了解总线控制技术

任务1　了解I²C总线控制技术

普通遥控彩电，微控制器(简称CPU)对集成电路(简称IC)和各种单元电路的控制是通过I/O端口加接口电路来实现的，如图9-1所示，接口电路的作用是将CPU的控制信号转换成被控电路所能接受的模拟电压，对各种功能电路实施控制。在这种彩电中，每一个控制功能必须要有至少一根连接线将I/O端口与CPU联系起来，还要有相应的接口电路与被控电路相连接，随着被控量数量的增加，CPU的引线会越来越多，接口电路会越来越复杂，因此这种普通电视机只能对某些常用的参数如音量、亮度、色度、对比度进行调节，而对不常用的某些参数则用各种半可变电阻来调节，这样会使控制电路非常复杂，由于加入大量半可变电阻，使彩电大规模生产时的一致性较差(主要原因是这些半可变电阻的位置是由调试人员凭经验调节的)，电视机在使用的过程中，这些半可变电阻参数极易发生变化而使故障率升高。

为了克服以上问题，各厂家纷纷在彩电特别是大屏幕彩电中采用了I²C总线技术。I²C总线是英文“InterIntegratedCircuitBus”的缩写，直译为“内部集成电路总线”，也称为“集成电路间总线”。这种技术最早是由Philips公司推出的，目前已被各大电视机生产厂广泛采用。它利用主控微处理器通过双线双向方式对多个被控IC进行控制。这里的双线是指一条串行数据信号线(SDA)，一条串行时钟信号线(SCL);这里的双向是指主控微处理器可向被控IC发送数据，被控IC也可向主控微处理器传送数据，但被控IC接收还是发送数据仍受主控微处理器控制。各相关IC的内部总线接收器均通过两个引脚悬挂在I²C总线上，接收微处理器送来的数据指令，以实现微处理器对单元功能集成电路的控制和信息交换，普通电视机必须由接口电路实现的大部分控制功能如AGC，AFT设置，色度信号的肤色校正，色度副载波的频率白平衡的调整，副亮度、副对比度、副饱和度、副色调等控制，伴音中频信号处理时的频偏调节，去加重处理，音量设置，图像显示的几何形状控制，不同电视制式信号的识别、切换、同步，图像的几何失真、非线性失真调整等，在I²C总线控制中只需两根总线配上相应的集成电路和软件即可实现，使电视机的电路大大简化。尤其是半可变电阻用量减少了很多，使彩电大规模生产时的一致性提高，在使用过程中，电视机也不会因半可变电阻的变化而发生故障。这种以高性能集成电路加软件替代硬件，并能提高控制系统效率的方法，对彩色电视机的技术升级起到巨大推动作用，因此，我国现在生产的彩电大部分都采用了I²C总线控制技术。

图9-1　普通遥控彩电控制方式

1.I²C总线控制系统的结构

彩色电视机的I²C总线控制系统包括主控微处理器集成电路、存储器集成电路、被控单元功能集成电路、信号传输电路以及电源供电电路，其系统结构框图如图9-2所示。

I²C总线控制系统可分为简单控制系统和复杂控制系统。简单控制系统一般应用于普及型彩色电视机，其I²C总线上仅挂微处理控制器集成电路，存储器集成电路，中频、视频、色度、扫描小信号处理单片集成电路，以及伴音控制集成电路，图9-2所示为简单控制系统。复杂控制系统一般应用于中、高档大屏幕画中画彩色电视机。图9-3所示为康佳P2993N系列画中画镜面彩色电视机I²C总线控制示意图，该机的I²C总路线属于复杂控制系统。

2.I²C总线控制系统的基本功能

彩色电视机I²C总线控制系统的软件数据在硬件电路的配合下可以实现以下基本功能。

a.用户操作功能

用户对电视机的操作功能，如节目预选，音量、亮度、色度控制等操作均可通过I²C总线控制系统来完成。这项功能与普通遥控彩电微处理控制器所具有的功能是相同的，只是内部电路的控制方式不同。普通彩电微处理器引脚输出的是调宽的脉冲信号(PWW)或高低电平信号。I²C总线控制彩电SDA、SCL线传输的是速率很高的二进制编码信号，用普通万用表测量时，仅能感到电压的轻微抖动。

图9-2　简单I²C总路线控制系统

图9-3　康佳P2993总线示意图

b.故障自检功能

由于I²C总线具有数据双向传输功能，因此微处理器可对I²C总线通信情况和被控集成电路的工作状态进行监测，当通信线路和被控集成电路出现异常情况时，微处理控制器可进入自动保护状态，输出相应信号，以适当的方式指示故障部位或简单地关闭开关稳压电源，使电视机进入保护关机状态。

c.生产自动化调整功能

采用I²C总线控制技术的电视机省掉了大量半可变电阻，大大简化了调整工艺，且产品一致性好。在电视机生产时，可将生产线上的计算机与电视机的I²C总线相连，将最佳调整数据传送至电视机的E²PROM存储器中，也可将标准数据固化在微处理器的只读存储器ROM中。

d.检修调整功能

即对电视机各单元电路进行工作方式设定和调整的功能。以往需要采用可调电位器进行调整的项目，例如高放AGC、副亮度、副对比度、副音量、场幅、场线性、场中心、行幅、枕校、白平衡及白平衡调整时关闭场扫描(通常电视机中的检修开关功能)等功能，在I²C总线彩电中都可由检修人员采用特定的方法进入检修调整状态后通过遥控方式来确定最佳工作状态。I²C总线系统的这项新功能，可以省掉很多在普通彩电中大量使用的半可变电阻，提高产品的可靠性，并且能够缩短检修时间，提高检修效率。

3.I²C总线彩电的主要特点

采用I²C总线控制技术的彩色电视机与普通遥控彩电比较具有以下特点。

a.内部线路简化，故障率低

由于I²C总线采用二线制串行数据传输，使得各单元电路间只需两线连接，使主控集成电路和被控集成电路引出脚大为减少。例如普通遥控彩电微处理器引出脚一般为脚，I²C总线控制彩电微处理器引出脚一般为脚。控制功能增加，引出脚减少，体现了高效率的原则。

b.软件取代硬件，整机稳定性提高

利用I²C总线的软件编程功能可以实现无调整化设计。例如:色带通滤波器、陷波器、振荡器、鉴频器、鉴相器、亮度延迟、AGC延迟等都可以由I²C总线调整。I²C总线数码彩色电视机用软件数据取代硬件元件的调节使绝大多数机型实现机内无调节电位器，个别机型仅开关稳压电源保留可调电位器，消除了普及型彩色电视机因电位器老化、接触不良存在的故障隐患，使彩色电视机整机质量稳定性得到提高。

c.功能模块设计，产品升级换代快

彩色电视机的功能框图中的功能模块直接对应着实际的I²C总线控制电路，因此可很快地由功能模块框图完成电路系统设计。由于单元集成电路可以在彼此不受影响的情况下接入或分离I²C总线，因此生产设计人员可以根据需要，十分方便地增加或减少单元功能电路，实现产品升级换代。

d.多重主控能力，生产和检修调试简便

I²C总线的多重主控能力，可使产品的测试和调试在计算机控制下自动地进行，提高了生产效率。在用户使用期间，因电路元件参数变化引起的图像、伴音质量变化可通过遥控调节方式将彩电恢复正常收看，避免了拆机壳等繁杂检修步骤。

e.数据双向传输，故障判断能力提高

普通彩色电视机的电路故障保护一般采用可控硅触发保护电路，往往存在保护电路元件失效或保护电路误动作使保护电路失控的现象。I²C总线数码彩电在控制数据传输过程中，需被控集成电路发回状态字节和应答信号，若被控集成电路出现故障状态字节发生变异或无法发出应答信号，主控集成电路立即进入“中断”保护状态，其故障检测及时，保护效率高。