彩色电视机中的I2C总线广西桂林周艳琼白木摘要在简要介绍I2C总线结构原理的基础上，重点介绍整机生产中，通过I2C总线的自动调试、维修中的I2C总线故障及I2C总线维修模式的应用。本文对嵌入式系统家用电器的测试及维修服务提供了一种新的观念与方法。关键词I2C总线电视机诊断维修 I2C总线是Inter IC BUS的简称，是PHILIPS公司研制出来的串行扩展技术。I2C总线的意思是“完成集成电路或功能单元之间信息交换的规范或协议”。目前，国内生产的彩色电视机大都采用了具有I2C总线的机芯，不仅增加了电视机的可靠性，同时也使自动化的调试成为可能。这种机芯所具有的自检功能使整机的故障诊断与跟踪、调试和维修都十分方便，大大提高了生产效率。一、 I2C总线的结构与原理 I2C总线为一简单的双向2线总线，在消费电子产品、通信及工业电子产品上作IC器件的控制。所有与I2C兼容的器件都有标准的接口，使它们可以经由I2C总线互相直接通信。此总线设计对系统设计师及仪器制造商都有利，因为这可增加硬件的效率并简化电路，同时可提高仪器的可靠性，解决了很多在设计数字控制电路上所遇到的接口问题。 I2C总线接口做到了集成电路内部，为开漏或集电极开路输出，即通常所说的OC门，所以须加上拉电阻Rpr并接+5V电压。在电视机内，主控器由CPU承担，其他部件为被控器。CPU的SCL为输出线，SDA为双向传输线;被控器的SCL为输入线，SDA也为双向传输线。当总线空闲时，此两线都是“高”。由于不同的器件（CMOS，NMOS，Bipolar）都会接到I2C总线，逻辑“0”（低）及“1”（高）的电平值不能被固定，要视VDD或VCC的电平多少而定。SDA线上的数据在时钟高位时必须稳定。数据线上高低状态只有当SCL线的时钟信号为低电平时才可变换。数据传送附上确认位是必要的。与确认有关的时钟脉冲由主控器发出。在确认时钟脉冲期间，发送方要释放SDA线（高电平）。当确认时钟脉冲时，接收方须将SDA线拉低，因此在时钟脉冲高位时，它维持在稳定的低位。在I2C总线系统中，传送一组数据的时间非常短，用万用表很难检测到电压变化。用示波器检测SCL线、SDA线，可观察到当用遥控器或按动本机操作键时，总线以脉冲占空比方式传递信号，线上电压有瞬间变低现象。当SCL线、SDA线电压异常时，则说明电路出现故障。在系统中，所有的器件都有自己惟一的编码地址（一般固化在集成电路内）。各器件的I2C总线接口电路能够捕获符合本集成电路地址编码的信号，并能进行识别译码，对相应的电路参数进行控制。控制电路的方式主要有如下三种：一是开关输出，利用数字信号控制开关的接通与否对电路进行控制（如制式的转换等）;二是进行D/A转换后输出，把数字信号转换成模拟信号对模拟量（如亮度、色度、音量、行场线性等）进行控制;三是直接进行数据控制（如高频调谐器的数字锁相环电路）。这样，利用I2C总线可以直接调整各个部件的参数，便于自动调试及检测，减少生产工序。二、 I2C总线的自动调试下面谈谈当前I2C总线电视机整机生产过程中如何利用I2C总线自动调试电视机的光栅图形（行幅、行中心、帧幅、帧中心、帧线形、梯形失真、枕形失真等）。光栅图形调整是电视机整机调整的一个重要项目。以前，普遍采用人工调整电位器的方法来调整光栅图形。这种方法主要靠人的判断，一致性较差，较难实现自动调节，同时，耗费的时间长，生产效率低。现在，采用I2C总线机芯的电视机借助于计算机，对光栅图形进行自动调整，可以大大提高劳动效率，提高产品质量。 I2C总线控制的机芯采用的器件为I2C总线控制，通过I2C总线可以方便地控制包括解码块在内的各个器件。现以IB1226N解码块为例说明其控制过程。 I2C总线可以更改器件内的控制PATTERN的各项数值，通过这些数值的更改，达到控制电视机光栅图形的目的。电视机正常使用时，微处理器从EEPROM中取出标准数据，放入相应的器件中。调试的目的是获得标准的数据，将其放入EEPROM供电视机微处理器使用。要实现光栅图形的自动调试，必须在产品开发时预留一个I2C总线外部接口供计算机接入之用。自动调节系统采用外部I2C口接入EEPROM和I2C器件。系统通过测量仪器采集到数据，经过分析判断，增加和减少总线数据，并将数据置入器件EEPROM。在调试过程中，微处理器不允许接入I2C总线。I2C总线的任何冲突都可能会导致EEPROM数据的丢失。因此，外部自动调整仪与微处理器之间存在“握手”的过程，要保证在调试过程中，微处理器禁止对I2C总线进行访问。三、 I2C总线的故障机理与常见故障彩电应用了I2C总线控制系统后，CPU和被控集成电路引脚大量减少。这不仅大大减少了整机电路元件，简化了电路，提高了产品可靠性，而且为增加CPU和被控电路功能创造了条件，给生产和维修带来了极大的方便。采用I2C总线控制系统的彩电在电路结构和控制方式上均不同于传统遥控彩电，其故障现象和故障机理也与之不同，因此，维修时的判断分析思路、检修方法步骤也有所不同。电视机采用了I2C总线控制技术后，维修时可直接进入维修模式，对整机的各种调试数据进行调整，对各种功能进行选择和设置。其调整和设置的数据都存储在I2C总线上的大容量电改写只读存储器中。存储器中不仅存储与普通电视机相同的节目预选、音量、亮度、对比度等一些数据，还要存储各被控电路的调整数据和电路状态的设置数据，如RF\ AGC、AFT、副亮度、副对比度、副音量、场幅、场线性、场中心、枕校、白平衡、画中画、卡拉OK等。而且，每次开机时CPU都要从存储器中调出这些数据，然后通过SCL和SDA送往被控电路，这样电视机才能正常工作。由于存储器和各被控电路都挂接在SCL和SDA这两根I2C总线上，电路中某个元件发生故障，不但该元件组成的单元电路失常，而且会影响SCL和SDA上各控制数据的正常传输，特别是引起存储器提供的数据错误，致使整机失控，使电视机出现千奇百怪的故障现象：轻则光栅几何失真，图像和伴音控制失调，多种故障并存，时隐时现;重则图声消失，甚至无法开机。如按常规遥控彩电的检修思路进行检修，往往会做出错误的判断，使检修陷入困境。因此，在检修采用I2C总线控制技术的电视机并发多种故障现象时，首先应检查I2C总线控制电路是否正常，然后再按常规方法检修，这样将会收到事半功倍的效果。 I2C总线控制电路发生故障时，主要表现在SCL和SDA上电压的改变和波形失常。最简便的方法是测量SCL和SDA的工作电压，并与图纸中标称电压对照。该工作电压一般在3～5V之间。在按面板或遥控器上的控制键时，该电压微微抖动。有条件的可用示波器观察SCL和SDA上脉冲电压的波形是否正常。引起I2C总线电压改变和波形失常的原因主要有被控电路故障、传输电路故障、CPU故障、存储数据错误和总线信号被干扰等5个方面。 1. 被控电路故障被控电路发生故障时，不但本身工作失常，如果总线接口电路发生故障，还会影响总线上的数据传输，致使数据出错，造成其他电路也失控，引发多种故障。判断被控电路故障的方法是：将被控电路接口焊脚与总线断开，如果总线电压恢复正常，则为被控电路故障。常规检修时，都是因负载短路漏电才会引起电压降低，而I2C总线中被控电路开路，失去供电，为什么也会使总线电压下降呢?对此不少同行提出质疑。经过查阅有关资料得知：被控电路的总线接口电路多设计成“与”电路，总线与内部三极管的集电极相接。当被控电路电源开路时，接口电路以总线上的电压为电源而维持工作。由于接口电路电流较大，而总线上的上拉电阻较大(几kΩ至几十kΩ)，上拉电阻上压降增加，将总线电压拉低，影响总线的数据传输。 2. 传输电路故障 CPU数据总线和时钟总线传输电路发生开路、短路、漏电时也会引发故障。判断的方法是：当总线电压失常时，如果断开全部被控电路接口，总线上电压仍然失常，而从CPU输出端断开总线(保留上拉电阻)，总线电压恢复正常，则为总线传输电路故障。 3. CPU故障 CPU是I2C总线控制的核心。CPU外部工作条件被破坏、内部功能失效或程序紊乱也会造成整机失控。鉴别CPU故障的方法是从CPU总线输出端断开外电路(保留上拉电阻)。如果CPU总线输出端电压和波形仍不正常，则属CPU故障。 4. 存储数据错误在采用I2C总线控制技术的电视机中，存储器数据出错是较常见的故障。要恢复和调整这些数据，应按照厂家提供的方法，使电视机进入维修状态，然后按照厂家提供的调整项目清单和数据，选出应调项目，对该项目数据进行调整。由于生产厂家不同，彩电机芯不同，进入维修状态的方法不相同，调整的项目多少也不一样，少则十几项，多则上百项。这就要求维修人员要不断搜索、积累和掌握各种电视机进入维修调整状态的方法、步骤和调试项目的正确数据。 5. 总线信号被干扰总线输出的时钟和数据信号均为脉冲信号。当这两种信号受外界或机内尖脉冲干扰时，也会引起彩电故障。用示波器观察总线上信号波形是发现此类故障的有效办法。四、 I2C总线维修模式的运用长虹G2966彩电具有4种总线模式：正常工作模式、维修模式（S模式）、调整模式（D模式）和生产调试模式（M模式）。下面以长虹G2966彩电为例说明如何利用I2C总线的功能对电视机进行维修和自检。在开机情况下，先按一下遥控器上的静音键，然后按住静音键不放，同时按住本机菜单（MENU）键，此时屏幕上原先显示的“静音”指示消失，在屏幕右上角出现“S”字样，表明进入了维修状态。在S模式调整全部结束后，只要按电源（POWER）键关机（待机），即可退出维修状态，并将数据存储到EEPROM里，以后再开机就会进入正常工作状态。在维修模式下，可进行一些模拟量的调整。当进入了维修状态，按频道（节目）增键或减键，即可向上或向下选择调整的项目（如绿截止等），然后通过音量增键或减键即可调整数据。调整的项目不同，数据的调整范围也不同。在维修模式下，按下遥控器上的数字键便进入I2C总线自检过程，此时屏幕用绿色和红色显示当前模式字符，用白色显示其他模式字符。其中，绿色表示正常，红色表示当前视频端无信号输出或5通道TV/AV切换开关QV01损坏。利用显示屏所显示的信息，就可进行相应的维修检测，如通过遥控器对一些模拟量的参数进行调整等。由于I2C总线的数据存储器需要写入数据才能工作，所以，当更换该存储器时，要先进行数据写入处理才能使用。该机具有自动初始化功能。只要在维修模式下，同时按下遥控器上的CALL键和本机节目增键便实现了存储器的初始化。若CPU内含足够容量的存储器，则不必外加存储器。另外，有些CPU内也存储一些基本的参数。对参数的修改，主要靠改写外接的EEPROM内的数据来实现。MES