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一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字視頻混合器
摘要：介紹一種基于AT89C8252單片機(jī)的數(shù)字視頻混合器的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，該數(shù)字視頻混合器操作方式簡(jiǎn)單靈活、可靠性高，有較好的市場(chǎng)價(jià)值。關(guān)鍵詞：AT89C8252單片機(jī) 視頻混合器
近幾年，數(shù)字電視技術(shù)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(hào)按照一定的算法混合成一路或多路數(shù)字視頻信號(hào)。作為數(shù)字視頻信號(hào)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(jī)控制的數(shù)字視頻鍵控混合器具有以下特點(diǎn)：內(nèi)含兩級(jí)串聯(lián)的鍵控混合器，可以在主信號(hào)中鍵兩入兩路附加數(shù)字信號(hào)，如時(shí)鐘臺(tái)標(biāo)或各種字幕標(biāo)識(shí)；可以遠(yuǎn)程遙控，也可現(xiàn)場(chǎng)按鍵控制；可以隨時(shí)更新和保存系統(tǒng)配置，改變系統(tǒng)功能和技術(shù)參數(shù)；該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，對(duì)掉電、死機(jī)等異�，F(xiàn)象有自復(fù)位能力。
整個(gè)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(jī)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(hào)有背景信號(hào)、鍵控信號(hào)和填充信號(hào)，輸出三路數(shù)字信號(hào)和一路模擬信號(hào)。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(mén)設(shè)計(jì)來(lái)接收SMPTE 259M的串行數(shù)字信號(hào)。它具有錯(cuò)誤檢測(cè)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(guò)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(shí)淡出及淡入功能。TMS2081提供微處理器I/O口。
錯(cuò)誤檢測(cè)和處理協(xié)處理器GS9021根據(jù)SMPTERP-165執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)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(chǎng)消隱和場(chǎng)序列信號(hào)。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(guò)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(hào)同時(shí)編碼成CVBS和S-視頻模擬信號(hào)，也支持NTSC-M、PAL B/G和子標(biāo)準(zhǔn)。輸入信號(hào)可以是YCBCR(CCIR 656)或者M(jìn)PEG解碼數(shù)據(jù)；對(duì)Y、C和CVBS有三個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器�；揪幋a函數(shù)由副載波生成、彩色調(diào)制和同步信號(hào)內(nèi)插組成。SAA7121提供I2C總線接口，可按主動(dòng)方式或從動(dòng)方式工作。本系統(tǒng)通過(guò)I2C接口配置SAA7121。
2 單片機(jī)控制部分
基于單片機(jī)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(guò)8位并行接口讀寫(xiě)TMC2801；通過(guò)I2C總線讀寫(xiě)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(hào)。
2.1 AT89S8252單片機(jī)
AT89S8252是ATMEL公司的8位CMOS單片機(jī)，與MCS-51系列兼容。主要特片：8K字節(jié)的FLASH程序存儲(chǔ)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(chǔ)器（RAM），三個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，提供SPI串行接口和看門(mén)狗定時(shí)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(mén)狗具有掉電、死機(jī)等異�，F(xiàn)象自復(fù)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(biāo)準(zhǔn)，接口電路主要由MAX488（RS-485接收發(fā)送器）構(gòu)成。RS-485標(biāo)準(zhǔn)不僅與RS-232兼容，而且適合遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)。
圖2 單片機(jī)控制電路
3 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)單片機(jī)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(cè)重點(diǎn)是：混合器初始化；鍵控功能；對(duì)PC命令的判斷和執(zhí)行；更新系統(tǒng)配置及對(duì)數(shù)據(jù)的保存。
3.1 訪問(wèn)EEPROM和看門(mén)狗設(shè)置
AT89S8252有看門(mén)狗和EEPROM控制寄存器WMCON。
；寫(xiě)一字節(jié)
SETB WMCON.3 ；訪問(wèn)EEPROM使能
SETB WMCON.4 ；寫(xiě)EEPROM使能
MOVX @DPTR，A ；寫(xiě)一字節(jié)，尋址范圍0000H～07FFH
JNB WMCON.1$ ；WMCON.
1，準(zhǔn)備下一次訪問(wèn)
CLR WMCON.4
CLR WMCON.3 ；MOVX指令可以訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
從EEPROM讀字節(jié)與寫(xiě)過(guò)程相似。
WMCON.0是看門(mén)狗使能位，WMCON.1是看門(mén)狗復(fù)位位（單片機(jī)復(fù)位后為1），WMCON.5～7可以設(shè)定看門(mén)狗的時(shí)鐘周期（16～2048ms）。如果在看門(mén)狗的時(shí)鐘周期內(nèi)，沒(méi)有設(shè)置看門(mén)狗復(fù)位位或者沒(méi)有關(guān)閉看門(mén)狗，內(nèi)部復(fù)位信號(hào)會(huì)復(fù)位單片機(jī)。
3.2 與PC串行通信
PC與單片機(jī)通信的數(shù)據(jù)格式有三種：命令長(zhǎng)度+命令號(hào)；命令長(zhǎng)度+命令號(hào)+讀數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N+首地址+校驗(yàn)和；命令長(zhǎng)度+命令號(hào)+寫(xiě)數(shù)字字節(jié)數(shù)N+首地址+數(shù)據(jù)1+…+數(shù)據(jù)N+校驗(yàn)和。命令長(zhǎng)度、命令號(hào)、讀\u20889寫(xiě)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(jìn)制表示。命令長(zhǎng)度整個(gè)命令格式字節(jié)數(shù)。校驗(yàn)和=命令號(hào)+讀數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N+首地址，或者校驗(yàn)和=命令中+寫(xiě)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(hào)1并且1號(hào)LED亮，PC發(fā)送0x02 0x01；讀1號(hào)TMC2081的00～03控制存儲(chǔ)器，PC發(fā)送0x5 0xB 0x4 0x0 0xF；寫(xiě)0x0 0x21 0x1D 0x0到SAA7121的27～2A存儲(chǔ)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(jī)的串口中斷子程序中，根據(jù)接收到的命令長(zhǎng)度判斷是否接收到一個(gè)完整的命令格式。如果接收到一個(gè)完整命令格式就設(shè)置標(biāo)志位FLG1（如圖3）根據(jù)這個(gè)標(biāo)志位進(jìn)入主程序中處理PC命令的程序，由接收到的命令號(hào)識(shí)別各種PC發(fā)送命令。例如，1號(hào)命令是顯示附加數(shù)字信號(hào)1并且點(diǎn)亮1號(hào)LED，0xC號(hào)命令是寫(xiě)SAA7121存儲(chǔ)器等。依據(jù)接收到的校驗(yàn)和，可以判斷接收PC數(shù)據(jù)的正確性，防止對(duì)混合器的錯(cuò)誤操作。
用VB6.0設(shè)計(jì)軟件，讀寫(xiě)PC的串行口。本文波特率為9600bps，單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（T2）設(shè)定在波特率發(fā)生器的工作方式。
3.3 訪問(wèn)TMC2081
TMC2081提供微處理器I/O口，包括讀/寫(xiě)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(guò)微處理器I/O口可以訪問(wèn)TMC2081的內(nèi)部控制存儲(chǔ)器，完成對(duì)芯片的配置。讀寫(xiě)時(shí)序如圖4。
參數(shù)tPWLCS、tSA、tSD、tHD、tPWHCS、tHA、tDOM的最短要求時(shí)間都是ns級(jí)。用AT89S8252軟件編程可以模擬該端口的讀寫(xiě)時(shí)序配置TMC2081。
本系統(tǒng)用到兩片TMC2081，標(biāo)記為T(mén)MC2081_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(xiě)TMC2081_0的A通道存儲(chǔ)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(gè)按鍵1，2。按下1號(hào)鍵，1號(hào)LED亮并且顯示附加數(shù)字信號(hào)1；再按1號(hào)鍵，1號(hào)LED滅并且附加數(shù)字信號(hào)1不顯示，恢復(fù)背景信號(hào)。2號(hào)鍵也同樣，這樣可同時(shí)顯示兩個(gè)附加數(shù)字信號(hào)。信號(hào)顯示或不顯示的過(guò)程必須在場(chǎng)消隱的第6個(gè)下降沿完成，才能保證顯示或不顯示的過(guò)程不影響背景信號(hào)。
行同步在P3.3，場(chǎng)消隱連計(jì)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(jī)主程序中以查詢方式檢測(cè)是否有按鍵按下。如果有，進(jìn)入按鍵處理程序，先等待行同步的一個(gè)降沿，然后啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)場(chǎng)消隱的下降沿，計(jì)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(méi)有讓同步觸發(fā)外部中斷1子程序，只是簡(jiǎn)單地查詢下降沿，實(shí)際結(jié)果表明查詢方式更可靠、方便。
圖4 （a）微處理器接口寫(xiě)時(shí)序；(b)微處理器接口讀時(shí)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(guò)串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)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(shè)備，節(jié)省了空間。軟件編程簡(jiǎn)單、實(shí)用。這種基于單片機(jī)控制的鍵控?cái)?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(shí)際應(yīng)用表明該混合器工作穩(wěn)定、方便，已經(jīng)取得較好的市場(chǎng)價(jià)值。
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