摘 要：利用AD8113寬帶視頻切換" title="視頻切換">視頻切換集成電路作為切換器件，利用PIC18F458單片機作為核心控制單元,，設計了一種視頻矩陣切換系統(tǒng),，并介紹了具體的硬件電路設計和軟件設計。該系統(tǒng)已成功應用于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)" title="監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)中,，具有高速度,、高性能、高可靠性,、實用性好等優(yōu)點,。
關鍵詞： 視頻矩陣切換 AD8113 PIC18F458 視頻信號
光纖工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)自20世紀80年代末以來已在國內外煤礦中得到了廣泛應用。中國礦業(yè)大學信電學院推出的KJ28光纖工業(yè)電視系統(tǒng)是根據礦井特殊環(huán)境條件開發(fā)研制的，適用于各類大中小型煤礦,。該系統(tǒng)的重要組成部分——視頻矩陣切換系統(tǒng)經歷了幾代發(fā)展,，隨著計算機技術和視頻技術的發(fā)展，要求視頻矩陣切換器不僅要切換電視視頻信號,，還要切換計算機視頻信號,。原有的以MAX456為核心的GDK-III、GDK-Ⅳ系統(tǒng)有些力不從心,，因此需要有相應的寬帶視頻切換集成電路輔助完成這一任務,。本文介紹采用寬帶視頻切換集成電路AD8113和微控制器" title="微控制器">微控制器PIC18F458實現(xiàn)16×16視頻矩陣切換系統(tǒng)。
1 視頻切換系統(tǒng)硬件電路設計
視頻矩陣切換系統(tǒng)框圖如圖1所示,。該系統(tǒng)主要由單片機控制電路,、矩陣切換電路" title="切換電路">切換電路、通訊接口和其它外圍電路組成,。
1.1 器件的選擇
1.1.1 視頻矩陣切換芯片的選擇
目前,，視頻矩陣切換集成電路主要有MAX456、MAX4456和本設計采用的AD8113等,。AD8113是Analog Device(AD)公司生產的寬帶視頻切換集成電路,。該芯片的容量是16×16，相比較而言,，MAX456,、MAX4456容量較小，一片AD8113能實現(xiàn)16×16視頻矩陣切換,，同樣的容量卻需要四片MAX456(或MAX4456),；AD8113將輸出緩沖器集成在芯片內，減少了寄生電容,，使它的抗干擾能力較強,，可以適應許多視頻應用；AD8113便于形成更大規(guī)模的視頻矩陣切換電路,，如電視臺的256×256的視頻矩陣切換電路,；另外，它的信號通道帶寬是260MHz(－3dB),，遠遠高于MAX456和MAX4456,，同時高于計算機視頻信號的信號通道帶寬，因此AD8113也可切換計算機視頻信號,。
AD8113主要由80bit的移位寄存器,、并行鎖存器、解碼器,、切換矩陣和輸出緩沖等部分構成,。AD8113工作在±5V或±12V下,，消耗電流分別為34mA或31mA，信道切換時間小于60ns,，并有0.1%的停頓用于模擬音頻或數(shù)字音頻,。AD8113工作在20kHz時，色度亮度干擾為-83dB,，隔離度為90dB,，它還有16個獨立輸出緩沖器，可以用在禁止狀態(tài),，輸出阻斷功能允許多個器件的輸出直接連接,。AD8113的增益G設計為2，在通過AD8113之前不需要衰減視頻信號,。其典型視頻輸入輸出電路如圖2所示,。
1.1.2 微控制器的選擇
本設計的核心控制單元采用Microchip公司生產的PIC18F458。該單片機除具有單片機的通用資源外,，還采用哈佛總線結構,、16位精簡指令集RISC技術及流水線取指令方式，并且?guī)в幸粋€CAN 2.0B智能有源接口,，CAN接口帶有三個發(fā)送緩沖器,、兩個接收緩沖器、六個接收濾波器及兩個接收屏蔽器,。PIC18F456還可以借助CAN網絡,，對系統(tǒng)進行編程，實現(xiàn)遠程節(jié)點的升級,。PIC18F458還擁有256Kbit的自編程FLASH存儲器,，高達1500×8bit的用戶SRAM及256×8bit電可擦寫EEPROM數(shù)據存儲器，其讀寫操作均由單片機內部時序控制,，具有掉電保護數(shù)據的特性,，把系統(tǒng)參數(shù)保存在EEPROM中，就可以實現(xiàn)在掉電后重新上電時恢復掉電前的設置參數(shù),。該芯片具有低功耗、高速度,、高可靠性,、體積小、性價比高等特點,，易于實現(xiàn)低功耗設計和抗干擾設計,。這對于工作條件相對惡劣的煤礦來說尤為重要。
1.2 硬件電路設計
AD8113有兩種工作模式,，即并行模式和串行模式,。并行模式使用的控制信號多，但速度快；串行模式使用的控制信號少,，速度比使用并行模式慢,，但是在數(shù)據建立后，輸出數(shù)據時延最長為100ns,，完全能夠達到設計要求,，同時串行模式輸出為構建大容量的矩陣切換器提供了方便，因此本設計選用串行工作模式,。在串行工作模式下,，AD8113使用的管腳主要有CLK、DATA,、CE,、
和SER/PAR等。AD8113和微控制器的硬件連接關系如圖3所示,。
視頻輸出信號在短距離傳輸中可以直接和監(jiān)視器相連,，但在傳輸距離較長時，最好加上視頻驅動器,，如MAX470,。
2 軟件的設計
2.1 串口工作模式的控制邏輯
AD8113的串行模式時序圖如圖4所示。從時序圖中可以看出,，時鐘信號CLK和鎖存數(shù)據信號均是下降沿有效,，當CE=0時，SER/PAR降為低電平,，選擇串口工作模式,。每個輸出端口" title="輸出端口">輸出端口對應五個bit，即D4～D0,，D4先輸入,。當D4=0時，D3～D0無效,，相應的輸出阻斷,，輸出端口為16個，第16個輸出端口的數(shù)據最先輸入,。當80個bit的數(shù)據全部輸入完畢時,，停止CLK信號，變?yōu)榈碗娖?，切換矩陣的輸入和輸出,。數(shù)據根據剛輸入的80bit數(shù)據進行修改，若CLK信號沒有停止,，則切換矩陣數(shù)據動態(tài)更改,。當變?yōu)楦唠娖綍r,，80bit的數(shù)據鎖存完畢。每次更改輸入輸出配置時,，必須提供80bit的串行數(shù)據,，將整個矩陣數(shù)據更改。
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2.2 控制程序
根據圖4的時序關系可得該系統(tǒng)的程序流程圖,，如圖5所示,。
程序中對AD8113的設置主要包括對AD8113的初始化、從鍵盤獲取命令,、打開新的通道,、發(fā)送代碼，具體程序如下：
void Init8113() //AD8113的初始化
{
RESET = 1;
CE = 0;
RESET = 0;
UPDATE = 1;
}
void OpenChannel(unsigned char cChannel,unsigned char cVideoNumber) //打開新的通道
{
cOrder[cChannel] = cVideoNumber + 0x10;
}
void Config() //構造要發(fā)送控制命令的數(shù)組
{
unsigned char cTemp;
for(cTemp=0; cTemp＜16; cTemp++)
{
if(cOldChannel[cTemp] != cNewChannel[cTemp])
{
OpenChannel(cHopeChannel);
cOldChannel[cTemp] = cNewChannel[cTemp];
}
}
}
void SendOrder() //發(fā)送控制命令
{
unsigned char cTemp;
unsigned char cBit;
for(cTemp=0; cTemp＜16; cTemp++)
{
for(cBit=0; cBit＜5; cBit++)
{
if((cOrder[cTemp]&(0x01＜＜cBit) == 0)
{
DATAIN = 0;
}
else
{
DATAIN = 1;
}
CLK = 0;
CLK = 1;
}
}
UPDATE = 0;
UPDATE = 1;
}
如果需要多個AD8113器件級聯(lián),，則一次更改的切換矩陣的比特數(shù)為80和器件數(shù)的乘積,。該系統(tǒng)已成功地應用在多個煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中。該系統(tǒng)具有設計簡單,、使用方便,、可靠性高、實用性好等優(yōu)點,，也可以使用在其它需要視頻切換的場合,。
參考文獻
1 魏雄，于理富,，盧力等.寬帶視頻切換集成電路AD8110/AD8111. 電子技術,，2002(7)：55～57
2 韓春梅.基于MAX456的視頻切換矩陣設計.電視技術，2004(3)：91～93