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I2C总线上电压失常故障的分析与检修 - 10 -I2C总线上电压失常故障的分析与检修 孙德印采用I2C总线控制技术的电视机,微处理器(CPU)仅通过数据线SDA和时钟线SCL两根传输线(以下将SDA、SCL简称总线)与所有的被控集成电路(IC)、存储器相连接。常见I2C总线控制电路如图1所示。CPU的总线输出端通过上拉电阻RP接+5V电源,为CPU的I2C总线输出端口内电路供电。被控电路与总线之间接有隔离电阻R。为保证总线安全可靠的工作,总线上有的还接有防止高压损坏总线电路的稳压保护二极管D,滤除干扰脉冲的高频电容C。一般常见彩电只有一对总线,根据机型和电路结构的不同,有的彩电采用两对或三对总线。每对总线根据需要,最少挂接一只被控IC,也可挂接多只被控IC。综观整个I2C总线系统,总线的一端与主控器CPU和存储器相连,另一端与被控集成电路相连,主控器CPU对被控集成电路的所有控制、调整、检测信息都是通过总线来传输的,总线是连接主控器和被控器的纽带。当主控器、存储器、被控器、总线电路中任何一个发生故障时,都会引起总线上的电压发生变化,特别是总线接口电路发生故障时,不但该电路自身工作失常,还会影响总线上其它电路的信号传输,波及其它电路工作失常,出现千奇百怪的故障现象。轻则光栅几何失真,图象伴音失调,多重故障并存,有的故障还时隐时现;重则图声消失,操作控制失灵,甚至停机保护;更为严重的还会造成I2C总线系统控制失灵,整机瘫痪。因此,总线上的电压,反映了整个I2C总线系统的工作情况,检修和排除总线电压失常的故障,是维修I2C总线系统的关键。一. 引起总线上电压失常的原因和检修方法 I2C总线系统传送的是脉冲数字信号,总线上要传送少则十几项、多则数百项的的控制项目和数据,被控集成电路通过内部接口电路对总线上的信号进行译码、识别和数模转换后,才能实现对电路的控制。I2C总线系统的CPU与被控集成电路之间采用的是双向传输,不但CPU向被控集成电路发出控制信号,被控集成电路还向CPU发送应答信号,CPU根据被控集成电路的应答信号和总线上的通信情况,对整机的工作状态进行检测,并提供自检信息。总线上传输的信号因项目和数据的不同而千差万别,根据现有的测试仪器和测试手段,无法通过对总线上的脉冲控制信号的识别和检测,来判断信号是否正常和确定故障部位。只能通过测量总线上的电压和波形的有无、大小来间接判断总线系统是否正常。I2C总线系统空闲时,总线上挂接的主、被控集成电路接口的输出管均截止,上拉电阻上无电压降,总线上的电压接近并略低于CPU的电源供给电压。根据机型和供电电压的不同,以及总线电路的差别,一般在3.5V5V左右。当按压电视机上或遥控器上的功能键时,总线进入工作状态并传输信号,发送信号的集成电路接口电路内的输出管进入脉冲放大状态,总线上有脉冲信号输送,总线的上电压稍有下降,并且微微抖动。1、总线电压失常的原因。经维修实践证明,在供给电压正常的情况下,I2C总线系统发生故障时,总线上的电压变化和故障原因如下:总线上的电压固定在空闲时的高电平,按压功能键时,电压不抖动。故障原因:这说明CPU的总线端口没有数据和时钟信号输出,可用示波器测试波形做进一步确认,如果CPU工作条件正常,一是CPU的总线控制脚处于关断状态。二是CPU本身损坏。总线上的电压在高电平附近一直抖动。故障原因:CPU与被控电路之间的传输电路开路,通信中断。使CPU接收不到被控集成电路的应答信号,CPU无法做出正确判断,CPU不断发出信号,等待应答。总线上的电压都在2V3V左右。故障原因:被控集成电路总线接口电路供给电压失常或中断,使接口电路以总线上的电压维持工作,将总线上电压拉低。总线上的电压很低,甚至为0。故障原因:一是总线与电源之间的上拉电阻开路。二是总线或总线上挂接的保护、抗干扰元件与地短路或漏电,三是被控集成电路或主控CPU接口电路对地漏电或短路。总线上的电压正常,但控制失常。故障原因:一是数据线与时钟线之间短路漏电。二是CPU或存储器中软件故障。2、检测总线电压失常的方法检查CPU的工作条件和矩阵电路。与检修传统彩电一样,首先检测CPU的供电、复位、晶阵三个工作条件是否正常,然后检查矩阵电路有无漏电、短路的故障。确保CPU进入正常的工作状态。检测总线上的电压。如果总线上的电压异常,可采用二分为三的分割法,从I2C总线系统的主控器CPU输出端和被控集成电路输入端的总线断开,将电路分为主控器、总线、被控器三部分。然后测量和监视总线上的电压是否恢复正常。具体分割分两步:第一步,在主控器CPU的总线输出端(保留上拉电阻和存储器)将总线断开,通电测量CPU的总线输出端电压,通过测量CPU总线输出端电压,判断CPU是否正常。如果断开后CPU输出端口电压恢复正常,则为总线或被控集成电路故障,否则为CPU或存储器故障。第二步,恢复CPU输出端总线,逐个断开被控集成电路总线输入端,逐个监测总线上的电压,判定被控集成电路是否正常。如果断开某个被控集成电路总线输入端后,总线上的电压恢复正常,则为该被控集成电路故障,常见为被控集成电路接口电路损坏,电源供给中断或偏低,复位或晶振电路故障等,导致总线上电压下跌。如果全部被控电路总线输入端均被断开,总线上的电压仍不正常,则是总线传输电路故障,常见为过压保护电路击穿,隔离电阻开路,高频干扰滤波电容击穿,总线传输线路采用的射随器和控制集成电路损坏、击穿、漏电等。用逐段二分之一分割法,配合电阻、电压测量,会很快找到故障。二. 总线上电压失常检修实例1、微处理器故障,致使总线电压失常CPU是I2C总线系统的指挥中心,I2C总线系统传输时间、对象、方向、内容均由CPU统一协调和控制,。当CPU电路发生故障时,整机完全不能工作,出现不能开机、开机后马上保护、白光栅、暗光栅、无图无声等故障现象。例1:长虹C2919P画中画彩电,有时工作正常,有时无法开机或自动关机。分析与检修:检查开关电源和行扫描电路未见异常。检测CPU遥控开关机电路发现CPU 脚有时不能输出开机指令电压。检查CPU的工作条件,脚供给电压5V正常,检查复位电路正常,检查和测量晶振ZA09时,测量电压时表笔刚触到ZA09某一脚,电视机居然恢复正常。仔细观察晶振ZA09有脚虚焊,将其补焊后恢复了正常。例2:海尔HP3408彩电,指示灯亮,开机三无。分析与检修:先查电源电路,+B140V和其它输出直流电压正常。查行扫描电路,行输出管基极无推动电压。查行推动级V901,集电极电压仅8V,检查集电极电压供给电路,R902(2K/5W)阻值正常,另一端接140V也正常,是行推动级V901漏电或饱合造成的,查基极电压为0.76V,正常时为0.4V,确属饱合状态。向前查行推动信号的来源N301(TDA8844)的脚,也为0.76V。怀疑TDA8844内部损坏,换之无效。测量TDA8844各脚电压,发现其总线接口电压偏低。检查CPU(N101:WH2000C)的总线接口输出端,脚时钟线电压仅1.2V,脚数据线为2.2V,均明显偏低。保留上拉电阻,断开被控电路,CPU的总线电压仍偏低,说明CPU有故障,检查其外围电路和工作条件,+5V电压和复位电压正常,当更换晶振X101(7.3MHZ)后,故障消失。由于X101晶振不良,导致CPU不能正常工作,总线电压降低,整机失控,TDA8844无行推动信号输出,过高的直流输出电压使行推动管饱合,导致整机三无。例3:海尔29F66彩电,开机三无。分析与检修:通电测量主电源有+B130V输出,但瞬间降为0V。检查行输出电路无明显短路故障。测+5V供电正常,测量CPU总线电压为0。断开总线的外电路,CPU的总线输出电压仍为0。怀疑CPU电路损坏。检查CPU(N101:NP83C266BDRNA)外围电路,发现其脚外接的过流保护电路中,(见图2所示),VD758击穿,直观检查,发现CPU表 面有烧焦的痕迹。更换VD758和N101后,开机依旧三无。检查CPU已处于开机状态,电源+B和各路输出电压正常。检修行扫描电路,无行推动信号,向前查N301:TDA8844无行推动信号输出,手摸N301温度偏高,测量电源供给输入端脚对地电阻明显变小,怀疑TDA8844过压损坏。检查低压电源上的其它电路,N502:SAA4961也因过压损坏,全部更换后,故障彻底排除。该例造成大面积损坏元件的罪魁祸首是VD758。由于VD758质量不佳,因耐压太低而击穿,将24V电压加到CPU上,使CPU损坏。同时该电压又经VD757和VD756加到低压电源+5VA和+8V电路中,造成N301和N502击穿损坏。为稳妥起见,将VD758改为耐压较高的1N1004,并且在CPU的脚与地之间接6.8V稳压管,+8V和+5VA与地之间分别并联12V和6.8V稳压管,作过压保护,以免再次损坏上述元件。2、存储器故障,致使总线电压失常存储器是I2C总线系统的数据库,CPU进行控制和调整的依据是存储器中的数据。当存储器发生故障时,轻者数据出错,严重的总线系统功能紊乱,甚至使整机完全不能工作,例4:松下TC25GF12G彩电,电源指示灯亮,按电源启动键,待命指示灯亮,三无。分析与检修:首先检查CPU IC1213(MN1874033TNW)的三个工作条件正常,测量、脚的数据线及时钟线电压异常。断开、9脚外接被控电路,总线上电压仍然异常,最后断开存储器IC1211时,总线电压恢复了正常,电视机可正常启动,说明存储器损坏。更换IC1211后,由于存储器是空的,需进行初始化操作,查阅该机相关资料,该机属松下M17机芯,初始化操作如下:1、在断电时,用短导线短接IC1213的3脚与地线之间。2、通电开机进行自动初始化。3、断开短路线,进入维修状态,对需要调整的项目进行个别调整。调整后,遥控关机,机器便恢复正常状态。例5:长虹C2919P彩电,打开电源绿色指示灯亮,二次开机无光无声。分析与检修:检查CPU的工作条件正常,测总线的电压异常,断开存储器后,总线电压恢复正常,判断存储器DQA07(UPD6252)损坏。在市场上购买一只UPD6252更换后,机器不能完全恢复正常,估计是空存储器,需要进行初始化操作,写入数据后才能恢复正常。查阅该机相关资料,该机属NC3机芯,根据资料介绍的方法进行数据输入,方法是:开机,同时按遥控器上的“下”和“TV/AV”转换键,再按顺序按遥控器上的“1”、“0”、“4”、“8”键,此时屏显为“M”字符,表明进入维修状态。按遥控器上的“下”键和“菜单键”选择调整项目,按遥控器上的音量“+”、“”键调整项目数据。根据该机调整资料调整后,退出维修状态,整机恢复正常。例6:东芝2939XP彩电,开机电源指示灯亮,但无光、无图、无声。分析与检修:指示灯亮,说明电源电路基本正常,故障应在CPU控制和行扫描电路。先查CPU(ICA01)的三个工作条件正常。检查I2C总线电压偏低,逐个断开被控IC监测总线电压,当断开存储器ICA07(UPD6254)后,总线电压恢复正常,判断ICA07损坏。更换后进行初始化,将数据全部写入后,整机恢复正常。3、总线关断脚故障,致使总线电压失常某些彩电的CPU设有总线控制开/关脚,主控CPU是否有I2C数据输出,受该脚电压的控制。多为高电平总线开,CPU输出总线信号;低电平总线关,CPU不输出总线信号,处于生产模式调试状态,由计算机接入总线进行初始化操作。如果总线控制脚外围元件故障,造成该脚电压下降,就可能将总线信号关断。例7:长虹N2516彩电,自动搜索节目时,能收到电视节目,节目号变化正常,但搜索完毕后不记忆,无图无声,光栅暗淡。分析与检修:该机为CN5机芯,测CPU37、38脚总线电压失常,断开37、38脚外部电路后,仍无总线脉冲信号输出,怀疑CPU电路故障。按常规检查CPU的工作条件,电源、晶振、复位电路均正常,外接矩阵电路也无短路、漏电现象。怀疑CPU损坏,更换CPU后故障依旧。查阅有关资料,得知该机CPU设有总线控制脚,检查该机的总线控制脚36脚电压,仅2V左右。正常时高电平5V时有总线信号输出,低电平0V时,总线关断。检查36脚外围元件R235、C207,发现C207漏电,更换后该脚电压恢复高电平,总线信号恢复正常,故障排除。4、总线传输电路故障,致使总线电压失常时钟、数据总线电路是连接主控电路和被控电路的纽带。总线电路开路时,会造成主、被控电路通信中断,根据断开电路的部位和机型不同,轻者个别中断通信电路失控,相应工作状态改变,重者停机保护。当总线电路挂接的抗干扰电容、保护二极管等元件发生短路、漏电故障时,会使总线上电压降低,影响整个控制系统正常工作,轻者故障时隐时现,多种故障并存,重者停机保护。例8:长虹G2966彩电,开机后有时光栅枕形失真,有时出现黑屏,但有字符显示,只是字符显示位置偏移。分析与检修:出现多种不稳定奇异故障,多为I2C总线故障,测CPU、脚总线电压,发现脚SCL电压失常,分别断开脚SCL时钟线上的各被控IC接口,电压仍不正常。检查脚SCL时钟传输电路上的元件,发现RA68变质。更换后,脚电压恢复正常,接上被控IC,故障未再出现。例9:长虹T2981彩电,开机后黑屏,无图无声有字符显示。分析与检修:该机采用NC7机芯,其CPU的I2C输出端传输线上,增加了VQM10、VQM11两个三极管,分别对SCL和SDA信号放大后从发射极输出,再送往各被控电路,使CPU带负载能力增强。查CPU总线输出端、脚电压正常,而两个射随三极管的发射极却无电压,基极电压也为0V。查基极偏置电路,发现12V电源与基极之间的稳压二极管开路,使两个三极管失去偏置电压而截止,造成总线信号中断。整机失控。更换稳压二极管后,故障排除。例7:青岛TC2929彩电。图象模糊,光栅暗淡且枕形失真,图象中伴有红色回扫线。分析与检修:故障既可能是小信号处理电路IC501(TA8783)故障,也可能是I2C总线系统故障。由于多种故障并存,先查I2C总线系统。见图3。测量IC501的总线接口、 脚电压,均偏低,向前查CPU(ICA01)的总线输出端、脚电压正常。该机SCL、SDA总线信号经射随器QA12、QA02后再与被控电路相接,检查QA12、QA02电压,基极电压仅3V左右,发射极电压仅2.3V。查基极偏置电路,DA01稳压值变大。使两个射随器输出电压下降,信号幅度变小,造成IC501失控。换之,光栅和图象恢复正常。例8:海信TC2929DSP彩电,光删暗淡,无图无声,除遥控关机外,其它遥控和电视机上的按键均失效。分析与检修:判断故障在CPU极其总线控制系统。先查CPU工作条件,未见异常。检测CPU总线上的电压,SDAH和SCL信号线上的电压都在4.8V左右抖动,这是CPU收不到被控集成电路应答信号的故障特征,CPU收不到被控集成电路的应答信号时,就不断的重复发送寻址信号,等待应答,造成总线上电压抖动。在该机中,CPU与ICA01、IC302之间的通讯不采用应答的方式,只对N501(TA8783N)采用应答方式。检测CPU与N501之间的总线传输电路和N501,发现N501附近的总线电路虚焊,补焊后,故障排除。5、被控电路故障,致使总线电压失常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,造成其它电路失控,引发多种故障。例9:东芝2939XP彩电,开机后有光栅、无图无声、操作失灵。分析与检修:判断故障在CPU及总线控制电路。先对CPU(CXP85332108)的、脚的5V工作电压,、脚外接晶振电路和脚的复位电压进行检测,均正常。检查、脚总线输出端电压均偏低,脉冲波形与同机型相比,幅度小、波形不同。逐一断开被控IC,监测、脚电压和波形,当断开音频控制电路ICG01(TA8776N)后,总线电压和波形恢复正常,判断ICG01损坏,更换一只TA8776N后,恢复电路,图声再现,操作也恢复了正常。例10:海尔HS2558D彩电,自动搜索时不能存储。分析与检修:该机采用A6机芯,自动搜索存储时必须有3个信号同时送入CPU。1、小信号处理电路N201(LA7687A)脚的中频识别信号送入CPU(N801:LC864512V5D18)脚;2、N2017脚的AFT信号送入N801 脚;3、N201脚的行同步识别信号送入N801 脚。检测以上信号和电压未见异常。检查存储器电压,发现数据线和时钟线上的电压都很低,仅为1.2V,比正常时4.8V低许多。该机总线上只挂接了存储器N802和伴音信号处理电路N3401(TDA8424)。见图4所示。 检测上拉电阻正常,试断开N3401总线引脚、脚,通电测CPU、脚电压升为4.8V,同时自动搜索存台也恢复正常,只是暂无伴音。更换N3401后,故障排除。例11:长虹G2966彩电,有光栅、无图无声。分析与检修:测量CPU输出的总线上电压,电压偏低,操作功能失效。逐个测量各被控电路的输入端电压,发现高频调谐器的总线接口电压最低,仅2V左右。断开高频头总线引脚,总线上电压恢复了正常,各项操作也正常了。判断高频头内部损坏。更换高频头后,故障排除。例12:长虹T2982彩电,自动搜索时无图象、黑屏,但字符显示正常。分析与检修:该机是CN7机芯。查电源供给各组电压正常。检查I2C总线系统,CPU总线接口电压偏低。从CPU附近保留上拉电阻断开总线,CPU总线端电压恢复正常,是被控电路故障。恢复CPU总线,逐个断开被控电路试之,当断开小信号处理电路NZ02(TB1227AV)的总线接口端、脚时,总线电压恢复正常。故障在NZ02电路,查其外围电路未见异常。更换NZ02后,故障排除。例13:长虹CD2588D彩电,光栅正常,无图无声。分析与检修:进入搜索状态,搜索时有黑白图象,搜索后不能记忆。输入AV信号也无图无声。初步判断CPU基本正常,故障在存储器。检测存储器N202(AT24C04)的电压,脚上的SDA电压仅0.15V,远低于正常时的3.8V。断开N202的5脚,SDA电压仍为0.15V,说明故障与存储器无关。再逐个断开SDA上的被控集成电路SDA线接口,当断开N701(AN5905K)的脚时,SDA线上的电压恢复正常。检测N701的脚对地电阻,与正常值无明显差别。更换N701后,故障排除。例14:TCL-2989GH彩电,有时开机正常,有时不能开机,两个指示登均亮,始终处于待机状态。分析与检修:检测电源电压,+B143V仅40V,其他3组电压也偏低,测量CPU的工作条件正常,CPU的开关机控制端脚电压为0.6V,处于待机状态。按遥控器和电视机上的节目+和开关机键均不能进入开机状态。测量CPU的SDA、SCL总线上的电压,均为5V,处于总线关断状态。逐个断开被控集成电路总线接口,检测总线上的电压。当断开画中画板的插头CN804和CN801时,故障排除。检测画中画电路,发现供电电压偏低,为7.5V,检测该供电电路,发现IC904(7808)发热严重,特别烫手。怀疑IC904稳压特性不良。换之,8V电压恢复正常,恢复画中画电路,故障排除。6、被控集成电路供电电路故障,致使总线电压失常由于被控集成电路接口电路多设计成“与”电路,总线与接口电路内部三极管相接,当被控IC接口电路电源开路时,接口电路以总线上的电压为电源维持工作,由于接口电路电流较大,而总线上的上拉电阻阻值较大,上拉电阻上压降增加,将总线电压拉低,影响总线上信号的传输,整机失控,引发多种奇怪故障。例15索尼KCS29MH1彩电,收看中突然无图无声,原来存储的节目全部丢失。重新搜台时,能搜索到节目,但不能存储,而且无声、彩色制式不对而无色。关机后再开机,有时又一切正常,且数日内不再发生故障;有时开机时又会发生上述故障。分析与检修:有光栅、且能搜台,说明电源和CPU基本正常。无声、制式不对和不能存储三种故障并存,且同时发生和消失,故障最大可能在I2C总线控制系统。测量CPU板输出插座CN002各脚电压,发现脚SCL和脚的SDA电压均偏低,由正常时的4.8V降为2.8V左右。为了区分造成总线电压下降的故障范围,先将CN002的、脚与外电路断开,开机测、脚电压恢复4.8V,说明CPU电路正常,故障由总线电路或被控电路引起。该机挂接在总线的被控电路较多,各单元电路板均通过插座与主板相接。焊上CN002的、1脚,逐个断开SCL和SDA传输电路通往各单元电路插座的引脚,并监测总线电压。当断开去往A1板的插座CN1119中的脚CLK和脚DAT时,总线电压恢复了正常,说明故障点在A1板上,测量A1板电压,发现IC207的电源脚脚无电压,查其供电电路,稳压块IC208(7809)焊脚裂纹开焊,补焊后再开机,总线电压恢复正常,故障排除。例16:索尼KVF29MF1彩电,不能正常启动,有继电器吸合声。分析与检修:先查电源各组电压,正常。再查I2C总线系统,SDA、SCL电压均由正常的4.8V降为3V左右。如上例,逐个断开各被控IC总线,当断开去往IC202(TA8776N)的总线时,CPU输出端总线恢复正常。检查IC202电压,脚电源端也为0V,查其供电电路,9V稳压块虚焊,重新焊好,恢复电路后,故障排除。7、行、场逆程脉冲或沙堡脉冲电路故障,致使总线电压失常行、场逆程脉冲丢失或沙堡脉冲电路故障在I2C总线电路中,有时也会影响总线上的电压。可能是CPU检测到该脉冲失常进入保护保护状态,切断总线控制信号的缘故。例17:东芝2518彩电,开机后光栅极暗,无图无声无字符。分析与检修:无图、无声、无字符三个功能均与小信号处理电路IC501(TA8783N)有关,测量IC501的、脚电压由正常时的3.2V降为0.4V。造成三个视放电路截止。查IC501其它各脚电压,脚、脚供给电压正常;脚、脚的总线电压偏低,由正常时的5V降为3V,脚行逆程脉冲输入端由正常时0.6V降为0V。断开、脚测量总线上的电压,上升到5V。看来总线上电压偏低确由IC501引起的,而TA8783N价格昂贵,为稳妥起见,再查一下脚降为0V的原因,用示波器观察,脚无行逆程脉冲输入,检查行逆程脉冲输入电路,发现行输出变压器T461的脚有裂纹,补焊后,脚行逆程脉冲恢复正常。试将总线接口电路接好,整机恢复了正常。例18:TCL2929A彩电,白光栅,无图、无声,无字符显示。分析与检修:检查小信号处理电路TB1238,其供给电压、AGC电压等均未见异常。联想到无字符显示,怀疑CPU(TCLM6)工作不正常,于是检查CPU的、脚字符振荡及脚行逆程脉冲、脚场逆程脉冲电路,用示波器观察各脚波形。发现脚无场逆程脉冲,而场输出电路,IC301(TA8427)的脚波形正常。检查IC301脚至CPU 脚的场脉冲输送电路,发现CPU脚外接限流电阻R304(100K)开路。换新后,不但字符显示恢复正常,而且图象和伴音也恢复了正常。例19:TCL3498GH彩电,开机三无,两个指示灯都亮。分析与检修:两个指示灯都亮,属保护故障。查电源电路正常,行扫描也已工作,只是三个视放管均截止。检查CPU及I2C总线控制系统,发现CPU的、脚的SDA、SCL总线上的电压均为5V,说明总线处于空闲状态;正常时,SCL线上的电压为3.1V,SDA上的电压为2.8V;检测CPU的工作条件和总线接口电路,未见异常;分析是被控集成电路故障,致使CPU进入保护状态,TDA8351将R、G、B驱动电压降低,三个视放截止。检查TDA8376各脚电压,脚的尖脉冲电流抑制输入端电压为3.2V,脚EHT过载保护输入端电压为1.8V,均正常。后来检查脚,发现没有沙堡脉冲输入,向前检查产生沙堡脉冲的TDA8351AQ场输出电路,其脚也无该脉冲;检测脚外围元件未见异常,怀疑TDA8351AQ内部损坏,换之,故障排除。8、保护电路故障,致使总线电压失常有的电视机保护电路进入保护状态时,采用将总线电压拉低的方法,使CPU及其I2C控制系统停止工作,达到保护的目的。例20:飞利浦新视霸彩电

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