一種單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的嵌入式視頻切換器

隨著多媒體通信技術(shù)的迅速發(fā)展，會(huì)議電視的理論研究和實(shí)用系統(tǒng)研制也得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的會(huì)議電視業(yè)務(wù)也以超出人們想象的速度得到推廣應(yīng)用。視頻矩陣切換電路是會(huì)議電視系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。要求具有以下功能：
　　?具有與多媒體電腦通訊的功能?？筛鶕?jù)實(shí)際安裝的不同需要，提供可選的通訊接口。
　　?對(duì)主機(jī)發(fā)送的命令具有分析、判斷、處理的功能。
　　?具有上電、掉電和死機(jī)等異常情況下的自恢復(fù)能力。
　　?對(duì)系統(tǒng)配置的更新具有保存的功能。當(dāng)上級(jí)控制命令對(duì)系統(tǒng)更改成功時(shí)，能及時(shí)保存所更改的信息。
　　考慮到該部分電路在系統(tǒng)中的獨(dú)立性和功能要求，決定選用89C51單片機(jī)作為主控CPU實(shí)現(xiàn)嵌入式的視頻矩陣切換；視頻切換電路則根據(jù)視頻通道的多少，可選用 MAX459、AD8111等不同的視頻矩陣切換芯片。
1 硬件構(gòu)成
　　硬件電路主要由單片機(jī)控制器、矩陣切換電路、通訊接口、I2C總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、看門狗電路及其它外圍電路組成。框圖如圖1所示。

1.1 單片機(jī)控制器
　　89C51單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)，采用CMOS工藝，與Intel的8051單片機(jī)在管腳功能上完全兼容。該控制器采用P0口作為矩陣切換數(shù)據(jù)的輸出口；P1口用來(lái)對(duì)矩陣切換發(fā)出/UPDATE、/CE等控制命令；P2口用來(lái)設(shè)置該控制器在整個(gè)會(huì)議電視系統(tǒng)中的地址。由硬件來(lái)設(shè)置控制器的地址可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，方便軟件的設(shè)計(jì)。
1.2 通訊接口部分
　　通訊接口可以根據(jù)實(shí)際安裝的不同需要，提供RS－232標(biāo)準(zhǔn)和RS－485標(biāo)準(zhǔn)，其波特率可由用戶編程設(shè)定。這部分電路主要由MAX202E(+5V RS－232接收發(fā)送器)、MAX491和光電耦合器件6N137構(gòu)成。
1.3 復(fù)位與看門狗電路
　　采用MAX813L作為電源監(jiān)視和看門狗電路。當(dāng)電源上電、掉電時(shí)，該芯片都可提供復(fù)位電平，并且當(dāng)其WDI管腳不能采集到翻轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，就會(huì)發(fā)送200ms的復(fù)位脈沖。單片機(jī)控制器采用P3.2腳定時(shí)向看門狗電路發(fā)送電壓翻轉(zhuǎn)信號(hào)，以示系統(tǒng)正常工作。當(dāng)由于外部干擾或其他原因?qū)е滤罊C(jī)時(shí)，看門狗電路會(huì)自動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。
1.4 I2C總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
　　I2C總線是由Philips公司提出的串行通訊接口規(guī)范，使用串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)來(lái)進(jìn)行主從器件之間的數(shù)據(jù)傳輸。I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)100Kbit/s，快速方式下可達(dá)400Kbit/s。在I2C總線傳輸中，開始和停止條件定義如下：當(dāng)SCL為高時(shí)，SDA由高變?yōu)榈蜑殚_始條件；當(dāng)SCL為高時(shí)，SDA由低變?yōu)楦邽橥Ｖ箺l件(如圖2)。SDAH和SCL都是雙向傳輸線，SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘高期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)才可以改變(如圖3)。輸出到SDA線上的每一個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個(gè)字節(jié)必須有一個(gè)應(yīng)答位。

在該控制器中，采用的串行E2PROM芯片是X24C04，SCL和SDA分別接單片機(jī)的P3.6和P3.7腳,數(shù)據(jù)的讀寫完全由軟件控制。
1.5 矩陣切換電路
　　矩陣切換電路以16×8為基本單元，可根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)充為32×8、64×8、128×16等不同規(guī)模?？刂齐娐房赏ㄟ^(guò)參數(shù)的設(shè)定控制不同規(guī)模的切換電路。所采用的芯片AD8111是一種高速視頻切換矩陣，具有260MHz的視頻帶寬。AD8111可在并行或串行模式下工作，八個(gè)輸出通道可任選十六路視頻輸入中的一路。并行模式(本次所用的為并行模式)下，在信號(hào)/UPDATE為高，/CE為低的條件下，當(dāng)CLK為高時(shí)控制器發(fā)出更新數(shù)據(jù)，在CLK由高變低時(shí)，AD8111通過(guò)A0～A2和D0～D4管腳分別將數(shù)據(jù)送至輸出和輸入寄存器。其中A0～A2表示選中的輸出；D0～D3為所對(duì)應(yīng)的輸入；若D4＝1，則A0～A2表示的輸出為選通狀態(tài)，否則輸出為高阻態(tài)。當(dāng)/UPDATE由高變?yōu)榈蜁r(shí)，選中的輸出與輸入連通，矩陣的更改完成。