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一種基于單片機控制的數(shù)字視頻混合器
摘要：介紹一種基于AT89C8252單片機的數(shù)字視頻混合器的硬件構成和軟件設計。實際應用表明，該數(shù)字視頻混合器操作方式簡單靈活、可靠性高，有較好的市場價值。關鍵詞：AT89C8252單片機 視頻混合器
近幾年，數(shù)字電視技術發(fā)展很快，數(shù)字視頻混合器可以將兩路或多數(shù)數(shù)字視頻信號按照一定的算法混合成一路或多路數(shù)字視頻信號。作為數(shù)字視頻信號的基本處理單元，該混合器在數(shù)字電視節(jié)目的編輯制作和播控傳輸系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。
本文介紹的基于單片機控制的數(shù)字視頻鍵控混合器具有以下特點：內(nèi)含兩級串聯(lián)的鍵控混合器，可以在主信號中鍵兩入兩路附加數(shù)字信號，如時鐘臺標或各種字幕標識；可以遠程遙控，也可現(xiàn)場按鍵控制；可以隨時更新和保存系統(tǒng)配置，改變系統(tǒng)功能和技術參數(shù)；該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，對掉電、死機等異�，F(xiàn)象有自復位能力。
整個系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，硬件包括數(shù)字混合部分和單片機控制部分。
圖1 數(shù)字混合硬件框圖
1 數(shù)字混合部分
輸入的數(shù)字信號有背景信號、鍵控信號和填充信號，輸出三路數(shù)字信號和一路模擬信號。數(shù)字混合部分的硬件框圖如力1。
串行數(shù)字視頻輸入處理器GS9020A專門設計來接收SMPTE 259M的串行數(shù)字信號。它具有錯誤檢測和處理能力，保證了串行數(shù)據(jù)的完整性；可以直接與GS9035A或者GS9025A連接，提供8位并行口和I2C串行口與外部微處理器通信。本系統(tǒng)通過I2C總線讀取、配置GS9020A狀態(tài)。
TMS2081是數(shù)字視頻處理器，以GBR、YCB、CR或者彩色序列格式，按比例混合數(shù)字視頻。α通道控制下，按M=(α)V1+（1-α）V2（0≤α≤1）完成同時淡出及淡入功能。TMS2081提供微處理器I/O口。
錯誤檢測和處理協(xié)處理器GS9021根據(jù)SMPTERP-165執(zhí)行錯誤檢測和處理，可與GS9002、GS9022或者GS9032串行數(shù)字編碼器接口，產(chǎn)生行同步、場消隱和場序列信號。提供8位并行口和I2C串行口與外部微處理器通信。本系統(tǒng)通過I2C讀取、配置GS9021狀態(tài)。
CMOS芯片SAA7121是數(shù)字視頻編碼器，將數(shù)字亮度和色差信號同時編碼成CVBS和S-視頻模擬信號，也支持NTSC-M、PAL B/G和子標準。輸入信號可以是YCBCR(CCIR 656)或者MPEG解碼數(shù)據(jù)；對Y、C和CVBS有三個數(shù)據(jù)轉換器�；揪幋a函數(shù)由副載波生成、彩色調(diào)制和同步信號內(nèi)插組成。SAA7121提供I2C總線接口，可按主動方式或從動方式工作。本系統(tǒng)通過I2C接口配置SAA7121。
2 單片機控制部分
基于單片機的控制電路如圖2所示。其完成如下功能：與PC串行通信，傳輸命令和數(shù)據(jù)；通過8位并行接口讀寫TMC2801；通過I2C總線讀寫SAA7121、GS9020A和GS9021；保存、更新系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)；鍵控功能，按鍵完成顯示或不顯示附加數(shù)字信號。
2.1 AT89S8252單片機
AT89S8252是ATMEL公司的8位CMOS單片機，與MCS-51系列兼容。主要特片：8K字節(jié)的FLASH程序存儲器（ROM），2K字節(jié)的片內(nèi)EEPROM，256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM），三個16位的定時/計數(shù)器，提供SPI串行接口和看門狗定時器。
選用AT89S8252的原因是：片內(nèi)EEPROM可以保存數(shù)據(jù)且掉電不丟失；看門狗具有掉電、死機等異�，F(xiàn)象自復位能力，可以提高混合器的穩(wěn)定性；與MCS-51系列兼容。
2.2 通信接口
通信接口提供RS-485標準，接口電路主要由MAX488（RS-485接收發(fā)送器）構成。RS-485標準不僅與RS-232兼容，而且適合遠距離傳輸數(shù)據(jù)。
圖2 單片機控制電路
3 軟件設計
根據(jù)單片機控制功能的要求，軟件有主程序和串口中斷子程序兩部分，主程序流程圖如圖3所示。編程側重點是：混合器初始化；鍵控功能；對PC命令的判斷和執(zhí)行；更新系統(tǒng)配置及對數(shù)據(jù)的保存。
3.1 訪問EEPROM和看門狗設置
AT89S8252有看門狗和EEPROM控制寄存器WMCON。
；寫一字節(jié)
SETB WMCON.3 ；訪問EEPROM使能
SETB WMCON.4 ；寫EEPROM使能
MOVX @DPTR，A ；寫一字節(jié)，尋址范圍0000H～07FFH
JNB WMCON.1$ ；WMCON.
1，準備下一次訪問
CLR WMCON.4
CLR WMCON.3 ；MOVX指令可以訪問外部數(shù)據(jù)存儲器
從EEPROM讀字節(jié)與寫過程相似。
WMCON.0是看門狗使能位，WMCON.1是看門狗復位位（單片機復位后為1），WMCON.5～7可以設定看門狗的時鐘周期（16～2048ms）。如果在看門狗的時鐘周期內(nèi)，沒有設置看門狗復位位或者沒有關閉看門狗，內(nèi)部復位信號會復位單片機。
3.2 與PC串行通信
PC與單片機通信的數(shù)據(jù)格式有三種：命令長度+命令號；命令長度+命令號+讀數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N+首地址+校驗和；命令長度+命令號+寫數(shù)字字節(jié)數(shù)N+首地址+數(shù)據(jù)1+…+數(shù)據(jù)N+校驗和。命令長度、命令號、讀\u20889寫數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N、首地址和數(shù)據(jù)n(1≤n≤N)都是一字節(jié)，用16進制表示。命令長度整個命令格式字節(jié)數(shù)。校驗和=命令號+讀數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N+首地址，或者校驗和=命令中+寫數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N+首地址+數(shù)據(jù)1+…+數(shù)據(jù)N。例如：顯示附加數(shù)字信號1并且1號LED亮，PC發(fā)送0x02 0x01；讀1號TMC2081的00～03控制存儲器，PC發(fā)送0x5 0xB 0x4 0x0 0xF；寫0x0 0x21 0x1D 0x0到SAA7121的27～2A存儲器，PC發(fā)送0x9 0xC 0x4 0x27 0x0 0x21 0x1D 0x0 0x13。
圖3 主程序流程圖
在單片機的串口中斷子程序中，根據(jù)接收到的命令長度判斷是否接收到一個完整的命令格式。如果接收到一個完整命令格式就設置標志位FLG1（如圖3）根據(jù)這個標志位進入主程序中處理PC命令的程序，由接收到的命令號識別各種PC發(fā)送命令。例如，1號命令是顯示附加數(shù)字信號1并且點亮1號LED，0xC號命令是寫SAA7121存儲器等。依據(jù)接收到的校驗和，可以判斷接收PC數(shù)據(jù)的正確性，防止對混合器的錯誤操作。
用VB6.0設計軟件，讀寫PC的串行口。本文波特率為9600bps，單片機的定時器/計數(shù)器2（T2）設定在波特率發(fā)生器的工作方式。
3.3 訪問TMC2081
TMC2081提供微處理器I/O口，包括讀/寫控制R/W、片選CS、寄存器選擇控制A[2:0]、數(shù)據(jù)I/O口D[7:0]。通過微處理器I/O口可以訪問TMC2081的內(nèi)部控制存儲器，完成對芯片的配置。讀寫時序如圖4。
參數(shù)tPWLCS、tSA、tSD、tHD、tPWHCS、tHA、tDOM的最短要求時間都是ns級。用AT89S8252軟件編程可以模擬該端口的讀寫時序配置TMC2081。
本系統(tǒng)用到兩片TMC2081，標記為TMC2081_0和TMC2081_1。AT89S8252的P3.6連TMC2081_0/1的R/W，P2.3連TMC2081_0的CS，P2.4連TMC2081_1的CS，P2[2:0]連TMC2081_0/1的A[2:0],P0[7:0]連TMC2081_0/1的D[7:0]（如圖2）。讀寫TMC2081_0的A通道存儲器的程序如下：
MC2081_0 EQU P2.3
TMC2081_1 EQU P2.4
R_NW EQU P3.6
MOV A，#00H
LCALL WADDRTMC2081_0 ；選中A通道控制寄存器
MOV A，#01H
LCALL WDATMC2081_0 ；寫01到A通道控制寄存器
MOV A，#00H
LCALL WADDRTMC2081_0 ；選中A通道控制寄存器
LCALL RDATMC2081_0 ；讀A通道控制寄存器的內(nèi)容
WADDRTMC2081_0：寫控制寄存器地址
SETB TMC2081_1
SETB TMC2081_0
SETB R_NW
CLR R_NW
ORL P2，#00000111B
CLR TMC2081_0
SETB R_NW
MOV P0，A
SETB TMC2081_0
RET
WDATMC2081_0： 寫數(shù)據(jù)到控制寄存器
SETB TMC2081_1
SETB TMC2081_0
SETB R_NW
CLR R_NW
ANL P2，#11111101B
CLR TMC2081_0
SETB R_NW
MOV P0，A
SETB TMC2081_0
RET
RDATMC2081_0；讀控制寄存器數(shù)據(jù)
SETB TMC2081_1
SETB TMC2081_0
SETB R_NW
ANL P2，#11111101B
CLR TMC2081_0
MOV A，P0
SETB TMC2081_0
RET
3.4 鍵控功能
有兩個按鍵1，2。按下1號鍵，1號LED亮并且顯示附加數(shù)字信號1；再按1號鍵，1號LED滅并且附加數(shù)字信號1不顯示，恢復背景信號。2號鍵也同樣，這樣可同時顯示兩個附加數(shù)字信號。信號顯示或不顯示的過程必須在場消隱的第6個下降沿完成，才能保證顯示或不顯示的過程不影響背景信號。
行同步在P3.3，場消隱連計數(shù)器1（T`1），按鍵1、2連P1.6、P1.7，P1.4和P1.5向混合器發(fā)出控制電平（如圖2）。單片機主程序中以查詢方式檢測是否有按鍵按下。如果有，進入按鍵處理程序，先等待行同步的一個降沿，然后啟動計數(shù)器T1計數(shù)場消隱的下降沿，計數(shù)器T1溢出后P1.4或者P1.5取反，向混合器發(fā)出控制電平。本系統(tǒng)沒有讓同步觸發(fā)外部中斷1子程序，只是簡單地查詢下降沿，實際結果表明查詢方式更可靠、方便。
圖4 （a）微處理器接口寫時序；(b)微處理器接口讀時序
3.5 I2C接口
I2C總線是Philips公司提出的串行通信協(xié)議。通過串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL）傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸率最快為400kbps。本系統(tǒng)用P1.0和P1.1代表SDA和SCL，軟件模擬I2C協(xié)議。
本系統(tǒng)充分利用了AT89S8252的內(nèi)部資源，不需要外圍設備，節(jié)省了空間。軟件編程簡單、實用。這種基于單片機控制的鍵控數(shù)字視頻混合器已由師慧公司產(chǎn)品生產(chǎn)成KCM-D2000 Digital Key Control Mixer。實際應用表明該混合器工作穩(wěn)定、方便，已經(jīng)取得較好的市場價值。
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