采用M34552單片機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控器晶振壽命篩選電路的設(shè)計(jì)

1 引言

從市場故障遙控器技術(shù)分析情況來看，遙控器主要質(zhì)量問題的表現(xiàn)是：遙控器在上電復(fù)位檢查時(shí)，遙控器液晶顯示器字符有一定規(guī)則的缺顯，同時(shí)遙控器不開機(jī)；通過測量檢查是電路不振蕩，經(jīng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)電路不振蕩大多是32.768kHz晶振過早失效所致。從零部件進(jìn)廠檢驗(yàn)角度看，需要對晶振進(jìn)行長時(shí)間的壽命篩選試驗(yàn)，來有效地控制晶振過早失效，提高晶振的壽命及可靠性。下面就晶振壽命篩選電路構(gòu)思進(jìn)行探討，并在此基礎(chǔ)上研究所選用的相關(guān)電子元件，通過具體的試驗(yàn)來論證諧振器壽命篩選電路的可行性。

2 遙控器工作原理

遙控系統(tǒng)一般由遙控器（發(fā)射器）、接收器和中央處理器（CPU）組成。接收器和CPU部分都在家電主機(jī)上。遙控器產(chǎn)生不同的編碼脈沖，輸出各種以紅外線為媒介的控制脈沖信號(hào)，這些脈沖是計(jì)算機(jī)指令代碼，用來控制中央處理器（CPU）的操作。接收器將收到的紅外信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、檢波、整形后送到CPU,CPU根據(jù)不同的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)到相應(yīng)的控制電路。

遙控器由控制電路、紅外線發(fā)射部分和按鍵掃描矩陣三大部分組成：

① 控制電路是遙控器的核心部分，我們以M34552單片機(jī)為例，振蕩電路如圖1所示，晶振連接到單片機(jī)的XIN/XOUT和XCIN/XCOUT引腳上，以建立振蕩；振蕩電路送來的信號(hào)經(jīng)過整形、分頻等處理，產(chǎn)生了掃描用的控制信號(hào)，通過M34552芯片內(nèi)軟件功能實(shí)現(xiàn)紅外遙控對輸出信號(hào)的控制。

② 紅外線發(fā)射部分由晶體三極管提供功率放大，以足夠的功率驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)光二極管，發(fā)射出紅外線脈沖信號(hào)。

③ 按鍵掃描矩陣由集成電路的掃描輸出、輸入電路引腳組成橫豎交叉矩陣，無鍵按下時(shí)，輸入輸出互不相連。當(dāng)某一鍵按下時(shí)，相應(yīng)的輸入口即有信號(hào)送達(dá)，使控制電路得知哪一個(gè)按鍵被按下，它會(huì)發(fā)出一種指定的信號(hào)來控制功能。

3 晶振的工作原理及失效分析

3.1工作原理

晶振也稱晶體諧振器，主要由石英晶片、銀膜層電極、引線、支架和外殼等組成，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的機(jī)電效應(yīng)特性，即通電就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果施加機(jī)械力則又會(huì)產(chǎn)生電。機(jī)電效應(yīng)一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。

3.2失效分析

在電子線路中，晶振的主要失效模式是開路、短路、頻率穩(wěn)定性差等。造成開路、短路的原因主要為支架脫落、脫錫、外殼封裝系統(tǒng)機(jī)械損傷等，而造成頻率穩(wěn)定性差的因素很多。晶振在使用和貯存過程中，隨著時(shí)間的變化而出現(xiàn)老化現(xiàn)象，通過對成品的解剖和原材料、制造工藝的分析，應(yīng)用掃描電子顯微鏡的觀察，初步認(rèn)為失效的晶振頻率穩(wěn)定性差是由使用的原材料不當(dāng)、石英晶片表層清潔處理不良、表層污染、蒸發(fā)的銀膜層附著性差因素造成的。

4 遙控器晶振壽命篩選電路的設(shè)計(jì)

為使晶振的壽命篩選電路更加貼切遙控器實(shí)際工作狀態(tài)，我們采用XT并行諧振振蕩電路，應(yīng)用晶振的基頻來設(shè)計(jì)。

4.1集成電路的選用

為使晶振的壽命篩選電路不要復(fù)雜化，可選用TC4069UB集成電路，TC4069UB集成電路是一個(gè)反相器，用它可以實(shí)現(xiàn)晶體振蕩的篩選電路；TC4069UB內(nèi)部原理如圖2所示。

從圖2中可以看出， TC4069UB集成電路內(nèi)包含有6個(gè)反相器，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)僅選用一個(gè)反相器來實(shí)驗(yàn)，基本實(shí)驗(yàn)電路原理圖見圖3.圖3中反相器用來實(shí)現(xiàn)晶體振蕩電路所需的180°相移，而RF電阻則用來提供反饋信號(hào)給反相器的，RS1電阻用來提供偏壓，從而使反相器TC4069UB工作在線性范圍內(nèi)。

4.2晶體驅(qū)動(dòng)檢查

當(dāng)晶體被過分驅(qū)動(dòng)會(huì)逐漸損耗，減小晶振的接觸電鍍，這將會(huì)引起頻率上升（頻率漂移），用示波器檢測I輸出腳的波形，如檢測到非常清晰的正弦波，而且正弦波的上限值和下限值符合輸入需要，則晶振未被驅(qū)動(dòng)；相反如正弦波形的波峰、波谷兩端被削平則晶振被過分驅(qū)動(dòng)。為防止晶振篩選電路中的晶振被過分驅(qū)動(dòng)，這時(shí)在電路中需加RS來防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)。RS值的大小可用一只5kΩ的微高調(diào)電位器，從0開始往高慢慢調(diào)節(jié)，一直到正弦波不再被削平為止，此時(shí)對可調(diào)電阻的阻值進(jìn)行確認(rèn)后，選用上個(gè)與微調(diào)值相接近的電阻。

4.3 起振電容C值的選擇

電容的選用和設(shè)置直接影響晶振的頻率誤差和穩(wěn)定性。起振電容C值如果選擇偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定性，但會(huì)增加電路的起振時(shí)間；C1是相位調(diào)節(jié)電容器，C2是增益調(diào)節(jié)電容器，當(dāng)兩電容選用值不等，如電容C1選用30pF、C2選用180pF,試驗(yàn)時(shí)測量到晶振的頻率發(fā)生偏離，頻率變小約28kHz左右，若將C2容量再減小約100pF時(shí)，測量到晶振的頻率值30kHz,由此可見起振電容的值越低越好，同時(shí)C1、C2電容相差1pF,頻率將會(huì)相差10ppM左右，所以兩電容值選C1=C2=30p電容量，既能縮短起振時(shí)間，又能保證振蕩器時(shí)不偏頻、振蕩器能穩(wěn)定振蕩。

4.4 電阻R選用。

由反向器實(shí)現(xiàn)晶體振蕩電相移180度的振蕩器，是要求狀態(tài)能相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋，篩選電路中RF電阻的作用，是用來提供反饋信號(hào)給反向器的，RF阻值選小或選大影響反饋效果，經(jīng)試驗(yàn)RF選用1MΩ能起反饋信號(hào)作用。R1、RS1是偏壓電阻，通常可選用10kΩ。

5 小結(jié)

上述設(shè)計(jì)的晶振壽命篩選電路，具有價(jià)廉、簡易、方便等特點(diǎn)，在該電路的狀態(tài)下對32.768kHz晶振的振蕩頻率，其頻率均在標(biāo)準(zhǔn)值32.768kHz左右，上下誤碼差不超過1Hz,符合晶振試驗(yàn)要求，而且該電路晶振能穩(wěn)定振蕩，頻率不產(chǎn)生偏移，這樣當(dāng)晶體在一特定環(huán)境溫度下處于長期工作一段時(shí)間后，對每一只經(jīng)過此試驗(yàn)的晶振再進(jìn)行頻率等參數(shù)的測量，可以達(dá)到壽命篩選的目的。