一种单片机实现的嵌入式视频切换器

2006-05-07 15:49:37来源: 电子技术应用

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。

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(+5V RS-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

    矩阵切换电路以16×8为基本单元,可根据实际需要扩充为32×8、64×8、128×16等不同规模。控制电路可通过参数的设定控制不同规模的切换电路。所采用的芯片AD8111是一种高速视频切换矩阵,具有260MHz的视频带宽。AD8111可在并行或串行模式下工作,八个输出通道可任选十六路视频输入中的一路。并行模式(本次所用的为并行模式)下,在信号/UPDATE为高,/CE为低的条件下,当CLK为高时控制器发出更新数据,在CLK由高变低时,AD8111通过A0~A2和D0~D4管脚分别将数据送至输出和输入寄存器。其中A0~A2表示选中的输出;D0~D3为所对应的输入;若D4=1,则A0~A2表示的输出为选通状态,否则输出为高阻态。当/UPDATE由高变为低时,选中的输出与输入连通,矩阵的更改完成。

2 软件设计

    根据会议电视系统的整体要求,软件主要由主程序和串口中断服务子程序组成。编程时着重考虑了以下几方面:对整个控制器正确地初始化;对上级主控命令正确地分析、判断、处理;对矩阵的正确更新,对数据的及时保存(主程序流程如图4)。

2.1 主机控制命令

    主机发出的控制命令有两种。第一种是定长的,包含8个字节(见图5)。C3H是开始字节,5AH表示结束;地址1、地址2表示控制器在整个系统中所处的位置;数据1、数据2包含了对矩阵输入输出更新的具体信息;优先级代表了本次命令的优先级别,00H级别最高;校验字节为前6个字节之和。第二种命令是分组控制命令,长度不定(见图6),C5H 表示第二种控制命令的开始;地址1、地址2同第一类控制命令;数据0是本次分组命令所控制的输出通道;数据1至数据n是本次分组中的输入通道;校验字节为前几个字节之和对FFH取余;55H 表示本次命令的结束。

2.2 主程序

    控制器在没收到主机发送的控制命令时,会一直运行于主程序之中。主程序主要完成对系统的初始化;定时向看门狗电路发送电压翻转信号;对主机的控制命令发送回传信息。

    在初始化时,先从存储器中读取信息,判断读出的数据是否超出了矩阵的输入输出范围。若数据无误,则按此信息(一般是上次关机时控制器的状态)初始化矩阵。若发现某一数据有误,则按预先的约定初始化矩阵。控制器在向主机返回命令之前要判断回响标志,若标志为“1”,则调用回响主机的子程序,否则会跳过这一步,继续向看门狗电路发送电压翻转信号,以示其工作正常。

2.3 串口中断服务子程序

    一旦控制器检测到串口有数据到来,就会发出中断请求信号。单片机在执行完当前的指令后,会转向服务子程序(流程如图7)。在子程序内要完成对主控命令的判断、分析、处理,完成对矩阵的更改及信息的保存等任务。中断服务子程序也是软件设计的核心部分与难点之处。在接收完主机发送的命令之后,要处理的事务有:

    (1)判断命令是否正确。这包括判断命令是否正确;检查命令是第一类还是第二类。若是第一类命令,要检查其起始、结束字节和校验字节是否正确;输入输出是否在规定的范围之内。若是第二类命令,要保存分组信息,开启记时器。若检查有一点不对,将放弃该命令,恢复现场,退出服务子程序。

    (2)在确认命令正确无误后,要检查对应的输出是否被锁定。若锁定标志为“0”,则直接更改矩阵;若输出被某一主控命令锁定,那么就要比较新接收到命令的优先级与锁定的优先级的高低,高于锁定的优先级则可以更改矩阵,否则更改失败。

    (3)在更改矩阵之后,要及时地将更新信息写入存储器。并且将回响主机的标志置为“1”。

    退出中断服务子程序后,对主机命令的回响有两种情况。若更改成功,则将主控命令按相反的顺序返回主机;若因优先级低而更改失败,则将锁定的高优先级返回主机,防止主机继续发送此控制命令。

2.4 记时器中断子程序

    记时器中断子程序是用来实现分组功能的。控制器接收到主机的第二类命令时,记时器开始记时,然后每隔3分钟该组中的输出通道就会轮流接通所选中的输入,直到主机发出取消本次分组的命令。

3 可靠性分析

    为了提高整个系统的可靠性,设计时主要采取了以下措施:

    · I2C总线连接的E2PROM使得象在突然掉电这样的异常情况下,能保存住现场信息。

    ·看门狗电路具有自动复位的功能。

    ·通过光电耦合与主机的通讯,增强了抗干扰能力。

    ·应答式的数据通讯,再加上校验字节保证了通讯的可靠性。

    ·软件设计时对控制命令一系列的判断检查,能够确保对矩阵的正确更新,防止误操作。

    该控制器设计思路巧妙,充分利用了所选器材的资源,成本低廉。实际应用表明,该控制器工作稳定,容错能力强,具有很高的实用价值。

关键字:单片机  实现  嵌入式  视频

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/qrsxt/200605/4252.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
单片机
实现
嵌入式
视频

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved