咸庆信｜面板电路集锦及简要分析（共五章），赶快收藏吧！

Original 咸庆信工控论坛 2023-07-10

导读：咸庆信老师常在博客更新以变频器维修为主的原创文章，并著书两册，为工控博客著书第一人。《变频器实用电路图集与原理图说》、《变频器实用电路维修和故障解析》即为咸老师所写。

面板电路集锦及简要分析

（之一）

六线端被动型面板电路

为国内多种机型采用，以VDF-B机型为代表，简述其原理。

对“被动型”的说明：

1、面板电路不含MCU或PIC器件，故不会主动示警，如与主板MCU通讯中断时，不会报出CPU故障、通讯中断等故障代码，而仅以88888、-----或无显示警示相关故障的存在。

2、根据主板MCU来的显示数据被动干活，依赖硬件电路进行数据转换（显示内容）。

对“六线端”的说明：

1、+5V、GND电源线两根；

2、信号线四根。

（1）BU5的1\2\3\4脚内部两组反相器所传输的，是来自主板MCU的串行脉冲数据之一，直言之：显示数据；

（2）BU5的9\8脚内部两组反相器所传输的，是来自主板MCU的串行脉冲数据之二，直言之：显示时钟；

二者处理显示信息。

（3）BU5的11\10脚内部两组反相器所传输的，是来自主板MCU的串行脉冲数据之三，直言之：键扫脉冲；

（4）BU5的1\2\3\4脚内部两组反相器所传输的，是送往主板MCU的串行脉冲数据，直言之：按键信息。

二者处理按键信息。

看看四路脉冲长啥样：

其实，我们所做的，是只管这四路信号的有无，而不管具体内容（也是无法管的）。如键扫脉冲、显示时钟、显示数据，3路信号只要有了一路，说明MCU已经正常工作，这3路信号是主板MCU正常工作的重要标志之一。通常，对于MCU是否已经正常工作，感到不易把握，而此三路信号，恰恰可以非常明确地给出答案。

信号的有无，在+5V供电系统框架下，如用直流电压挡测量，则非5V、非0V为信号状态，否则为异常状态；如“按键信息”信号，当此脉冲信号的占空比极大或极小时，所测电压值接近5V或0V，即较难得出明确的判断。测量串行脉冲信号时，因而建议采用示波器进行“一步到位”的测量判断，合格信号不管其频率和占空比如何变化，首先必须是矩形波，最高电压幅度应接近5V，最低幅度应接近0V。对于非矩形波的杂波信号，可视之为无效信号（无信号）。

采用5位数码显示器，BU2提供位驱动信号；BQ1~BQ8，提供段驱动信号。位、段驱动信号BU3、BU1（我称之为数据转换器），进1出8，为串入并出式数据转换电路，为显示器数据解码所专用。

按键信号处理由BU4（我称之为数据转换器）来完成，进8出1，为并入串出式数据转换器。

此外，尚有BU5反相器电路，传输来自主板MCU的显示数据和去往MCU主板的按键信息。

故障检修：

1.显示少位，查BU2反相器和BU3的个别输出端状态；

2.显示少段（笔划），查BQ1~BQ8工作状态，和BU1个别输出端；

3.按键操控失常，查“键扫脉冲”存在否？在，分别按下8个按键，“按键信息”俱无，BU4坏。

4.显示与操控均失常，查上述三个标志性串行脉冲的存在。俱无：主板MCU不具备工作条件；有一路，主板MCU已经工作，查脉冲传输电路。

对于HC165、HC595等数据处理器件，我建议检修者不必在其工作原理（尤其是内部结构框架上）上大费周折，一是搞清楚有难度，二是暂时搞清楚了日后也会忘个差不多（打交道不多这是必然的结果）。重点是搞明白该器件在电路中所起到的作用，以及其正常传输信号所需要的条件。由此判断其正常与否，就变得明晰而简单。

如键控失常：

1.查键扫脉冲有，按键是好的，即HC165损坏；

2.查键扫脉冲无，查该信号传输电路。

如显示异常：

1.显示时钟和显示数据两路串行数据信号的有无是前提条件。少一个，即无法正常显示。

2.显示（全体异常），查HC595器件；

3.显示（部分异常），如少位、少段等，查相关位、段驱动电路。

面板电路集锦及简要分析

（之二）

四线端串行数据型面板电路

图1 四线端串行数据型面板电路

四线端:

（1）+5V、GND电源线两根；

（2）主板MCU与面板MCU串行通讯脉冲，来回两根。

三极管T2集电极是由主板MCU发送来的通讯脉冲；T1是面板MCU去往主板MCU的通讯脉冲。通讯内容仅可大致猜测，甚至也无必要进行猜测。

面板和主板电路上，有同样的两级由三极管构成的反相器，传输此来、回的通讯脉冲信号。采用三极管做为串行数据的通讯电路，比之在两只MCU之间对通讯脉冲直接传输，起到阻抗变换、提升抗干扰能力的作用。每路脉冲经反相又反相之处理，信号的性质未变，但信号线的阻抗大大降低，这为较好的消噪带来了可能。通讯电路如图2所示。

图2 由晶体管反相器构成的通讯电路

通常，面板具有MCU或PIC器件时，这说明面板有了一定的智能化处理问题的能力，如通讯中断，可报出“主板CPU异常”等示警。但这可能仅仅是检修者的一厢情愿——由于程序员的懒惰等原因，也可能在通讯中断时，和无MCU器件的面板一样，仍然会以88888、-----及无显示的现象，来“告知”通讯中断故障。这真是无奈的不该有的事情。

因而在异常状态，可通过检测两路串行脉冲的有无，来进行故障判断。

检测两路脉冲的有无，并不是要点。如何才能检测到两路脉冲的有无，才是关键；采用什么仪器来检测并不是要点，在什么时机进行检测，才是关键！

这是因为：当甲方电台呼叫乙方电台，若乙方电台久无回应时，甲方电台也会在无奈中停止了呼叫。在上电后的常态，可能会出现两路脉冲同时俱无的现状，这使得我们判断显示异常是主板的问题还是面板的问题，陷入茫然，从而丢掉检测目标。

注意检测时机，则能锁定目标：在上电瞬间检测串行数据的有无！

（1）主板MCU已经发送呼叫信号，这可以在T2的基极或集电极方便地检测到，而在T1身上检测不到回应信号。可判断是面板MCU没有工作；

（2）面板MCU已经发送呼叫信号，这可以在T1的基极或集电极方便地检测到，而在T2身上检测不到回应信号。可判断是面板MCU没有工作。

从而为进行下一步的相应检测，指明了方向。

当然不能忽略了由四只三极管构成的脉冲传输电路的好坏。

面板电路集锦及简要分析

（之三）

五线端串行数据型

图1 五线端串行数据型面板电路图

图2 主板MCU与面板PIC通讯电路

五线串行数据型：

（1）+5V、GND电源线两根；

（2）主板MCU和面板PIC的来回通讯脉冲（两根）。

（3）多一根面板PIC系统复位控制线。如图2所示，U1的1脚已有由R1、C5、D1构成的复位电路，但同时该脚也引入主板MCU发送来的复位指令。前者可称为“自复位”电路，后者可称为“外复位”电路。

显然，主板MCU具有面板是否可以工作的生杀大权。修过一例类似电路的故障：面板显示88888，一切操控失常。在断开R56后，面板操控与显示正常，整机运行正常。这起码说明两个问题：

（1）可能为主板MCU的引脚内电路坏掉，输出错误的复位指令；

（2）事情恐怕又要推到无辜的程序员身上，或其它无法猜测的原因。

我宁愿相信是第一种原因。我不愿相信是第二种原因，人心不该变得这么九曲回肠，让人费解。

掌握面板及相关通讯电路的原理，并非仅仅是为了检修面板电路，更为要紧的是由此判断主板MCU的工作状态。

面板电路集锦及简要分析

（之四）

四线端差分总线型面板电路

图1 四线端差分总线型面板电路图

SN75176B、MAX485/481/483、MAX3085、ECM485、UN485E等等，称之为RS485通讯模块，究竟是个什么东东呢？

用一句话来说：是串行脉冲和差分信号的双向转换器。

主板MCU与面板MCU用于互相通讯的串行（数据）脉冲，转换成差分脉冲后才进入传输电缆。这是因为考虑到差分脉冲对共模干扰的巨大威力，才这样做的。因而RS485通讯模块必须是成对出现的，两片通讯芯片的任务即是将MCU输入、输出的串行脉冲，转化成差分信号送入通讯电缆——差分总线。

将一路脉冲转变为差分信号或将差分信号转变为一路脉冲，方法有很多，如大家所熟知的差分放大器，即为其一。如果用晶体三极管电路来表述，也能大致说明转换的原理，见图2。

图2 串行脉冲－差分信号的双向转换示意图

图1中采用的U3（75176B）为半双工器件，双向传输须由DE/RE端进行切换进行，即主-从通讯模式。长江呼叫黄河后，即甲方呼叫（或应答）完毕后，乙方才能应答（或呼叫），呼叫与应答不能同时进行，传输速度有所局限。通讯电路见图3。

（1）+5V、GND电源线两根；

（2）A、B差分信号总线两根。

多出一根面板电位器调速信号线（暂不计入）。

图3 四线端差分总线通讯电路图

若面板显示异常，系统不能运行时，（以面板电路中U3的工作状态为例）检测方法如下：

（1）测4、3脚有脉冲信号存在（3脚为高电平也算），测6、7脚无差分信号输出，U3芯片坏（不能将串行脉冲转换成差分放大器输出）；

（2）测6、7脚有差分脉冲信号，1、2脚无脉冲信号（2脚为低电平也算），U3芯片坏（不能将差分信号转换成串行数据输出）。

（3）3、4、6、7脚俱有信号，但1脚（接收端）无脉冲输出，说明面板工作正常，MCU主板没有发来联络信号；

（4）6、7、1均有信号，但4脚无脉冲信号进入，MCU来的联络信号已经发到面板，面板MCU没有回应信号（面板MCU没有正常工作）。

通讯模块的好坏，或通讯线路是否畅通，或通讯的双方状态怎么样？可由脉冲信号检测判断，得到确定的答案。一般通讯失常，并非（虽然不排除）通讯模块或通讯线路出现了问题，而是通讯的一方已经罢工了。这就如同通讯中断后，不见得是电台出了故障，而可能是通讯员开了小差。

面板电路集锦及简要分析

（之五）

六线端差分型面板电路

图1 六线端差分型面板电路图

图2 六线端差分总线通讯电路

六线端差分：

（1）+5V、GND电源线两根：

（2）点对点差分总线四根。

上图中采用75179B全双工通讯芯片，和75176半双工通讯芯片之比较：

（1）都需要成对出现，两端为串行脉冲，中间传输为差分信号。是串行脉冲和差分信号的转换器。

（2）75176为主－从通讯模式，甲、乙是轮流讲话，不能同时讲话。但甲可以同时和乙、丙、丁等数位下属有选择性地轮流通话。通话需要给出说与听的切换时间，不能同时说，心急了不行。75179为点对点双向通讯工作模式，通话只能在甲和乙两位领导之间进行，听的同时可以不顾礼貌地大说一通。但不能有第三个人在线——下属不能偷听领导谈话。传输速度当然要快一些。

其中A\B、R是一组，为甲方领导来电线路；Z\Y、D是一组，是乙方领导回电线路。

故障检测（仍然只管信号的有无，不管其具体内容）：

（1）A、B端有差分信号输入，R端无串行信号输出；或D端有串行信号输入，Z、Y端无差分信号输出。通讯芯片坏；

（2）R端有信号，D端无信号，面板MCU没有工作；A、B端无输入信号，主板MCU没有工作或通讯线路异常。

综上所述，面板电路盖有五种。其中被动型一种（不含MCU或PIC器件）；主动型（含MCU或PIC）四种，分为串行四线式/五线式两种，和差分四线式/六线式两种。如此，面板电路和通讯电路的概貌可见矣，检修思路可成矣，主板MCU是否在工作中有据矣。