第2章 系统控制微处理器的结构和工作原理
2.1 系统控制电路的功能和结构
目前在很多电子产品中都设有以微处理器（CPU）为核心的控制电路，这种电路被称为系统控制电路，下面通过一些典型的电路实例，介绍微处理器电路的功能、结构和识图方法。
VCD机中的系统控制电路是一个以微处理器为核心的自动控制电路。图2-1所示是VCD机中的系统控制电路。整个VCD机的工作都是在系统控制电路的作用下自动完成的。图2-2所示是VCD机的系统整机电路方框图，图中显示出系统控制微处理器与各个电路的关系。如前所述，VCD机是由机芯和电子线路两个部分构成的。机芯是由光盘装卸机构（又称加载机构）、光盘驱动机构、激光头及其进给机构等构成的。电子线路部分包括伺服预放电路、伺服处理电路、伺服驱动电路、数字信号处理电路、解压缩电路等。VCD机的动作（如正常播放或特技播放）需要机械部分和各种电路的协调工作，完成这个控制指挥任务的是VCD机的系统控制电路。不仅如此，VCD机工作状态的显示、发生故障后的自动检测和自动保护也都是由VCD机的系统控制电路来完成的。
图2-1VCD机中的系统控制电路
图2-2VCD机的系统整机电路方框图
2.1.1 系统控制电路的基本结构
VCD机的系统控制电路方框图如图2-3所示。由图可见，VCD机的系统控制电路是由两个微处理器构成的，即操作显示微处理器和系统控制微处理器。其中，操作显示微处理器主要是接收人工键控指令、遥控信息和驱动显示电路的，使之为用户显示VCD机的工作状态信息。系统控制微处理器主要是对VCD机的机械和各种电路进行控制。这两个微处理器通过信息通道互相传输有关信息。
图2-3VCD机的系统控制电路方框图
VCD机的操作显示微处理器的外形和焊装方式，如图2-4所示。VCD机操作显示微处理器的电路结构如图2-5所示。
图2-4VCD机的操作显示微处理器的外形和焊装方式
图2-5VCD机操作显示微处理器的电路结构
在图2-5所示电路中，CPU的②脚、③脚的外接晶体与内部电路构成时钟信号产生电路，为整个微处理器提供同步时钟信号。④脚为复位信号输入端，为微处理器提供启动信号，此信号是由专门的电路产生的。为接收人工指令，操作显示微处理器的内部设有时序信号发生器，它所产生的不同时序的脉冲信号分别由[25]脚～[30]脚输出，[22] 脚、[23] 脚为键控信号输入端，这两组引脚的输出线和输入线可构成2×6的键矩阵电路。开关设置在每条引线的交叉点上，一旦某一开关接通，在[22]脚或[23]脚上便有[25]脚～[30]脚中任何一个引脚的信号出现，微处理器便可识别出所操作键的功能。人工指令就是通过这种矩阵电路送到微处理器的。[21] 脚为遥控信息输入端，红外遥控信号经接收、放大、滤波和整形后送到此脚。
操作显示微处理器收到的无论是本机键控的指令信号还是来自遥控器的信号，均在该微处理器内部经译码识别后，再编码成控制信号，通过微处理器接口电路送到系统控制微处理器中。系统控制微处理器收到操作显示微处理器送来的控制信号后，再分别控制VCD机的机械部分和电路部分。系统控制微处理器根据人工指令的内容使VCD进入工作状态，同时将VCD机的工作状态及所播放节目的时间信息再通过接口电路送回操作显示微处理器中，操作显示微处理器形成相应的字符信号，并通过显示驱动电路去驱动显示器件。
操作显示微处理器与系统控制微处理器之间的信息交流是通过[15]脚～[18]脚来实现的。[15] 脚为MSO端，接收系统控制微处理器送来的串行数据信号。[16]脚为MSI端，输出串行数据信号并送给系统控制微处理器。[17]脚为SCK端，输出串行时钟信号。[18]脚为RQ端，向系统控制输出请求信号，即为开始输出数据的启动信号，使系统控制微处理器做好接收指令的准备工作。
市场上流行的VCD机，其系统控制电路的结构和所采用的集成电路的型号是多种多样的，有些VCD机采用单个微处器的控制电路，它将上述两个微处理器的功能合二为一。还有的VCD机采用了3个微处理器，其中一个专门用于音频、视频的解压缩处理电路中，控制信号处理电路的工作过程。但不论是用单片微处理器还是用多片微处理器，它们的基本功能是相同的。
2.1.2 系统控制微处理器及相关电路
VCD机的系统控制微处理器及相关电路的方框图如图2-6所示，由图可见，VCD机中有很多电路与微处理器有着密切的关联。
图2-6VCD机的系统控制微处理器及相关电路的方框图
VCD机接上电源以后处于待机状态，将+5V电压提供给系统控制微处理器，复位电路产生的复位信号送到微处理器的[15]脚，微处理器进入工作状态。
操作VCD机的电源开关，开关信息通过键矩阵电路先送入操作显示微处理器IC1，再通过信息传输通道送给系统控制微处理器IC2。经IC2译码、识别后，由其[98] 脚输出电源启动信号，电源输出所有的直流电压。在VCD机的工作过程中，电源电路输出的直流电压均送至电压检测电路，一旦电源出现问题，便会有信号送到IC2的[96]脚，微处理器便进行自动保护。
当操作光盘出入键时，IC1将信息送到IC2，IC2的[82]脚或[83]脚输出控制信号并将它送到加载驱动电路。加载驱动电路输出电流，使电机旋转，将光盘托架推出机仓。放上光盘后，再操作光盘出入键，加载驱动电路输出反向电流，电机反转，光盘托架进入机仓，光盘到位落到主轴电机的驱动盘上。与此同时，加载机构上的状态开关将到位信号送到系统控制微处理器IC2。IC2收到机械传感信号后，其[20]脚、[21]脚输出控制信号去控制进给驱动电路，驱动进给电机旋转，将激光头送到光盘的起始位置（目录信号位置）。同时启动伺服系统，进行光盘的搜索，在搜索过程中伺服电路输出聚焦搜索信号，然后读取光盘目录信号。再操作播放键或选曲键，VCD机进入播放状态。
在进给机构上，在光盘最内圆的位置上设有位置检测开关，此开关在激光头运动到光盘信息起始位置时，为微处理器传送开关信号。于是微处理器立即使进给电机停转，激光头开始搜索。在加载机构上还设有位置开关，分别在光盘弹出和光盘到位时给微处理器提供机械状态信号。
VCD机的伺服系统也是在微处理器的控制下工作的，系统控制微处理器输出串行数据信号（SD OUT），包含各种控制指令。与此同时，还接收来自伺服电路的返回数据信号（SD IN），包含伺服系统的工作状态信号。伴随数据信号传输的还有串行时钟信号（SSCK）。这些信号中任何一种信息传输线的中断都会引起伺服系统不能工作。
数字信号处理电路是对信息进行第一步处理，它在微处理器的控制下将数字信息中代表不同内容的信息取出来，把同步头提取出来送到主轴电机伺服电路中，把代表时间的子码信息提取出来送到系统控制微处理器中，经系统控制微处理器处理后，分别将表示节目序号和时间的信息再送到操作显示电路中，从而显示在多功能显示器上。
音频和视频的解压缩处理电路也是在微处理器的控制下进行工作的。从光盘上读出的数据在进行处理的同时，还要将它存到存储器中，以便进行图像的预测。由于数据是按帧编码一段一段地传送和处理的，需要将存储器的数据累积起来再连续输出，形成全视频信号。这里系统控制微处理器与解码电路之间主要有如下控制接口：
● 对A/V解码电路信息的读写控制。
● 对A/V解码电路内部的寄存器进行选择控制，以及输出地址信息。
● 与A/V解码电路进行双向数据传输，其传输的方向由读写控制信号控制。
● 微处理器与A/V解码电路之间还有一些辅助信号，如DACK是解码电路送给微处理器的标志信号，此信号表示与解码电路之间正进行读写过程，交流信息。
2.1.3 系统控制电路的工作原理
下面以VCD-S100为例介绍一下系统控制电路的基本结构和工作原理。S100的系统控制微处理器采用P87C54，它是整个影碟机的控制中心。图2-7所示是VCD—S100系统控制电路的方框图，P87C54各引脚的功能如表2-1所列。
表2-1 P87C54各引脚的功能
图2-7VCD—S100系统控制电路的方框图
1. 主控微处理器接口电路
（1）DSA总线接口
DSA总线接口是主控CPU与机芯伺服电路之间的通信接口。它用于传输DSA-RST（伺服复位）、DSA-ACK（DSA时钟）、DSA-DATA（DSA数据）及DSA-STB（DSA选通）等信号。通过该总线接口，主控CPU从机芯伺服电路中读出CD时间等子码数据，并通过DSA总线向机芯伺服电路发出跳轨、停止等各种控制信号。
（2）CVD-1解码接口
主控CPU通过此接口与CVD-1内部的CPU接口电路相连，进行读/写通信，达到控制CVD-1的目的。
（3）RMT遥控接收口
主控CPU通过此接收口接收遥控信号，进行暂停、重放等相应的操作控制。
（4）面板控制总线接口
主控CPU通过此接口控制前面板VFD的显示。前面板按键的不同编码也通过此接口送到主控CPU，通知主控CPU进行相应的操作。
（5）卡拉OK控制接口
主控CPU通过[23]脚（KK-CE）、[26]脚（KK-CLK）、[27]脚（KK-DATA）进行混响深度、传声器音量等控制，通过[25]脚（KK-SW）控制卡拉OK开关（高电平为“关”），并通过[24]脚（AST）控制助唱功能。
2. 主控CPU对机芯伺服系统的控制
机芯伺服控制CPU（N803）在对机芯伺服系统及加载机构进行自动逻辑控制的同时，主控CPU（U22）接收遥控指令或本机键盘指令，并将这些指令通过DSA总线送到N803，用以控制机芯的各种状态（如快放、慢放、暂停、选曲等）。U22内部还有大量的逻辑程序，在开机时按规定的逻辑程序自检。
在通电开机后，U22与N803同时复位，对数据进行初始化。
在托盘上安装有到位检测开关、激光头零轨检测开关、激光头升降到位开关、第一盘位检测开关、托盘进出到位检测开关等。主控CPU与机芯伺服CPU接收到这些到位开关检测信号后，便控制机器进入相应状态，其控制顺序如下。
（1）判断激光头是否进入零轨，若未到零轨，则驱动进给电机使激光头进入零轨。
（2）判断托盘送进是否到位，当CPU检测到低电平时，托盘送进到位。
（3）选盘电机将转盘旋转到第一盘位（由第一盘位来定位）。
（4）LED加电发光。当机芯伺服CPU检测到无盘时，则选盘电机旋转，继续找盘，若三盘全无，则机器自动处于停止状态。
（5）当机芯伺服CPU检测到有盘时，数字伺服系统起控，并自动调整到最佳状态，同时开始读取导入节目，若按重放（PLAY）键，便开始重放。
（6）激光头读取目录区信息，其信息流送入CVD-1解码芯片。当CVD-1识别出超级VCD光盘时，便通过I2C总线将其信息送到主控CPU，主控CPU又将此信息通过DSA总线送到机芯伺服CPU，N803输出控制信息，控制数字伺服系统在双倍速模式下工作。
3. 主控CPU对音频电路的控制
主控CPU与CVD-1内部的音频处理电路进行数字通信，控制音频信号的伴音模式选择、4种声道选择、立体声选择、平衡消声选择、助唱功能选择等。
主控CPU与卡拉OK处理电路N401之间通过I2C总线进行通信，控制MIC1、MIC2的选择及MIC信号的8级数字延时混响时间。该机面板上未设计传声器音量控制电位器，而是由主控CPU通过数据总线来控制的，减小了卡拉OK的噪声。
4. 主控CPU对音频、视频解码电路的控制
主控CPU与CVD-1之间通过3位用户地址总线和8位控制数据总线进行双向数据通信，控制CVD-1音频、视频信号的解码处理，帧组重排，OSD字符显示，4种字幕选择，PBC功能的实现，九画面浏览及浏览模式的选择等。