Введение

Удел системного контроллера - согласование действий различных блоков. Включая пользователя. Системный контроллер следит за командами пользователя и, в соответствии с ними и своей программой, раздаёт команды различным участкам схемы. Для чего имеет много лапок - блестящих и разных.

Системный контроллер для видеопроцессора tda8842 стоит около 300р. К тому же фиг знает, как он там внутри работает. К тому же неизвестно, понравится ли мне его пользовательский интерфейс. К тому же ему надо питание 3,3 в. К тому же он может начать привередничать на тему включения видеопроцессора. Типа "а почему тут шины защиты не подключены" или что нибудь ещё. К нему, кстати, нужен его родной пульт. Даже если узнать марку микросхемы-передатчика - в каком магазине мне дадут справку о том, в каких пультах она используется ? Неизвестно, с каким тюнерами он дружит. Поэтому только свой проц и своё фирмваре.

AT89C2051

Первые четыре ТВ строились на процессоре AT89C2051. Эту версию я подробно описывать не буду, только приведу схему и несколько комментариев.

Эта версия, на фоне ATmegи выглядит неудачной. Несмотря на то, что стоимость процессора AT89 почти в два раза ниже ATmegи, стоимость сборки и деталей получается выше. Для AT89 нужен детектор ошибок питания (brown-out), нужна энергонезависимая память...

Попробовать обойтись без BO-детектора можно, но я опасался за содержимое памяти и за ошибки в управлении (ну, правда, нехорошо же, если ТВ, например, сам включится из-за броска напряжения в сети...)

Но это ещё мелочи. Хуже то, что поскольку мне не хватало памяти программ у AT89, текстовые строки (менюшки, например) были перенесены во внешнюю flash-память. Т.е. код будет работать только с предварительной прошивкой памяти. Дампа прошивки у меня нет :). Память заполнялась специальным perloвским скриптом, который читал фрагмент исходного текста программы и общался с отладочной прошивкой (ей флеш не нужен). Такие вот пирожки с котятами.

ATmega8

Здесь всё гораздо проще. В частности, удалось упросить управляющие силовыми цепями каскады. Одно из требований к ним - если лапки процессора находятся в послесбросовом состоянии (у ATmegи это Z-состояние, у AT89 - PullUp) - все внешние цепи должны быть обесточены. Мало ли что...

Теперь про каждый фрагмент схемы в отдельности:

Конденсаторы по цепи питания ставятся так: 0.22 - вблизи стабилизатора напряжения кр142ен5а (7805), 0.1 - вблизи лапок питания ATmegи (я использовал SMD, чтобы подсунуть их как можно ближе).
PullUp резисторы i2c подключены к шине +5 в основного (!) питания ТВ. Т.е. эта та шина, которая питает OSD и тюнер. Зачем ? Чтобы при обесточивании этих блоков их i2c-входы также были без напряжения. Как известно, входы (особенно цифровых CMOS микросхем) не любят, чтобы напряжение на них было выше приложенного в данный момент напряжения питания. В версии AT89 фирмваре даже выставляло на выходы i2c постоянный ноль на время standby (из-за чего flash-память также становилась недоступной, хотя её питание подводится от дежурного источника). Номиналы резисторов не должны быть слишком низкими - см раздел о тюнере. В некоторых версиях я использовал 5,6 к, в других - 6,2 к.
Биззер/BELL - неразборная кварцевая пищалка со встроенным генератором. Она похрюкивает после получения команды "Пуск" до появляется картинки (т.е. в то время, когда идет прогрев катода и силовое питание ещё отключено). Добавлена по просьбе заказчика ("а то не понятно - включился он или нет"). Резистор, отмеченный "*" последовательно с пищалкой подбирается индивидуально, если нужен.
Светодиод и приёмник ИК были подробно рассмотрены в разделе "подготовка".
Тактирование выбрано внутренним, 8 МГц. Никому, кроме анализатора команд ДУ, точность установки этой частоты не интересна. Но и анализатору ДУ нужно подстраиваться под скорость пульта, так что он переживёт отсутствие кварца. Никаких режимов standby для процессора не предусмотрено. Он и так есть мало. Остальные установки [fuse-ов] есть в архиве с исходными текстами.
Кнопок на морде ТВ нет. Смешно сказать - а в 80-х бы от смеха вообще умереть можно было - но управление через ДУ дешевле. Потому что пульт ДУ с гордой надписью forGoldStar стоит около 70 рублей да ещё ИК приёмник рублей 30 и всё это требует единственной ножки контроллера. А как насчёт замутить самому красивую панельку с кнопками на морде ? Мне бы она обошлась всяко дороже сотки (моральных страданий :) ... от необходимости аккуратной работы). Пульт forGoldStar 105-210a был выбран исходя из цены. Про разные пульты, в т.ч. и этот, можно почитать здесь.
Силовые каскады, в количестве трех штук, расположены на общей плате, а вот их нагрузки разбросаны гораздо дальше. Первый каскад включает два реле (или одно, но с минимум тремя контактами на переключение) - первая секция подает 220 в на силовой БП, вторая и третья переключают цепи накала кинескопа между цепями предпрогрева и основным питанием. Второй и третий каскады - предпрогрев кинескопа. Ему посвящён отдельный раздел ниже.
Цепочка из резистора, подключенная к лапке B5 (13) - контроль силового блока питания. По появлению напряжения на ней контроллер судит о том, как прошел старт, но что ещё важнее - по отсутствию напряжения на ней после выключения контроллер может предотвращать (пищанием только) ситуацию, когда накал катода обесточен, но напряжение анод-катод присутствует (см. в Google "отравление катода").
UART/rs232 - последовательный интерфейс - используется для отладки и, в версии ATmega, для перепрошивки фирмваре (SPI не рулит - он не поддерживается аппаратно PC, не проверяет контрольных сумм, а к тому же плотность потока данных при программировании слишком низкая - на каждые 32 переданных бита только 8 - значимых).
Линия RESET подключена к плюсу питания. В более ранних контроллерах с ней няньчились, продолжают няньчится и сейчас - в большинстве любительских схем in system programmimg реализован через SPI, а для него нужна линия RESET. Мне такой вариант не понравился, параллельное программирование вызывает большее уважение. Поэтому SPI просто отключен через фьюзы. Если вам такой образ мысли не близок и хочется использовать RESET более полно, напомню основные рекомендации:
Документ AVR415: рекомендуется внешний резистор 3 к между RESET и питанием для уменьшения реакции на внешний шум (ATtiny28). Это всё таки лучше, чем никуда не подключать.
AVR042: ...а также не забыть про диод (анод к RESET, катод к плюсу питания), чтобы устройство не перешло в режим параллельного программирования. Можно вообще пристегнуть RESET к Vcc.
Перемычка INIT, между "землёй" и D3 (5), нужна при первом включении, до сохранения параметров яркости/контрастности/цветности, и настройки на, хотя бы один, канал. Она предотвращает чтение из EEPROM некоторых неверных (до первого сохранения) параметров.
Цепочка питания содержит стабилитрон и предохранитель, на случай сбоя в стабилизаторе питания: при увеличении напряжения свыше 5.6 в стабилитрон будет удерживать этот уровень либо, если ток будет велик, возможно, сгорит предохранитель.
Резисторы между базами и эмиттерами транзисторов (отмечены "?"), возможно, не нужны. Поставил их по инерции.
Там, где транзисторы обозначены как мп37 - на самом деле я не помню, что ставил. Возможно, на самом деле, мп10. Хотя, применительно к данной схеме они аналогичны. Можно спокойно заменять их любыми маломощными n-p-n.
Микросхему кр152ен5а можно посадить на небольшой радиатор: пластинка примерно 2x3 см. Хотя её температура и так невысокая.
В этом разделе почти ничего не говорится о том, каким образом строится программное обеспечение контроллера. Это связано с тем, что его сложность не очень высока, а исходные тексты содержат много комментариев. Кроме того, в разделе, посвященном тюнеру, описаны детали взаимодействия с ним (мне кажется, алгоритмически это самый неочевидный участок кода). Часть фрагментов кода (самопрограммирование и пользовательские меню, например) почти без изменений перенесена в Orfey и подробно там описана.

Предпрогрев кинескопа

О его необходимости споры не утихнут, пока существуют вакуумные приборы. В умных статьях просто пишут о том, что это продлевает жизнь кинескопа, но только в одной статье (ссылка потерялась) автор упомянул о собственной статистике, показывающей до 2-х кратного увеличения жизни советских кинескопов (он знакомым ставил схему защиты, причём не всем подряд и следил за развитием событий). Т.е. спор не о том - нужно ли, а о том - какой, численно, выигрышь, причём как для отечественных так и для импортных труб ? Но производители телеков хранят молчание - в СССР просто не успели развить эту схему, как мне кажется, а за рубежом и кинескопы дохнут меньше и мало у производителя стимулов слишком долгоживущим делать аппарат. Может, если бы зелёные подсуетились насчет налога на утилизацию техники... Ну а пока живем как есть. И обращаем внимание на то, что делаем аппарат для себя, для внутреннего употребления.

Теперь к сути явления. Предпрогрев нужен по двум причинам:

Пока нить накала холодная, сопротивление её низкое. Очень. Значит тепловой удар при подключении к источнику напряжения (т.е. с очень низким внутренним сопротивлением) обеспечен. Сопротивление резко возрастает даже при 20 % от номинального нагрева. Причём очень быстро. Пара секунд и спираль готова. У импортных ТВ (да и у наших последних) стали последовательно со спиралью ставить резистор. Видимо, как раз для того, чтобы смягчить тепловой удар.
Вторая причина мне понятна хуже, но она от этого не исчезнет. Называется "отравление катода". Оно происходит в том случае, если через катод протекает ток, но температура находится за пределами расчетной. Причем плох и перегрев и недогрев. И вообще - жить вредно. Катод греется долго - полминуты, например. Импортный телевизор может выйти в рабочий режим быстрее, но это, скорее всего, из-за того, что на недогретый катод автоматика как следует давит микропроцессорным интеллектом. От чего он дохнет ещё быстрее. В общем, прежде чем подавать высокое напряжение (т.е. включать блок развёртки, а без него нельзя включить и блок силового питания (см. особенности МП-3)) катод нужно аккуратно прогреть.

Как решается эта задача ? По разному. Сложность любительских схем возрастает из принципа "подайте кто сколько может". Кто-то делает предпрогрев от трасформатора с низким выходным напряжением, кто-то ставит резистор и релюшку в основную цепь, в одной статье даже предлагалось постоянно питать накал небольшим напряжением, чтобы по команде "старт" телек включался сразу. Были варианты и медленного увеличения напряжения накала специальной схемой.

При проектировании этой цепи я исходил из следующих соображений:

В рабочем режиме, когда блок разверток включен, потенциал между нитью накала и катодом должен быть не более 70 в. Может в цифре немного ошибся, но порядок верен. Если потенциал будет выше - пробой между катодом и нитью возможен. Катод висит на уровне 0..250 в над уровнем "земли", накал приподнимают в разных моделях ТВ на уровень 30-70в. Т.е. нужна гальваническая развязка накала в рабочем режиме от "земли".
Кинескоп - штука дорогая. Если в результате ошибки в схеме управления на него попадёт высокое напряжение - можно попалить накал. Значит разнообразные версии импульсного питания (моей реализации) отпадают. Мягкий запуск - только большим резистором. Рабочий режим - только штатной схемой.
Силовой блок питания и строчный трасформатор на время прогрева остановлены.
Микропроцессору нельзя доверять стабилизацию питающих напряжений, но нельзя также упустить возможность использовать его в качестве дополнительного контроля (с возможностью полного обесточивания аппарата или громким и противным озвучиванием аварийной ситуации).

Таким образом получается следующее - предпрогрев возможен только от источника дежурного питания. Для простоты - через резистор. Для понтов - в два этапа. Поскольку резистор можно только подключить или отключить (ШИМ-управление запрещено, да и не факт, что от него здесь польза будет...) - значит для двух ступеней нужны две лапки контроллера и два силовых транзистора. Опытным путём удалось определить (измеряя ток КЗ катод-модулятор при отключенном аноде - т.е. без приложения каких либо напряжений к кинескопу, кроме накала), что катод греется долго (ток может "плыть" минут пять), но основной нагрев приходится на первые 10-15 секунд для очередной включенной ступени. Первый этап прогрева выбран в районе 1,5..3,5 в (т.е. 1,5 в в начальный момент, потом, по мере прогрева нити, напряжение на ней возрастает из-за изменения её сопротивления) - предположим, что он предотвращает тепловой удар. Ток на этом этапе растет от ~300 ма до 400 ма. затем "догрев" - 4,5..5,5 в (сопротивление плывёт уже меньше) - это уже чтобы катод был догрет перед подачей анодного напряжения. Здесь ток приближается к 0.6 а.

После предпрогрева происходит переключение релюшкой нити накала к штатной обмотке строчного трансформатора. Для контроля переключения сделана обратная связь, которая следит за тем, чтобы цепь предпрогрева была разорвана. В противном случае накал остается подключенным к обесточенной уже цепи предпрогрева, а в цепи анод-катод уже бегут электрончики и интенсивно портят катод. Работа от штатного трансформатора обеспечивает точность поддержания напряжения накала и гальваническую развязку.

NB: после врезки в цепь накала дополнительного реле и проводов напряжение в штатном режиме упадёт примерно на 0,1-0,2 в. Как с этим справиться будет рассмотрено в разделе "Настройка".

Владимир