一种单片机实现的嵌入式视频切换器

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:653

作者：长沙国防科技大学电子科学与工程学院atr重点实验室（410073）邱兆坤王伟陈曾平叶伟黄小红来源：《电子技术应用》

摘要：介绍一种以单片机为主控ｃｐｕ的嵌入式视频切换器，简述其工作过程、硬件构成、软件设计。该切换器已成功地应用于湖南省地县电视会议系统中，实际应用表明，切换器工作可靠、成本低廉，具有很强的通用性和很高的实用价值。该切换器亦可用于普通的多媒体监控系统。 关键词：８９ｃ５１单片机视频切换嵌入式ｉ２ｃ总线

随着多媒体通信技术的迅速发展，会议电视的理论研究和实用系统研制也得到了迅速发展。近年来，我国的会议电视业务也以超出人们想象的速度得到推广应用。视频矩阵切换电路是会议电视系统的关键部件。要求具有以下功能：

·具有与多媒体电脑通讯的功能。可根据实际安装的不同需要，提供可选的通讯接口。

·对主机发送的命令具有分析、判断、处理的功能。

·具有上电、掉电和死机等异常情况下的自恢复能力。

·对系统配置的更新具有保存的功能。当上级控制命令对系统更改成功时，能及时保存所更改的信息。

考虑到该部分电路在系统中的独立性和功能要求，决定选用８９ｃ５１单片机作为主控ｃｐｕ实现嵌入式的视频矩阵切换；视频切换电路则根据视频通道的多少，可选用ｍａｘ４５９、ａｄ８１１１等不同的视频矩阵切换芯片。

1 硬件构成

硬件电路主要由单片机控制器、矩阵切换电路、通讯接口、ｉ２ｃ总线数据存储器、看门狗电路及其它外围电路组成。框图如图１所示。

1.1 单片机控制器

８９ｃ５１单片机是ａｔｍｅｌ公司生产的８位单片机，采用ｃｍｏｓ工艺，与ｉｎｔｅｌ的８０５１单片机在管脚功能上完全兼容。该控制器采用ｐ０口作为矩阵切换数据的输出口；ｐ１口用来对矩阵切换发出／ｕｐｄａｔｅ、／ｃｅ等控制命令；ｐ２口用来设置该控制器在整个会议电视系统中的地址。由硬件来设置控制器的地址可以增强系统的可靠性，方便软件的设计。

1.2 通讯接口部分

通讯接口可以根据实际安装的不同需要，提供ｒｓ－２３２标准和ｒｓ－４８５标准，其波特率可由用户编程设定。这部分电路主要由ｍａｘ２０２ｅ（＋５ｖｒｓ－２３２接收发送器）、ｍａｘ４９１和光电耦合器件６ｎ１３７构成。

1.3 复位与看门狗电路

采用ｍａｘ８１３ｌ作为电源监视和看门狗电路。当电源上电、掉电时，该芯片都可提供复位电平，并且当其ｗｄｉ管脚不能采集到翻转信号时，就会发送２００ｍｓ的复位脉冲。单片机控制器采用ｐ３．２脚定时向看门狗电路发送电压翻转信号，以示系统正常工作。当由于外部干扰或其他原因导致死机时，看门狗电路会自动发出复位信号。

1.4 ｉ２ｃ总线数据存储器

ｉ２ｃ总线是由ｐｈｉｌｉｐｓ公司提出的串行通讯接口规范，使用串行数据线（ｓｄａ）和串行时钟线（ｓｃｌ）来进行主从器件之间的数据传输。ｉ２ｃ总线上的数据传输率可达１００ｋｂｉｔ／ｓ，快速方式下可达４００ｋｂｉｔ／ｓ。在ｉ２ｃ总线传输中，开始和停止条件定义如下：当ｓｃｌ为高时，ｓｄａ由高变为低为开始条件；当ｓｃｌ为高时，ｓｄａ由低变为高为停止条件（如图２）。ｓｄａｈ和ｓｃｌ都是双向传输线，ｓｄａ线上的数据在时钟高期间必须是稳定的，只有当ｓｃｌ线上的时钟信号为低时，数据线上的状态才可以改变（如图３）。输出到ｓｄａ线上的每一个字节必须是８位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个应答位。

在该控制器中，采用的串行ｅ２ｐｒｏｍ芯片是ｘ２４ｃ０４，ｓｃｌ和ｓｄａ分别接单片机的ｐ３．６和ｐ３．７脚数据的读写完全由软件控制。

1.5 矩阵切换电路

矩阵切换电