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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。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、死機等異常現(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、彩色調制和同步信號內插組成。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EEPROM，256字節(jié)的內部數(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，沒有設置看門狗復位位或者沒有關閉看門狗，內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
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