了解彩色电视机遥控系统的结构与工作原理

任务1　了解彩色电视机遥控系统的结构与工作原理

1.遥控电路的组成及特征

遥控彩色电视机遥控系统的电路组成及对整机的控制如图8-1所示。图中，虚线框内是遥控系统的电路结构，它由遥控发射器、遥控接收器、微处理器(CPU)、接口电路、面板键盘、节目存储器、字符发生器和辅助电源等构成各部分电路的特征简述如下:

a.遥控发射器

遥控发射器也叫红外遥控发射器，它由键盘矩阵、遥控器微处理器、激励放大电路和红外发光二极管等组成。其中，遥控器微处理器由振荡器、指令编码器、脉冲调制器等组成。遥控发射器电路的方框图如图8-2所示。

图8-1　遥控彩色电视机组成方框图

图8-2　遥控发射器电路方框图

振荡器产生频率为355kHz的脉冲信号，经分频器12分频后得到38kHz脉冲信号，分别送到定时信号发生器和脉冲调制器。定时信号发生器控制扫描信号发生器，使扫描信号发生器依次产生脉宽为2μs的扫描脉冲信号对键盘矩阵进行扫描。按下键盘的某个按键后，键盘矩阵输出信号在键控编码器中产生一个二进制键位码，并送至指令编码器。指令编码器中有一个只读存储器(ROM)，预先存储了各种功能指令控制码(简称功能码)，它根据送来的键位码输出相应的功能码。功能码与指令编码器产生的系统码等合成，形成遥控编码脉冲信号(即数字脉冲指令信号)并送至脉冲调制器，对38kHz信号进行调制，然后，调制信号经缓冲放大器放大后输出。遥控器微处理器输出的脉冲调制信号经激励放大器放大后加至红外发光二极管，使红外发光二极管发出调制的红外线脉冲信号，即红外遥控信号。

红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光(不可见光)并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路中。红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。

b.遥控接收器

遥控接收器也叫红外遥控接收器，它由光电二极管与专用的集成电路组成。集成电路内部有前置放大器、限幅放大器、自动偏置控制(ABLC)电路、峰值检波器和整形电路等组成，如图8-3所示:

图8-3　遥控接收器电路

光电二极管工作原理是将光电二极管光信号变成电信号的半导体器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小(一般小于0.1μA)，称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大，这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

图8-3中的D1是PIN型光电二极管，无光照时，无电流产生;当接收到红外遥控信号时，产生相应的光电流，并在集成电路⑦脚形成代表光信号的电压(遥控电信号)。遥控电信号被前置放大器放大，再经限幅放大器限幅，使38kHz脉幅调制信号波形顶部平直，以便进行峰值检波。前置放大器是一个38kHz的LC选频放大器，③脚外接的Ll与C4组成选频回路，放大器频带足够宽，增益约60dB。为了防止光信号过强时使前置放大器过载，集成电路内设有自动偏置控制(即自动增益控制)电路。⑥脚外接的反馈元件R2与C可以用来防止较强信号的冲击，同时可提高对弱信号的放大能力。

峰值检波器将38kHz脉冲调制信号进行峰值检波，取出外包络脉冲，即遥控编码脉冲信号，该信号再经整形电路放大和整形后由①脚输出，送至微处理器去识别和处理。集成电路④脚外接检波负载电容C5，②脚外接波形整形用积分电容C3，R6与C6组成电源退耦电路。

c.接收机微处理器(CPU)

接收机微处理器通常由一片大规模集成电路组成，它的型号种类较多，内部电路非常复杂，它由运算器、累加器、寄存器、时钟发生器、程序控制器、指令译码器等组成。

当微处理器接收到遥控接收器或面板键盘电路送来的编码脉冲信号后，将其中的功能码信号通过数据缓冲器送到暂存寄存器，以供微处理器中的识别程序进行功能识别(也叫解码)。识别程序由生产厂家在制作微处理器时写入其中的只读存储器(ROM)中，不同的厂家写入的程序不同。识别时，微处理器将ROM中的识别程序调入内部的随机存储器(RAM)中暂存，然后运行该程序。

执行识别程序的目的是根据功能码信号查找相应的控制程序，以进行操作控制。厂家在生产微处理器时将各种控制程序写在ROM中，它们在ROM中存放的起始地址不同。执行识别程序的结果是给出与功能码相应的控制程序的起始地址，并将该地址数据赋给程序计数器(即程序控制器)，使微处理器去执行该段控制程序，在相应的引出脚输出相应的控制信号，送往接口电路或节目存储器，再通过接口电路去控制相应的彩电单元电路。

微处理器发出的控制信号可分为两类:一类是只有高低电平的开关信号，它可以控制相应电路的通与断，如遥控开关与关机;另一类是模拟信号，它是一个脉冲宽度与个数可改变的脉冲信号，该信号经过数/模(D/A)转换电路和接口电路后形成相应电压的直流电压信号，如调节音量、亮度等控制。

d.接口电路

接口电路由数/模(D/A)转换电路、低通滤波器和电平移动电路组成。数/模转换电路是将微处理器输出的数字信号转换为相应的脉冲个数不同、脉宽不同的脉冲调制(PWM)信号。目前大多数D/A转换器常放置在接收机微处理器中，从而使外接的接口电路大大简化。低通滤波器用来将脉冲调制信号平滑滤波，得到相应大小的直流电压。电平移动电路用来将PWM信号或直流电压进行放大提高，使之符合受控电路对控制电压变化范围的要求。例如，高频调谐器内的调谐电压一般为0～30V，而微处理器输出的脉冲调制信号最大值为5V，经低通滤波器后可获得0～5v电压，因此要通过电平移动电路将0～5V变化的电压转换为0～30V变化的电压。图8-4(a)给出了微处理器与高频调谐器BT端之间的接口电路。电路中，L1，C1，R5～R6，C2～C4组成低通滤波器，R1～R3和V1组成电平移动电路，图8-4(b)给出接口电路关键点的电压波形。

图8-4　接口电路与各点电压波形

e.频段译码器

频段译码器有两类:一类是与频段切换电压为BL，BH，BU的高频调谐器配接，另一类是与频段切换电压为BV，BS，BU的高频调谐器配接。前一类频段译码器的电路如图8-5所示，各端脚间的逻辑关系及高频调谐器相应端脚电压如表8-1所示。后一类频段译码器的电路如图8-6所示，各端脚间的逻辑关系及高频调谐器相应端脚电压如表8-2所示。

图8-5　与频段切换电压端脚为BL，BH，BU的高频调谐器配接的频段译码器

图8-6　与频段切换电压端脚为BV，BS，BU的高频调谐器配接的频段译码器

表8-1　　与频段切换电压端脚为BL，BH，BU的高频调谐器配接的译码器各端脚的逻辑关系及高频调谐器相应端脚的电压

表8-2　　与频段切换电压端脚为BV，BS，BU的高频调谐器配接的译码器各端脚的逻辑关系及高频调谐器相应端脚的电压

f.节目存储器

节目存储器用来将用户调试时所接收的电视节目频道的调谐电压、频段切换电压、自动频率微调(AFT)接入状态以及将音量、亮度、色饱和度、定时时间、开关机状态等数字信息存储，以保证再次开机时这些信息不丢失，而且可以随时修改存储的各种信息。

节目存储器采用一种叫电可编程只读存储器的半导体存储器(EAROM)，可以写入数据和读出数据，供电消失后，写入的数据不会丢失。EAROM按数据传送方式可分为并行方式与串行方式两种。并行EAROM芯片传送数据的速度快，但引出脚较多，使用较少;串行EAROM芯片传送数据的速度慢，但引出脚较少，使用较多。串行EAROM芯片的结构方框图如图8-7所示。

内部电路的增加和电路功能的提高，可使EAROM集成电路引出脚大大减少，一般有一条双向数据线(传送地址码与数据码，代替了并行EAROM中的地址线与数码线)、三条工作状态控制线、一条片选控制线、一条时钟脉冲线、两条电源线和一条地线，总计九条。

控制方式译码器有三个输入端C1，C2，C3，三个输入端电位的不同组合经控制方式译码器译码后，可构成八种工作方式，如表8-3所示，实际只使用了七种。C1，C2，C3三个输入端的电位由微处理器送来的三位一组并行信号决定，微处理器发出一组并行信号，即可控制EAROM的工作状态。

双向数据线用来传送地址或数据信息。当EAROM工作在输入地址或输入数据状态时，双向数据线的I/O端脚接收来自微处理器送来的数据与地址信息。当EAROM工作在输出数据状态时，存储于EAROM中的数据信息由I/O端脚输出，送给微处理器。地址与数据信息的传送仅用一条线，所以需采用分时串行传送。采用这种传送方式，需按节拍严格同步，为此要加入时钟，而且在进行各种操作前需经过一个准备阶段(约为五个时钟周期)，这样可以使各种操作互不干扰。

图8-7　串行EAROM芯片的结构方框图

表8-3　　　　EAROM的八种工作方式

注:H为高电平，L为低电平。

g.字符显示器与辅助电源

字符显示器用来在电视屏幕上显示频道存储位置号(即节目编号)和频段、音量、亮度、色饱和度等模拟量控制等级以及定时关机的剩余时间等字符。目前，字符显示器均放置在接收机微处理器内部，其结构方框图如图8-8所示。

在进行音量控制等操作时会伴随着字符显示操作，这时CPU从微处理器的只读存储器ROM中调出字符的尺寸、位置、显示时间是否加黑边等控制信息(在集成块出厂时由厂家已写入ROM中)，并存入相应的存储器中。位置信息加至垂直、水平显示位置控制器，同时行、场扫描脉冲也加至显示位置控制器，使垂直和水平显示位置控制器分别产生行、场同步的选通脉冲，再分别加至选字符地址产生器，以确定字符在屏幕上的垂直和水平位置。当行、场扫描到字符预定的显示位置时，产生时钟脉冲，从字符存储器中读出字符编码，经放大后加至显示控制电路。显示控制电路用来决定字符脉冲的极性和字符显示时间的长短、加黑边或黑色底框，然后输出R，G，B和Y脉冲信号。这些信号经过外接电路放大后加至显像管，使屏幕在预定位置显示相应的字符。显然，字符显示器需输入行、场扫描脉冲，还需要外接C1与C2和RP，以产生时钟脉冲。

图8-8　字符显示器的方框图

辅助电源是用来给接收机遥控电路供电的电路。

2.主要控制功能

随着遥控彩色电视机的发展，控制功能的种类和数量不断增加。下面仅介绍一般遥控彩色电视机的主要控制功能。

a.选台

选台就是变换接收频道。为了达到选台的目的，与微处理器相接的选台接口电路应输出两类信号:一类信号是频段转换电压，以确定接收的频段;另一类信号是调谐电压，通常是－32V左右可调电压。为了便于选台，应先进行节目预置，预置节目(频道)的方式有三种:一是电位器预置方式，二是PLL频率合成预置方式，三是电压合成预置方式。目前遥控彩色电视机绝大多数采用电压合成预置方式。

电压合成预置方式是将各电视节目的频段转换电压和频道调谐电压等数字编码信号依次存储在节目存储器(EARQM)中，收看电视节目时，只需根据频道存储位置号(即电视节目号)将节目存储器中相应的数字选台数据读出来，并转换为频段控制电压与调谐电压，加至高频调谐器，就可以收看相应的电视节目。

预置节目可以有三种调谐方式:第一种是全自动调谐方式，即按下相应按键后，遥控电路便可将当地所能接收到的电视节目信息自动地依次存储在节目存储器中，对应由小到大的节目号码;第二种是半自动调谐方式，即每按一次相应的按键，只将一个电视节目信息存储在节目存储器中，并赋给指定的节目号码;第三种是手动微调方式，即需要不断按动“频率增加(+)”或“频率减少(－)”键来选出要预置的电视节目。

为了选台方便，一些遥控电路具有交换功能与跳转功能。交换功能是当用户收看一个电视节目时，按下SWAP键，即可方便地转去观看另一个电视节目，如果再按此键，又可以收看原来的电视节目。跳转功能是利用该键(SKIP键)跳过几个不需要的节目编号。例如，为了容易记忆，可将预置的电视节目频道号与节目编号对应起来，将2频道节目存于第2节目编号中，将6频道节目存于第6节目编号中，3～5节目编号不存放电视节目。用顺序选台方法从2号节目改选6号节目时，需要经过3～5节目号，如果采用跳转功能，可将3～5节目号抹去，这样从2号节目改选6号节目时，只需按压一次按键。

选台的方式有两种:一种是任意选台方式，一种是顺序选台方式。它们的特点如下:

(1)任意选台也叫直接选台，是根据频道存储位置号直接选台。电视机通常设有8～30个频道存储位置号，键盘按键上标有频道存储位置号。当按下某一个标有频道存储位置号的按键时，可以收看到预置与节目号对应的电视节目。通常任意选台的按键有8～12个。

(2)顺序选台也叫步进选台或搜索选台。在遥控器键盘上标有“节目升”(CH+或∧)和“节目降”(CH－或∨)的两个按键。当按下CH+键时，微处理器会自动按节目号从低到高选台;当按下CH－键时，微处理器会自动按节目号从高至低选台。

b.模拟量控制

所谓模拟量控制是接近线性的直流电压控制，如图8-9所示。由图8-9可以看出，这种电压的级数越多，越接近线性，级数的多少取决于代码的位数。选台的调谐电压控制是一种模拟量控制，它的代码一般为14位，有2¹⁴=16384级控制(在0～32V之间)。音量、对比度、宽度和色饱和度控制也是模拟量控制，它的代码一般为6位，有2⁶=64级控制。

(1)音量控制。一般设有“音量增”(VOL+)和“音量减”(VOL－)两个键。当按下VOL+键或VOL－键时，微处理会产生相应的6位数字控制电压，通过D/A转换器变成分级变化的控制电压，用来控制直流音量控制电路的增益，达到提高或降低音量的目的。

(2)对比度控制。按下“对比度增”(CON+)或“对比度减”(CON－)按键时，微处理器产生相应的6位数字控制电压，通过D/A转换器变成分级变化的控制电压，控制视频放大电路的增益，达到调节图像对比度的目的。

(3)亮度控制。按下“亮度增”(BRY+)或“亮度减”(BRY－)按键时，微处理器与D/A转换器可以产生分级变化的控制电压，从而调整钳位电平大小，达到调节亮度的目的。

(4)色饱和度控制。与上述控制类似，按下“色饱和度增”(COL+)或“色饱和度减”(COL－)按键，可以控制图像的色饱和度。

c.状态控制

(1)开关机和定时控制。这里的开机、关机和定时控制是指对主机板电源的开启与断开的控制。遥控器键盘上的“电源开关”(POWERON)一般由双稳态电路组成，按下该按键可使主机板电源开启，全机工作;再按一下该按键，则使主机板电源关闭，全机停止工作。

图8-9　接近线性的直流控制电压(模拟量控制电压)

“定时”键也叫“睡眠”开关，可用来设置定时关机的时间。按下此键，微处理器便对时钟脉冲进行分频计数，当到达预定时间(30，60或90min)时，微处理器便发出控制信号，关闭主机板电源。

控制主机板电源通断的信号是持续保持高电平(+5V)或低电平(0V)的电平信号。应该注意的是，主机板电源关闭后，辅助电源仍供电，遥控电路仍工作。

(2)标准状态控制。标准状态也称正常调节状态。按下此键时，遥控电路输出的标准电压使伴音音量为30%、对比度为80%、色饱和度为50%，可以帮助用户从调乱的状态迅速恢复到标准状态。

(3)伴音静音控制。按下此键后，遥控电路输出的音量控制电压迅速变为零，使伴音消失，以便听到他人的谈话与呼叫声。再按下此键，伴音自动恢复。

(4)TV/AV转换控制。按下TV/AV键可将电视机接收电视广播改为接收音频和视频信号。视频信号应从视频输入插孔(VIDEO)输入，同时还应将伴音信号从音频输入插孔(AUDIO)输入。再按此键又可将视频接收状态转为电视广播接收状态。

(5)无信号自动关机。电视广播结束后，电视机在无信号输入的状态下持续10min，微处理器便会发出信号，使主机板电源自动关闭。

d.屏幕显示控制

按下此键，遥控电路便将电视机所处的状态(节目号、音量等级、定时剩余时间等)在电视屏幕以数字、字符或符号的形式显示出来。再按此键，显示的内容消失。

3.模拟量控制电压的产生与节目预置

a.模拟量控制电压的产生

选台和音量、对比度、亮度、色饱和度的模拟量调节需要一个按等级可变的直流控制电压。该直流控制电压(即模拟量控制电压)是由微处理器中的数/模转换器输出频率和宽度可变的脉冲串(叫数字调谐电压)，经低通滤波器滤波、电平移动电路处理后得到的。

产生选台调谐电压常采用倍率乘法调制器和脉宽调制器相结合的171A转换器，如图8-10所示。图中，微处理器RAM存储单元中的14位记忆调谐电压分为高7位与低7位，该数送入锁存器存储，高7位数字送入脉宽调制(FWM)器，低7位数字送入倍率乘法调制(SRM)器。脉宽调制器可依据高7位二进制数字的不同产生不同脉宽的脉冲，倍率乘法调制器可依据低7位二进制数字的不同产生不同个数的脉冲。上述两者之和即是数字调谐脉冲，随着二进制数字的变化，数字调谐脉冲的总脉宽(等于脉冲个数乘以单个脉冲的脉宽)也会随之改变。数字调谐脉冲由微处理器输出，经低通滤波器滤波平滑后，再经电平转换(如图8-4所示)，可获得直流选台调谐电压。

图8-10　选台调谐电压的数/模转换器

产生音量、对比度、宽度与色饱和度调节的模拟量控制电压通常采用加权转换的脉宽调制型D/A转换器，工作原理与上述脉宽调制器相似。依据二进制数码的大小，调整一个周期一定的脉冲的占空比，即调整脉宽。得到的数字调谐脉冲由微处理器输出，经低通滤波和电平转换后可获得直流控制电压。

b.节目预置

节目预置是将各电视节目(频道)所需要的数字调谐电压与数字频段信息存储在EAROM存储器中与选中的频道位置号相对应的存储单元中。节目预置的方式有三种:全自动、半自动和手动微调方式。这三种方式只是预置过程的操作有些差异，工作原理基本相同。下面参看图8-11，分析节目预置的过程及工作原理。

如果采用半自动调谐方式预置电视节目，则用户先选定频道位置号，即选定节目存储器EAROM中与该频道位置号对应的存储单元，并把该存储单元中的数字选台信息送至搜索计数器。搜索计数器将其中的数字调谐电压信息(14位二进制数码)送至D/A转换器，得到数字调谐电压，经低通滤波与电平转换，得到调谐电压，加至高频调谐器的BT端;同时，将其中的频段信息(2位二进制数码)送至频段译码器，输出三个频段控制电压，加至高频调谐器。

图8-11　电压合成式数字调谐选台遥控电路方框图

按下预置键，微处理器的CPU输出逻辑控制信号使读/写(R/W)信号置于逻辑“1”电平，则EAROM存储器由读状态变为写状态。按频道“+”或频道“－”按键，使搜索计数器开始进行加或减的计数，将其中14位调谐电压的二进制数码送至D/A转换器，以产生控制高频调谐器的调谐电压，将其中2位频段二进制数码送至频段译码器，以产生控制高频调谐器的频段切换电压，对电视频道进行搜索调谐。

当搜索到电视频道时，AFT传感器中的行同步鉴别器(也叫电视信号识别器)检测到有行同步信号与行逆程脉冲，输出行同步检出信号SD，送至AFT比较器。AFT比较器会依据中放通道AFT电路送来的AFT电压(即AFT鉴频信号)大小，产生向上微调(AFT-UP)或向下微调(AFT-DN)信号，使搜索计数器由快速记数变为慢速加或减记数，由快速搜索调谐变为慢速搜索调谐，直至AFT入锁，检出调谐点，搜索计数器自动停止搜索，调谐电压与频段切换电压恒定不变。

如果搜索到的频道是用户要记忆的电视节目，则按下“记忆”键即可把该电视节目的数字选台信息存储在节目存储器EAROM中与该频道位置号对应的存储单元中。如果需要在另一频道位置号预置电视节目，只需重复上述操作即可。

如果采用全自动调谐方式预置电视节目，用户只需要按下全自动预置键，微处理器就可以按VHF—L—VHF—H—UHF的顺序自动进行搜索调谐，检出调谐点，并依次赋给节目存储器EARQM中的存储单元。同时，还与从低到高的频道位置号一一对应。每一个电视节目的搜索调谐、检出调谐点、将选台信息存入对应一定频道位置号的存储单元的工作过程与工作原理与半自动调谐方式一样，只是不需要用户进行操作而由微处理器自动进行。全自动预置调谐过程可参看流程图，如图8-12所示。

图8-12　全自动预置调谐过程流程图

如果采用手动微调预置方式，搜索调谐是通过按微调的“上升”或“下降”键来完成，也就是通过按“上升”或“下降”键来使搜索计数器进行加1或减1的计算。

c.AFT比较器工作原理

图8-13(a)是AFT比较器电路图，它由四个运算放大器及外部元件组成的。当SD信号为零时，放大器A1与A4的输出均为零，从而使AFT比较器的两个输出端AFT-UP与AFT-DN信号均为低电平“0”，因此AFT比较器对搜索计数器没有控制作用，搜索计数器快速计数。

图8-13　AFT比较器电路

当SD信号为高电平“1”时，放大器A1，A4输出高电平“1”，使AFT-UP信号决定于A3输出信号，AFT-DN信号决定于A2输出信号。当AFT控制电压U_AFT大于U_H时，A2输出低电平“0”，AFT-DN信号为“0”，A3输出高电平“1”，AFT-UP信号为“1”。此“01”逻辑信号使搜索计数器加1。当U_AFT电压小于U_L时，A2输出高电平“1”，AFTDN信号为“1”;A3输出低电平“0”，AFT-UP信号为“0”。此“10”逻辑信号使搜索计数器减1。当U_AFT电压小于U_H而大于U_L时，AFT-UP与AFT-DN信号均为“1”，“11”逻辑信号使搜索计数器停止计数，以后，依靠中放AFT调谐点的检出区，自动迅速地检出最佳的调谐点。AFT比较器输入与输出信号的波形如图8-13(b)所示，其关系如表8-4所示。