衛(wèi)星電視接收機(jī)控制的MCU實(shí)現(xiàn)方案

STC001是一種高性能、低成本的衛(wèi)星電視接收機(jī)控制芯片。與傳統(tǒng)ASIC實(shí)現(xiàn)方式不同，它以8位MCU配合軟件的形式實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，相對(duì)于ASIC的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是它可通過(guò)修改配備軟件實(shí)現(xiàn)芯片的多種功能，適用于各種模擬衛(wèi)星電視接收機(jī)控制。

目前，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星電視早已直接進(jìn)入家庭，部分國(guó)家的衛(wèi)星電視用戶覆蓋率已超過(guò)50%，個(gè)體接收將成為衛(wèi)星電視接收的主流。衛(wèi)星直播的最大優(yōu)勢(shì)是只需1~2顆衛(wèi)星，就可向無(wú)限數(shù)量的家庭用戶直播上百套電視節(jié)目。中國(guó)人口眾多但地區(qū)分布不均，且有線電視網(wǎng)不發(fā)達(dá)，因此是最適合發(fā)展衛(wèi)星電視直播的國(guó)家。但是，由于中國(guó)現(xiàn)有政策和衛(wèi)星電視發(fā)展水平的影響，中國(guó)的衛(wèi)星電視用戶覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。隨著人民生活水平的提高，消費(fèi)者的購(gòu)買力和收看衛(wèi)星電視的需求越來(lái)越高，衛(wèi)星電視機(jī)將是一個(gè)很有發(fā)展前景的產(chǎn)品。因此，作為衛(wèi)星電視接收機(jī)核心的控制芯片，其發(fā)展前景也相當(dāng)可觀。

STC001的特性

圖1：STC001芯片的硬件結(jié)構(gòu)示意圖

STC001芯片能接收來(lái)自控制面板和遙控器的控制信號(hào)，然后根據(jù)收到的控制信號(hào)控制衛(wèi)星電視接收機(jī)完成選臺(tái)、面板顯示、調(diào)頻、調(diào)音，信號(hào)極化方向等智能化的操作。這些智能化操作主要是在內(nèi)嵌MCU的基礎(chǔ)上通過(guò)編寫相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著產(chǎn)品的升級(jí)換代，還可以通過(guò)靈活地修改代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)各種新增功能，這是該芯片內(nèi)嵌一個(gè)RISC CPU的最大優(yōu)點(diǎn)?？紤]到衛(wèi)星電視接收機(jī)控制芯片所要實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)雜性，程序空間被定為2KB。

RISC是近代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)里程碑。RISC處理器所設(shè)計(jì)的指令集以流水線處理方式高效地執(zhí)行并使編譯器產(chǎn)生優(yōu)化代碼，其特征如下：簡(jiǎn)單而且統(tǒng)一格式的指令譯碼；大部分指令可以單周期執(zhí)行；只有LOAD/STORE指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器；簡(jiǎn)單的尋址方式；程序跳轉(zhuǎn)延遲。正是基于這些特點(diǎn)，RISC CPU能夠以比傳統(tǒng)CISC架構(gòu)小得多的電路實(shí)現(xiàn)相同的性能，從而具備面積小、速度快、功耗低等優(yōu)勢(shì)。

STC001芯片硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)芯片采用0.6微米工藝完成設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)功能單元模塊化。版圖設(shè)計(jì)的核心是減小面積、優(yōu)化性能，因?yàn)檫壿嫴捎昧溯^新的設(shè)計(jì)思路，沒(méi)有動(dòng)態(tài)電路及特殊單元，所以版圖設(shè)計(jì)主要偏重于如何以緊湊的設(shè)計(jì)減小面積。應(yīng)著重注意的是時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，由于該CPU采用4級(jí)時(shí)鐘，為保證每一級(jí)時(shí)鐘都能正常工作，在這四個(gè)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)端加了比較大的緩沖并將緩沖器的MOS管寬長(zhǎng)比作適當(dāng)調(diào)整，使其上升沿和下降沿的延遲不相等，以保證四個(gè)時(shí)鐘互不重疊。

ROM的設(shè)計(jì)及ROM編譯器的研究

STC001芯片的ROM內(nèi)部容量為2KB，字長(zhǎng)為12位。由于批量定制產(chǎn)品的要求，ROM采用MASK結(jié)構(gòu)。

為適應(yīng)產(chǎn)品功能升級(jí)換代的需求，需要更改ROM碼點(diǎn)完成產(chǎn)品換代。用手工填充碼點(diǎn)所需時(shí)間長(zhǎng)，可靠性也不能滿足要求，因此自行開發(fā)了一個(gè)軟件，以自動(dòng)完成從程序到版圖的全部過(guò)程。與常用的ROM編譯器不同的是，這個(gè)軟件是針對(duì)容量為2KB，字長(zhǎng)為12位的ROM定制，ROM的框架完全由手工定制設(shè)計(jì)，可以重復(fù)利用，剩余的碼點(diǎn)填充由程序自動(dòng)完成。這樣在保證效率的前提下生成的ROM具有很高的緊湊性。

圖2：STC001針對(duì)衛(wèi)星電

視接收的應(yīng)用電路圖。

遇到的主要問(wèn)題是系統(tǒng)整體仿真問(wèn)題。雖然該MCU并不大，但也是一個(gè)小小的片上系統(tǒng)(SOC)，其上集成了CPU、ROM、RAM及模擬電路(如上電復(fù)位和RC震蕩器)。在這里采用分別仿真的辦法。先用Artist仿真工具對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真，然后把仿真結(jié)果人工送入Verilog-XL進(jìn)行數(shù)字全局仿真，最后從版圖抽取LPE網(wǎng)表，用Star-Sim仿真軟件進(jìn)行全局后仿真。

STC001控制芯片的主要性能指標(biāo)為：第一中頻為479.5MHz，圖象調(diào)諧范圍為950M~2050M，步長(zhǎng)1MHz，伴音調(diào)諧范圍為5M~10M，步長(zhǎng)10KHz，伴音中頻為10.7MHz；具有4位共陽(yáng)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示，可顯示頻道號(hào)、頻率值、各種工作狀態(tài)等；可存儲(chǔ)120個(gè)頻道值(配24C08 E2PROM)；全靜態(tài)CMOS，工作電壓為3V~5.5V，晶振4MHz；此外STC001還具有預(yù)留天線方位角控制輸出接口、完善的靜音功能、天線選擇功能、出廠頻道參數(shù)預(yù)置功能以及水平/垂直極化方式選擇等性能。

應(yīng)用電路

圖2是STC001針對(duì)衛(wèi)星電視接收的應(yīng)用電路，其中STC001的管腳10至17被按鍵掃描和LED顯示驅(qū)動(dòng)復(fù)用；管腳18腳接紅外接收頭的輸出信號(hào)；管腳20至24將圖象、伴音等控制信號(hào)輸出到模塊外；管腳22、23接MT24LC02，MT24LC02是E2PROM，處于可讀寫狀態(tài)，用來(lái)保存一些必要的臨時(shí)數(shù)據(jù)；管腳28接一個(gè)由5個(gè)器件組成的低電壓復(fù)位電路。