8位）控制，0H对应于0V，FFH对应于10.0V。见图2。

译码器A1输出的片选信号（CS5…CS10），直接作为的写信号WR。D/A转换器的模拟输出信号da x与相关模拟输入值（AN x，如IAV1、VAV2等，YCS06/07板来）送到比较器（A35…A40）中相比较，滞后量约为50mV。比较器输出信号通过外接上拉电阻提供5V。比较器的输出送到A23（EPM5128，高性能MAX5000系列可擦可编程逻辑器件EPLD）。

（4）模拟输入

控制器板SCS01中A/D转换器的8个模拟输入（ACH0…ACH7）通过多路复用器（A11、A12）进行扩展。控制器板SCS01上的P1.0，P1.1，P1.2对两个多路复用器进行控制。多路复用器（A11、A12）的模拟输出信号送至电压跟随器（A34，放大倍数为1）。见图2。

（5）输入和输出端口

I/O芯片A4…A8地址被定义为位方式（8位），A4/A5和A6/A7也可定义为字方式（16位）。A4…A8均为82C55（CMOS可编程外围接口）。A4端口A即为PA（A4）

表中FFx表示对应的I/O端口的输入端前面加置了数据脉冲寄存器（A21，A22，A27）。输入信号中出现短暂的0信号将会寄存在寄存器中，直到信号可读为止。PA（A6）和PA（A7）的前置数据脉冲寄存器已经集成在比较器逻辑（A23）电路中。控制器SCS01输出的信号REF（P1.7）可以给寄存器（A21、A22、A27）清零。参见图4—YCS04方框图1。

数据总线提供了一个扩展I/O功能，用于数据采集。每个读、写周期可并行传送8位数据。总线控制由软件通过A8的I/O信号来完成（数据8位，由缓冲器A9双向传输；地址4位，WR*，RD*，由缓冲器A10输出）。“Out-Reset”信号可以复位数据采集的输出信号。“FF- Reset”可以对数据脉冲寄存器清零。见图3。

（6）逻辑保护

逻辑保护由2片EPLDs（A23、A24，型号EPM5128）实现，与软件保护是完全独立的体系，它对发射机的运行状态进行实时监控。软件保护由微控制器板SCS01实现，SCS01由一个通用微处理器（intel 80C196KB/KC）及外围电路组成。

比较器逻辑保护通过对A23（EPLD）编程来实现。比较器的输出信号经EPLD A23处理后，转换成多组CPL-xxx信号，每组CPL-xxx相与。瞬态电流保护信号xx-T也送到A23（EPLD）中。

A23的两个延时输出Del1和Del2，用来抑制干扰信号对比较器输出的影响，Delay1用于水流接点监信号测延时，Delay2用于风量接点监测信号延时。

开机逻辑保护由A24（EPLD）实现，A24（EPLD）主要由输出触发器构成。这样，就可根据软件设定的顺序来的开启和关闭它们。只有所有低一级触发器触发后，高一级触发器才会触发。当比较器逻辑保护A23的输入信号或外部输入信号发生故障时，输出触发器会被复位。

（7）PSM接口

SC与PSM控制系统通过一个串行接口RS422进行通信。出于安全考虑，它们之间还有若干条连到逻辑保护的硬件连线。微控制器SCS01（RXD--数据接收，TXD--数据发送）内部的串行接口通过A28将信号转换到RS422电平，A28是差分驱动/接收器，型号为SN75179BP。数据传输参数设置如下：9600波特率进行、8个数据位、无奇偶校验、2个停止位。传输的数据有数据位和地址位之别。地址字节及其关联数据先发送，这样127个数据字节（7位）分别传送到对应的位置。

2.2 微控制器板SCS01

微控制器板SCS01由一个通用微处理器（intel 80C196KB/KC）及外围电路组成。外围电路包括：内部存储器（RAM和EPROM）；串行接口；A/D转换器的输入滤波器。

Intel MCS-96系列的80C196KB型微控制器用作处理器（A1）。80C196KC型也可使用，但其扩展功能未用。

（2）振荡器

振荡器由处理器内置芯片和一块外置的12MHz石英晶振（G1）组成。

（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A4的外围电容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*可用来复位硬件。

（4）解码电路

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

CS0：用于监控程序的EPROM

CS1：用于用户程序的EPROM或RAM

CS2：供用户使用的RAM

CS3：用于中央控制系统（ECAM）接口的UART（通用异步发送电路）

CS4：用于监控接口的UART

地址/数据总线由寄存器（A2，A3）为外围设备解码。总线地址A-A0…A-A15和数据D-AD0…D-AD15可用于外围设备解码。

（5）模拟输入

处理器内部的A/D转换器需要一个+5V的参考电压（VREF，ANGND），这个参考电压来自YCS04上的专用板（A14、A34）提供。8个模拟输入端ACH0…ACH7的输入电平范围为0～+10V。模拟输入端ACH0…ACH7的信号是来自YCS06/07板的VfilV1、VfilV2、VaV1、IaV1、Prev、Pfwd等信号（参见YCS04方框图（1））。

（6）二进制I/O

处理器的I/O端口HSI0…HSI3，HSO0…HSO3，P1…P1.7，P2.0…P2.7直接传输至YCS04母板对应的端口上。HSI0…HSI3（用于灯丝、黑灯丝、高压计时，来自YCS03板），P1.0…P1.2用于对两个多路复用器（A11/A12）进行控制。（参见YCS04方框图（1））。

（7）存储器

A10、A11（EPROM，每个32K*8）用于存储监控程序。

存储器A12、A13（每个32K*8）用于存储用户程序。测试时，可A12、A13把设为RAM（插入跳线JP2，JP3，JP6，发射机上采用此跳线设置），用户程序可由监控软件通过监控接口加载。

通常把A12、A13设为EPROM（插入跳线JP1，JP4，JP5），用户程序存储在A12、A13中，这样可以进行监控操作，但不能修改用户程序。用户也可以使用存储器（A14，32K*8）。

（8）串行接口

ECAM/ECOS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。A17、A18为差分驱动/接收器，型号为SN75179BP。A15、A16为异步串口控制器，型号为P82510。

RS232监控接口，包括一个相似的UART控制器（A16）和RS232驱动器/接收器（A19，型号MAX232EPE），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YCS04前面板上（Monitor）。该接口软件位于监控程序的EPROM（A10、A11）中。

3 结束语

通过对大功率短波发射机控制系统核心YCS04板原理分析、对硬件线路原理功能的详细说明，为从软件上进一步分析发射机顺序控制逻辑关系做了铺垫，由于篇幅所限，软件控制逻辑关系在此就不作分析，希望对于加深对发射机控制系统原理的认识和掌握，提高驾驭进口TSW2500型500KW发射机的能力，能有所帮助。

4 附录

附图2 顺序控制器YCS04线路功能框图（1）

附图3 顺序控制器YCS04线路功能框图（2）

附图4 控制器SCS01方框图

参考文献

[1] THALES.TSW2500型500kW短波发射机技术简介，瑞士：THALES公司，2003.

[2] 江国强.PLD在电子电路设计中的应用.北京：清华大学出版社，2007.

作者简介

罗金华，男，1962、4，浙江义乌，高级工程师，广播影视工程技术，国家广电总局无线局831台，副总工程师，13858985831

丁健，男，1974、8，江西丰城，高级工程师，广播影视工程技术，国家广电总局无线局831台，台长，13967903810

刘海，男1968、9，安徽，工程师，广播影视工程技术，国家广电总局无线局831台，工程师，13868926222，工作单位：国家广电总局无线局831台，通讯地址：浙江省兰溪市103信箱 321106