4x0系列卫星接收机系统切换电路的控制

在2006年第9期《卫星电视与宽带多媒体》杂志上刊登的《4x0系列卫星接收机MCU电路的控制》一文中，通过MCU电路原理图，我们了解到J1接口的⑥脚是系统切换的控制端，现在我们深入谈谈究竟是如何切换系统的。
有关总线的基本知识
首先，我们来了解一下有关总线的基本知识。
大家知道，任何一个微处理器（CPU）都要和一定数量的部件和外围设置连接，假如将各部件和每一种外围设备都各用一组线路与CPU连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化这种硬件连接电路设计和系统结构，推出采用一组线路，配以适当的接口电路，与各部件及外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线（BUS）。采有总线结构便于部件设备的扩充，通过制定统一的总线标准，便于不同设备间实现互连。
1、三种总线
按系统传输信息的不同可分为地址总线、数据总线和控制总线这三种。
（1）地址总线
地址总线（AB：Address Bus）,用于CPU向随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的存储单元和输入/输出接口（I/O）单向传输地址信息的，实同CPU对内存或I/O设备的寻址。
（2）数据总线
数据总线（DB：Data Bus），用来在CPU与RAM、ROM、I/O接口和其它电路之间双向传输数据状态和指令。
（3）控制总线
控制总线（CB：Control Bus），用来传输各种控制信号的传输线。对于任何一条控制信号线而言，信号传输是单方向的，单对控制总线而言对可以认为是双向的，即控制信号有出有入。控制总线还可以起到监视各部件状态的作用，例如查询某个部件是否处于“否”或“闲”的状态。
常见的控制信号有：①时钟、②复位、③总线请求/允许、④中断请求/确认、⑤存储器读/写、⑥I/O的读/写、⑦数据确认等，因此控制总线是总线中最复杂、最灵活、功能最强的一类。
通过总线的连接，可使得信号可以从多个信号中的任意一个传输到某一个接收部件中，各部件之间按时间的轮流使用总线，这样可以大大降低总线的数目。
2、分时复用
所谓分时复用就是总线被许多部件共用，分时间轮流使用，在某一时刻只被一对部分使用，另一时刻又被另一对部件使用。如同多列火车行使在一条公里铁轨上，但因分时通过，所以互不干扰，相安无事。
为了保证总线的分时复用，在各部件与总线之间都采用三态门电路连接，大家知道：普通逻辑门只有两种状态：逻辑0和逻辑1，这两种状态都是低阻输出；而三态门除了上述两种状态外还有第三种状态即高阻状态。
通过控制指令要求，控制各个三态门电路的工作状态，以保证总线的分时使用。在某一时刻不参与工作的三态门均处于高阻状态，相当于与总线之间断开。
3、片选控制
每一个存储器都是通过三态门电路和与总线相连接，片选（CE）控制就是控制这些三态门工作状态的。当片选信号到来时，存储器才工作。
由于三态门的工作特性，没有片选信号到达存储器时，三态门电路对数据总线呈高阻状态，各数据线被封锁；因此可将多个单元存储器电路同时连接到CPU总线上，也不会造成总线的过载。
系统切换电路的控制
1、系统切换电路的执行器件——74HC04D
74HC04D是74系统的逻辑集成电路中一种六反相器，芯片含有6个非门，其引脚功能。
74HC04D（U26）不仅和JWT27.000晶振构成27MHz时钟电路，为单芯片解复用解码器SC2005提供视频基准时钟，而且作为系统切换电路的执行器件——电子开关，用于两片FLASH ROM的切换。在切换过程中，只是利用其中的①②和③④这两个非门。采用电子开关的优点是可以消除有触点开关在切换进的抖动与接触不良，提高了切换的稳定性和可靠性。
2、系统软件的存储器——29LV160
在大多数的接收机系统中，选用一片单片容量有1MB或2MB的16位FLASH存储器件，构建16位的FLASH存储系统已经足够。不过在4x0多系统的接收机中，均采用两片29LV160构建16位的双FLASH存储器系统，以用于存放各系统的用户应用程序、嵌入式操作系统或其他在系统掉电后需要保存的用户数据等。
（1）29LV160功能特性简介
4x0接收机中，采用FLASH存储器为29LV160，存储容量为16Mbit(2Mbyte),16位数据宽度，可工作在字节模式（8bit数据宽度）或字模式（16bit数据宽度）的状态下中。工作电压为2.7V-3.6V，采用48脚TSOP封装。
现在的卫星接收机上采用的FLASH大多为TSOP封装，TSOP是“Thin Small Outline Package”缩写，其义为薄型小尺寸封装。TOSP是在芯片的周围做出引脚，采用SMT（表面安装）技术直接附着在PCB板的表面。由于TSOP封装外形尺寸大小，占用主板的空间小；焊接安装也比较方便，同时TSOP封装具有成品率高，价格便宜的优点，因此应有极为广泛。
FLASH存储器属于单电压芯片，其芯片的读和写操作都是在单电压下进行，不需跳线，如29LV160仅需单3V电压即可完成系统的编程与擦除操作，通过专用的程序平台，对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，即可对FLSH进行烧写编程、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。
（2）29LV160引脚功能
29LV160引脚功能，在其48根引脚中，Vcc为电源3.3V端，Vss为电源地。Ao-A19是地址线，Dqo-DQ15/A-1是数据线，CE#、#OE、WE#、RESET#、RY/BY#、BYTE#是控制线，控制端标注的“#”表示输入低电平时有效。
引脚功能说明：
Vcc:3.3V电源电压。
Vss:地。
Ao-A19:地址总线。在字节模式下，DQ15/A-1用作21位字节地址的最低位。
Dqo-DQ15/A-1:数据总线。在读写操作时提供8位或16位的数据宽度。在字节模式下，DQ15/A-1用作21位字节地址的最低位，而DQ8-DQ14处于高阻状态。
BYTE#：模式选择。低电平选择字节模式，高电平选择字模式。
CE#：片选信号，低电平有效。在对29LV160进行读写操作时，该引脚必须为低电平，当为高电平时，芯片处于高阻旁路状态。
OE#：输出使能，低电平有效。在读操作时有效，写操作时无效。
WE#：写使能，低电平有效。在对29LV160进行编程和擦除操作，控制相应的写命令。
RESET#：硬件复位，低电平有效。接系统复位信号，对29LV160进行硬件复位。当复位时，29LV160立即终止正在进行的操作。
RY/BY#：空闲/忙状态指示。用于指示写或擦除操作是否完成。当29LV160正在进行编程或擦除操作时，该引脚位低电平，完成操作时为高电平，此时可读取内部的数据。不过在4x0接收机中，由于其工作状态是通过查询片内的相关寄存器来判断，因此该引脚未用。
3、系统切换电路的控制
（1）系统切换的基本原理
以雷霆T430XP接收机为例，系统切换的基本原理是：将两片含有系统软件的FLASH芯片的地址线、数据线、除片选端以外的所有控制线并联，通过控制两芯片的片选端的高低电平，就可以决定芯片的状态，从而使得两片芯片可以单独工作而互不影响，这样就相成了可切换的双通道系统。
其实系统切换的原理和电脑中为主板打造双BIOS系统的原理是一样的，大家知道：在电脑双BIOS系统中，一个系统是为防止另外一个系统损坏而备用的；当一片BIOS芯片程度受损，可用另一片中的程序来恢复，从而有效地防护某些攻击型病毒造成电脑的瘫痪。不过在4x0接收机中，双系统是通过切换控制以保证每个系统都能够正常使用。
（2）系统切换的控制原理
4x0的以通道三系统的遥控切换，看似复杂，其实原理很简单。同样以雷霆T430XP接收机为例：就是通过一个单片机（U5）外加电子开关（U26）来控制FLASH（U5、U6）的片选（CE）端，进而控制两块FLASH芯片中的一块工作，达到切换系统的目的。
系统切换电路原理。
控制原理：接收机刚开机时，J1接口的⑥脚电位3.9V，为高电平，由J1⑥脚、电路主板J3的⑤脚送到74HC04D的①脚输入端，由于芯片内部的反相作用，其②脚输出端为0V低电平，使得U5存储器第26脚的片选启动控制端（CE）处于低电平，由于29LV具有低电平有效的特征，U5存储器被选中，投入工作；与此同时，②脚输出端的低电平还送到③脚输入端，经过再次反相后，由④脚输出约3.3V的高电平，送到U5存储器的片选端，控制U6除片选端以外欺了的端口都处于高阻状态，即相当于挂靠线路断开。由于U5内置出厂默认的南瓜系统操作程序，因此开机不久，映入眼帘的是南瓜系统界面，这就是第一通道系统。
当我们需要切换到第二通道系统时，按住遥控器上的Format键几秒钟，操作控制板上的单片机（U5）接收到遥控器发来的控制码后，通过内部电路处理，使得由J1⑥脚电位降低到0.3V，则74HC04D的①脚为低电平，其切换控制动作刚好与上述相反。在切换到第二通道系统的同时，U5的⑦脚呈低电平，点亮LD2绿色LED发光二极管，使第二通道 系统开始工作（详见笔者的《4x0系列卫星接收机MCU电路的控制》一文）。
注意：单片机U5输出的信号是TTL电平，即以0-0.3V为低电平，以3.8V-5V为高电平。
（3）给410添加双通道多系统切换功能
早期的410有大主板和小主权两种，不过出厂时只有一个卡座和一个29LV160存储芯片，可以通过电脑给该机灌入V+V、V+1或其他双系统文件，再增加一个卡座就可以变成一台可同时插两张卡的双系统卡机。
不过由于无法实现南瓜系统和其他系统的共存，要想改成兼容南瓜的多系统卡机，就得为410再增加一个FLASH，好在410在主板上已经预留了一个芯片的空位，这样只要再焊上一块29LV160即可。不过两处芯片是不能同时工作的，可通过控制芯片的片选端电压来决定哪个芯片可以工作，常见的做法是添加一个手动切换开关K，这样410就具有双通道系统切换功能了。
如果要实现遥控器切换，还要在机内选取一个合适的控制信号来控制继电跨器或电子开关的切换，不过电路的改动较大，而后的420、430系列机就是基于这一构想而设计的。
（4）改善系统切换时节目接收的灵敏度
我们在使用中发现，进行第一、二通道的系统切换时，室外高频头若短暂断电，就可能使机器接收节目迟钝。
笔者认为这种原因的根源是生产厂家在开发多系统功能的同时，对主CPU本身的系统软件未作相应的修改，致使在LFASH短暂的未接入的瞬间，主CPU通过电阻R135向13/18V电源输出控制电路中，发出瞬间的低电平信号，导致送往LNB的13/18V电源的 短暂切断，使得接收机在更换系统时，必须等待LNB得电后，方能重新处理信号，最终反映出的现象就是换系统时，接收节目迟钝，不灵敏。
改善这种缺陷的最简单的方法就是：去掉三极管T22，但也失去了待机关断LNB电源的功能，为此添加了电路。
添加的基本思路是在进行系统切换的瞬间，人为地为R135的控制摘 提供一个高电平信号，而且这个高电平信号必须满足待机时，能够降低为低电平，经测试，来自于操作控制板J1接口的④脚就能满足为一要求。电路中的D1、D2为信号端口隔离之用，以防两个控制信号的相互干扰，，可选取常见的NI4148开关二极管，R为限流电阻。
在主板上划断线路需要非常小心，因为它是多层线路板，如果划深了，有可能损坏中间夹层的连线。焊接也要小心，笔者是在放大镜下进行焊接的，加装位置。
（5）添加系统的手动/遥控双切换功能
大家知道，430XP的系统切换必须是通过按住遥控器上的Format键，才能够实现的。对于没有遥控器，或者遥控系统暂时失灵，则不能购进行第二通道系统的切换；难道非遥控器不可吗？其实可以为之添加系统的手动/遥控双切换功能，所需要的材料只有两个：一个钮子开关，一个1kΩ的电阻即可，具体方法介绍如下：
①拆下操作控制板靠J1接口右边的STB跨接线，出现两个端口，将其中到J1接口的⑥脚的端口，连接到钮子开关K的动触点上，即开关K的②端。
②将开关K的①端焊上一个1kΩ的电阻R，R的另一端接地。
③开关K的③和STB跨接线的剩下一端相接即可。
操作时，如果选择第一通道系统，将K置于③位置，当要切换到第二 通道系统时，只要将K置于①位置即可。
加装的原理很简单，就是利用J1接口的⑥脚是系统切换的控制脚的特点：刚开机时，由于单片机SM8952AC25（U5）内部的软件的默认设置，使它处于3.9V的高电平，保持在第一通道系统（出厂设置为N系统）；当将⑥脚置于低电平时，切换到第二通道系统（出厂设置为V+1系统），只不过遥控是通过U5的⑦脚来控制J1接口⑥脚电位的，而手动是通过K直接控制⑥脚电位的。
将K置于③位置时，就是原来的电路状态，原先的遥控切换功能能照常进行，因此该开关具有系统手动/遥控双切换功能。
另外，对430XP接收机来说，如果想要开机就进入V+1系统，一般是通过刷机软件将V+1刷到第一通道系统中即可。不过对于没有刷机经验的朋友而言，可能感到非常困难，其实添加上述的系统手动/遥控双切换后，只需将K置于①位置即可实现这一功能。
（6）系统切换电路硬件故障的检修方法
系统切换电路发生硬件故障主要表现为：不能够切换和系统。
检修方法：按动遥控器上的Format键，观察面板上的第二通道系统工作指示灯LD2是否能够点亮；如果点亮，一般来说，遥控发射接收电路以及单片机（MCU）控制电路是没有问题的，这时检测主板上J3接口⑤脚的电压应该为0.5V；然后检查U26的②和④脚或U5、U6的第26脚，看看有无高低电平转换，如果都正常，则可能是U5、U6中的一个损坏。
卡座切换电路的控制
1、卡座电路
（1）智能卡简介
智能卡（SC：Smart caid），又称IC卡即集中电路卡（Integrated Circuti Card）、智慧卡、聪明卡。由法国人Roland morono 于1974年发明，将具有存储、加密及数据处理能力的IC芯片模块封装在和信用卡尺寸一样大小的塑实基片中，便构成了智能卡。
智能卡具有暂时或永久的数据存储能力，其内部可供外部读取或供内部处理和判断之用，同时还具有逻辑处理功能，用于识别和响应外部提供的信息和芯片本身判定路线和指令执行的逻辑功能。智能卡按使用方法分为：接触式智能卡和非接触式智能卡两种，我们接收机上常用的收视卡属于的接触式智能卡。
（2）先期的卡座电路
卡座电路板上采用通用ISO7816标准的SC卡座，先期推出的4x0机器，其卡座电路板，由TDA8004T以及外围一些电容、电阻等构成的SC接口电路和SC卡座组成。
其中TDA8004T是飞利浦公司读卡器的控制线路芯片，是一款通用的低成本异步智能卡接口芯片；用在智能卡和主芯片通讯的接口上，在主CPUC的控制下，可完成智能卡的电源保护和读卡功能。
以TDA8004T为核心的读卡器典型控制电路。
（3）现今的卡座电路
不过现在430XP的三个卡座已没有任何电子元件，仅有一个卡座而已，显得很简洁。
拆开卡座的上盖，发现里面是由一组常闭开关和8个弹片触点组成，4x0卡座常用的两种形式。
430XP三个卡座电路板的电路结构是一样的，可以互换，电路原理。
①卡座开关
卡座上的常闭开关是判断收视卡是否完成插入槽中的一个装置，当卡片插到位时，常闭触点断开，即卡座的①脚与GND断开。有时卡已插入接收机，而接收机还是报告“没有收视卡”，则是卡没有插 到 位，或者开关探针前端弯典曲所致。
②卡座探针
收视卡的八个触点，对应的卡座上也有八个探针。
C1：Vcc,5V电源。
C2：RST,芯片复位信号。
C3：CLK，芯片工作时钟。
C5：Vss,接地。
C6；Vpp，由卡座提供的编程或擦除电压，在非编程状态时为空闲状态。
C7：I/O，卡的数据传输，无数据传输或双方处于接收大状态进处于高电平，有数据输出为低电平。
C4、C8：N/C，未定义。
2、卡座切换电路的执行器件——74HC4053D
74HC4053D是一片双通道电子开关的CMOS芯片，具有三组2选1以向模拟开关功能，上卡座切换的执行器件，其内部功能。
芯片的A、B、C分别是三路选通端，当它们均为高电平时，且Enable、VEE端接地时，其X、Y、Z端分别和X1、Y1、Z1相通，反之则和X0、Y0、Z0相通。
3、卡座切换电路的控制原理
430XP前面板有两个卡座，出厂默认设置左边为第一 系统南瓜（N）卡座，可插146自动升级卡，引线接在主板的BJ4接口上，右边是第二系统法国电信（V）卡座，接在AJ4接口上，后面板第三系统爱迪德（I）卡座，接在面BJ3接口上。
卡座切换电路原理如下。
控制原理：接收机刚开机为默认的南瓜系统，J1接口的⑥脚电位为3.9V，为高电平，由J1⑥脚、电路主板J3的⑤脚送到74HC4053D（BU3）的第9-11脚电子开关的选通端，使得Y和Y1、X和X1相通，即3.3V电源通过BR35限流电阻和南瓜卡座的K开关连接，同时5V电源通过BR11限流后，接到南瓜卡座的数据传输端口上，使这两个端口均处于高电平状态，完成了南瓜卡座的切换。当切换到第二通道系统I时，J1接口的⑥脚电位为0.3V的低电平，使得Y和Y0、X和X0相通，其切换原理和上述类似。
标注的5V电源为受控电源，来自场效应管（T13）的源极S（详见笔者的《4x0系列卫星接收LNB电路的控制》一文中）。
74HC393D芯片（U10）是双四位二进制计数器，在这里作为二进制分频器，由CPU送来的时钟信号经过分频后，送到给各个卡座接口上的③脚，为收视卡提供工作时钟。
4、关于4x0系列接收机中的卡座
410、420、430接收机实际上都是法国XSAT TEAM设计的主板所衍生的变种，最多可支持4个卡座，如主板上标注AJ3的位置就是第四卡座的接口，在74HC4053D（BU3）的左边，有AU3的标记，其元件排列布局和右边的BJ3、BU3及周围元件的排列完全对应，AU3也是74HC4053D芯片位置，只是末焊上元件。而在支持4卡座的雷霆T440S上，就补焊了这几个元件。
410机最初是一种南瓜系统的接收机，机器主板上只有一个FLASH芯片一个卡座，但主板上还预留一个FLASH芯片、一个卡座接口的空位，在国内多为接收146oE卫星的信号用。由于具有开放的4x0软件升级平台，系统可以通过软件任意更换，而后烧友通过添加一个卡座，更改为V+1的双系统，收视110.5oE和76.5oE等星的节目。
420机是在410的基础上，增加了一个FLASH芯片和一个卡座，同时拥有了两种系统，通过开关或遥控器来切换系统状态，可接收146oE，110.5oE和76.5oE等星的信号。由于南瓜和爱迪德系统共用一个卡座，但南瓜卡的时钟频率为4.5MHz，而爱迪德的为6 MHz或12MHz，所以先期的420在机器的后面增加了一个手动切换开关，后期的420更改了爱迪德读卡程序，从而省略了这个开关。
430机为改进420收看爱迪德系统界面时需要手动切换开关的不便，特地在机器的背面板上增加了一个I系统用的卡座。