一種單片機實現的嵌入式視頻切換器

隨著多媒體通信技術的迅速發展，會議電視的理論研究和實用系統研制也得到了迅速發展。近年來，我國的會議電視業務也以超出人們想象的速度得到推廣應用。視頻矩陣切換電路是會議電視系統的關鍵部件。要求具有以下功能：
　　?具有與多媒體電腦通訊的功能。可根據實際安裝的不同需要，提供可選的通訊接口。
　　?對主機發送的命令具有分析、判斷、處理的功能。
　　?具有上電、掉電和死機等異常情況下的自恢復能力。
　　?對系統配置的更新具有保存的功能。當上級控制命令對系統更改成功時，能及時保存所更改的信息。
　　考慮到該部分電路在系統中的獨立性和功能要求，決定選用89C51單片機作為主控CPU實現嵌入式的視頻矩陣切換；視頻切換電路則根據視頻通道的多少，可選用 MAX459、AD8111等不同的視頻矩陣切換芯片。
1 硬件構成
　　硬件電路主要由單片機控制器、矩陣切換電路、通訊接口、I2C總線數據存儲器、看門狗電路及其它外圍電路組成。框圖如圖1所示。

1.1 單片機控制器
　　89C51單片機是ATMEL公司生產的8位單片機，采用CMOS工藝，與Intel的8051單片機在管腳功能上完全兼容。該控制器采用P0口作為矩陣切換數據的輸出口；P1口用來對矩陣切換發出/UPDATE、/CE等控制命令；P2口用來設置該控制器在整個會議電視系統中的地址。由硬件來設置控制器的地址可以增強系統的可靠性，方便軟件的設計。
1.2 通訊接口部分
　　通訊接口可以根據實際安裝的不同需要，提供RS－232標準和RS－485標準，其波特率可由用戶編程設定。這部分電路主要由MAX202E(+5V RS－232接收發送器)、MAX491和光電耦合器件6N137構成。
1.3 復位與看門狗電路
　　采用MAX813L作為電源監視和看門狗電路。當電源上電、掉電時，該芯片都可提供復位電平，并且當其WDI管腳不能采集到翻轉信號時，就會發送200ms的復位脈沖。單片機控制器采用P3.2腳定時向看門狗電路發送電壓翻轉信號，以示系統正常工作。當由于外部干擾或其他原因導致死機時，看門狗電路會自動發出復位信號。
1.4 I2C總線數據存儲器
　　I2C總線是由Philips公司提出的串行通訊接口規范，使用串行數據線(SDA)和串行時鐘線(SCL)來進行主從器件之間的數據傳輸。I2C總線上的數據傳輸率可達100Kbit/s，快速方式下可達400Kbit/s。在I2C總線傳輸中，開始和停止條件定義如下：當SCL為高時，SDA由高變為低為開始條件；當SCL為高時，SDA由低變為高為停止條件(如圖2)。SDAH和SCL都是雙向傳輸線，SDA線上的數據在時鐘高期間必須是穩定的，只有當SCL線上的時鐘信號為低時，數據線上的狀態才可以改變(如圖3)。輸出到SDA線上的每一個字節必須是8位，每次傳輸的字節不受限制，每個字節必須有一個應答位。

在該控制器中，采用的串行E2PROM芯片是X24C04，SCL和SDA分別接單片機的P3.6和P3.7腳,數據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，可根據實際需要擴充為32×8、64×8、128×16等不同規模。控制電路可通過參數的設定控制不同規模的切換電路。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/UPDATE為高，/CE為低的條件下，當CLK為高時控制器發出更新數據，在CLK由高變低時，AD8111通過A0～A2和D0～D4管腳分別將數據送至輸出和輸入寄存器。其中A0～A2表示選中的輸出；D0～D3為所對應的輸入；若D4＝1，則A0～A2表示的輸出為選通狀態，否則輸出為高阻態。當/UPDATE由高變為低時，選中的輸出與輸入連通，矩陣的更改完成。