美的 R51 系列空调遥控器拆解

美的的 R51 系列红外家用空调遥控器可以算得上是空调遥控器中的经典了,历经几年的考验,没有任何大的改变,但是却仍然简单好用。

这次拆解包括原版的 R51 以及它的两个变体:R51C 和 R51DA/BG 。


先看看原版 R51 空调遥控器。

首先照例是外观了,正面。R51 系列的外壳几乎只有标注按键和功能的装饰板不同。

上电自检时 LCD 所有位段均点亮。R51 系列的 LCD 都是一样的。

红外发射部分,红外 LED 直接露在外面。

背面,电池仓和铭牌。

电池仓,内部贴有印有批号的纸条。R51 系列都使用两节 AAA ( 7 号)电池作为电源。

开壳还得费一点功夫,虽然是全卡扣设计,四周的卡扣也不是很紧,但是电池仓那里有两个卡扣不是很好对付。

原版的 R51 用的是单面板 PCB ,基板为 FR-4 材料。

PCB 背面写满了跳线的设置说明,可以打开或者关闭中风速、发送延迟(这个功能是防止手贱按到模式键然后导致空调停机三分钟的,如果不小心碰到了你还有时间把它摁回去,一般的空调遥控器都有这类设计)、单冷模式,以及摄氏和华氏单位切换。

卸下 LCD 周围的四个螺丝以后即可取下 PCB 。液晶屏本该待在壳子里的槽子里,但是往往会被斑马线粘在 PCB 上。

把 LCD 和斑马线弄下来,放在外壳的槽子中。

LCD 以及斑马线特写。LCD 背面有喷码。

一体的橡胶按键,以及……

外壳上橡胶按键的槽子。这两样 R51 系列都是大同小异的。

遥控器的核心是一只东芝半导体生产的 TMP47C422F 掩膜 4-bit 单片机,其主要特征有:

  • 4 位微处理器,支持查表在内的 92 条指令(弱爆了,好在这是遥控器);
  • 运行于 8MHz 时每条指令需要 1.0μs 时间执行,运行于 4.2MHz 时供电电压可低至 2.2V ;
  • 掩膜 ROM 大小:4K × 8bit ,RAM 大小:256 × 4bit ;
  • 最多 15 级程序嵌套;
  • 共计 6 个中断源,外部 2 个,内部 4 个;
  • 22 个 I/O 引脚;
  • 内建两个 12 位计时计数器以及看门狗计时器;
  • 带 8 位缓存的串行接口;
  • 4 路复用 8 位 AD 转换器,8MHz 下转换时间 24μs ;
  • 蜂鸣器驱动器和红外遥控使用的 Remocon 载波发生器;
  • 最大 10 位的 LCD 驱动器;
  • (模拟电路)过零比较器;
  • 双时钟,可在高速、低能耗状态间切换;
  • 保持功能,可由备用电池或者电容提供备份电源。

不难看出,这只单片机基本上是专门为红外空调遥控器设计的,其实类似的产品还有很多。

从左往右:并联在电池两端的“和平”牌 10V 47μF 电解电容(可在发射时减小电源电压波动,提高遥控器的稳定性),32768Hz 低频晶体及其负载电容与电阻,红外发射 LED 和驱动它的贴片三极管,内建负载电容的 3.58MHz 陶瓷晶体。

为了保持 LCD 与电路板的良好接触,PCB 采用沉金工艺制造,但是在将近 10 年后的今天未用的焊盘上面已经生出了一层氧化物,虽然用指甲刮一刮又会变得非常光亮。

贴片元件全部是回流焊,插件为手焊,焊工基本可以,但是右侧陶瓷晶体处未用的焊盘也沾了锡。黄不拉几的助焊剂没清洗。

为了防止筒晶脆弱的引脚断裂,筒晶的壳体被玻璃胶固定在 PCB 上了。不过此时玻璃胶已经开胶了。

电解电容特写。


接下来是 R51C ,和 R51 同时代的产品。

正面外观,除了面板上的装饰和按键分配略有不同以外,其他的地方都一样。

背面,除了铭牌上的型号以外都一样。

电池仓,一样有纸条。

开壳。可见 R51C 内部跟 R51 还是有很大的不同的,采用了双面板 PCB ,固定用的螺丝也不一样。

很不幸,这回板子上没有跳线的说明了。根据丝印,板子为伟创科技代工,原本为 R51A 设计(可能二者电路相同)。括号里面的 SGNEC 是单片机的供应厂商,很可能 R51A 和 R51C 的 PCB 有多个版本。

和 R51 又一个不一样的地方是这块板子的单片机似乎内建了 LDO 以降低运行电压和功耗,D1 (指向电池正极,很像是 LDO 外围电路里面常见的断电保护二极管)、R11 、R5 、C8 和电解电容 E2 均与单片机某针脚相连。低频晶体和高频晶体也从头部挪下来了。

给 LCD 屏幕的 LED 背光预留的位置。

卸下螺丝,拿出 PCB ,LCD 这次依然是被斑马线粘在 PCB 上了。

和 R51 的碳油按键稍显不同,这回 PCB 上的按键是裸露的焊盘。

斑马条变复杂了些,两侧多了绝缘层,LCD 背面也不再有喷码。电路板正面很光,除了按键和红外发射 LED 啥都没有。

并联在电池两端的电解电容依然是“和平”牌的,但是这次是 16V 100μF 的容量。

低频晶体只写了个型号,高频陶瓷晶体是 4.00MHz 的。

LDO 电路(暂且这么认为)后面的电解电容也是“和平”牌,16V 4.7μF 。

最后看看最重要的东西,单片机。芯片原本压在玻璃胶下面,不过后来玻璃胶被我抠掉了,只是针脚附近还有些残留。

单片机为首钢日电电子制造,这是 NEC 在中国开设的合资厂商。随着 NEC 、日立半导体等厂商合并成瑞萨,首钢日电似乎也就随之消失在人们的视野之中了。

S0103GB-054 并没有公开的 Datasheet ,但是在“北方微电子产业基地门户”首钢日电的页面上还残存着以下信息:

SGNEC 4 位单片机 S0103

S0103 是 SGNEC 为了满足国内市场要求,在 NEC 75XL 系列中的 uPD75310x 基础上自主开发设计、制造的 4-bit 单片机。它的数据处理能力可与 8 位单片机媲美。75XL 系列带有 LCD 控制 / 驱动的单片机一般是 80pin 的封装,而 S0103 是 64pin 封装( 14×14mm ),所以更适合小型系统应用。

SGNEC 致力于为客户提供完善的 MCU 设计和开发服务,可以根据客户的要求在此电路的基础上添加、删减或修改功能模块,并可提供该芯片的软件开发服务。

电路特性
  • 低电压工作:VDD=1.8v – 5.5v ,可以用两个 1.5v 的干电池驱动
  • 内存:ROM 4096 × 8bits ,RAM 512 × 4bits
  • 可以高速工作,也可以根据功耗要求变换工作速度
    0.95 ,1.91 ,3.81 ,15.3us ( @4.19MHz 主系统时钟)
    0.67 ,1.33 ,2.67 ,10.7us ( @6.0MHz 主系统时钟)
    122us ( @32.768Hz 副系统时钟)
  • 内置可编程 LCD 控制/驱动
  • 封装:64-pin QFP ( 14×14mm ,0.8-mm pitch )或 Wafer
应用

遥控器,照相机,电子秤,气量计等


最后是 R51DA/BG ,这是近两年的产品。

和前面两个型号不同,这只 R51DA/BG 是最近的产品,装饰板改成了大红色色调。按键也是夜光的了,在正常情况下因为荧光会显出淡绿色。

背面,铭牌的内容大不一样了,去掉了一些无用的信息,加上了客服的联系方式,更人性化了。

开壳,仍然是沉金工艺的双面板 PCB ,并且上面似乎抹了些胶。

这回就又有跳线说明了。从丝印上看,这块板子是为 R51D 设计的。板子上跟 R51C 一样有疑似 LDO 外围电路的部分。

低频晶体也用玻璃胶固定住了,不过这次很大方,直接给盖了。晶体两只脚之间还开了槽,感觉没有必要。

这次 LDO 电路中的电解电容是台湾万裕生产的,容量 16V 4.7μF ,现在的板子妥妥地用 MLCC 搞定。

LED 背光模块的引脚看上去很奇怪,乍一看还以为是 EL 。

遥控器用的单片机是正儿八经的 NEC 的 uPD756504AGB ,属于 4-bit 75XL 系列(已停产),但是这个型号虽然有人在卖, Datasheet 却找不到,没准是定制的。

75XL 的一些共同的特征包括:

  • 芯片核供电电压 1.8V – 5.5V 均可;
  • 1.8V ,4.19MHz 条件下可提供 0.95μs 每指令的执行速度;
  • 2.7V ,6.0MHz 条件下可提供 0.67μs 每指令的执行速度;
  • 支持更老的 75X 系列的全部指令;
  • 双时钟源,一个高频晶体和一个 32.768kHz 低频晶体。

卸下螺丝后拿出 PCB 。

拿下 LCD 后就可以看到 LED 背光模块了。因为不需要垫高所以 LCD 背面没有贴乱七八糟的东西。斑马条与 R51C 相同。

LED 背光模块,标注了阴极和阳极。

LED 背光模块表面,实际效果上背光是非常均匀的。

并联在电池两端的电容是 16V 100μF 的,这回不是“和平”牌了,虽然仍然是国产电容。

红外发射 LED 不再是有颜色的型号。


总结

R51 系列在最初设计的时候就考虑到了一个空调遥控器该具备的全部功能,给后续升级留下了一定的空间,同时又能有效地控制住成本,这也是这个系列得以延用至今的原因。

R51 系列的共同之处有:

  • 外壳(包括除装饰面板以外的全部塑料件,以及电池);
  • 遥控代码(R51)
  • 键盘布局;
  • 固定 LCD 的四颗螺丝;
  • LCD 屏幕;
  • 单三极管驱动单红外发射 LED 设计;
  • 双时钟源晶体设计;
  • 沉金工艺的 PCB ;
  • PCB 的小部分设计(如与电池连接的部分);
  • 4-bit 单片机作为核心。

各个型号之间的不同之处有:

  • PCB 的机械尺寸,是否双面;
  • 背光;
  • 键盘材料(夜光与否);
  • 电路的具体实现;
  • 某些次要功能的配置;
  • PCB 的大部分布局;
  • 红外发射 LED 的型号;
  • LCD 的斑马条。

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