基于JS-6B1的視頻前端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：JS-6B1/111是一款全I(xiàn)2C控制的頻率合成多制式視頻電子調(diào)諧器，介紹了該芯片的特點(diǎn)、功能。并利用JS-6B1/111設(shè)計(jì)了電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)，給出了其硬件結(jié)構(gòu)以及軟件流程。
關(guān)鍵字：高頻頭；調(diào)臺(tái)；單片機(jī)；I2C總線；電視

1 概述

常用的電視接收機(jī)大多采用電子調(diào)諧器（高頻頭）選擇接收電視信號(hào)，高頻頭的好壞是決定收視質(zhì)量的重要因素之一，其作用是從天線感應(yīng)的電信號(hào)中選擇出欲接收頻道的高頻電視信號(hào)，并將選出的微弱的高頻電視信號(hào)進(jìn)行放大，以提高接收機(jī)的靈敏度，最后變頻，將接收機(jī)的任何一個(gè)頻道的高載頻電視信號(hào)，經(jīng)過混頻級(jí)產(chǎn)生一個(gè)固定的圖像中頻電視信號(hào)和伴音第一中頻信號(hào)輸出。調(diào)諧器一般還要和中頻放大電路進(jìn)行連接，將調(diào)諧器輸出的圖像和伴音信號(hào)送入到圖像中放通道中進(jìn)行放大，最后通過后端的一些其他處理在各種顯示器上顯示。

本電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)采用的是成都旭光的多制式視頻電子調(diào)諧器，它集分立式調(diào)諧器和中放電路于一體，性能穩(wěn)定，可直接從射頻信號(hào)中解調(diào)出視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，目前在視頻接收等方面應(yīng)用廣泛，并取得了良好的效果。

2 電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)的硬件電路組成

圖1給出了該電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖中所示，該系統(tǒng)主要由圖像處理部分、LED顯示部分、存儲(chǔ)部分、音頻處理部分以及單片機(jī)控制等幾部分組成。

圖像處理部分由高頻調(diào)諧器JS-6B1/111組成，它把從天線接收到的PAL、NTSC制式的高頻電視信號(hào)進(jìn)行處理，搜索出相應(yīng)頻道的電視節(jié)目，最后輸出復(fù)合視頻信號(hào)（CVBS）給后端的電路處理，拿液晶電視為例，此CVBS信號(hào)會(huì)輸入到數(shù)字視頻解碼器進(jìn)行亮度/色度分離并在圖像處理器（scaler）中還原成RGB信號(hào),最終進(jìn)行圖像的顯示；系統(tǒng)中的E²PROM采用AT24C02,用于存儲(chǔ)高頻頭搜索到的電視節(jié)目；LED顯示部分，就用于顯示電視頻道的頻道號(hào)；該視頻前端處理系統(tǒng)另外一部分為音頻部分，在高頻調(diào)諧器中輸出的聲音信號(hào)會(huì)輸入到此部分電路，其中音效控制器選用杭州仕蘭公司生產(chǎn)的SC7313，音頻功率放大器選用TI公司生產(chǎn)的TPA1517。SC7313含有輸入多路選擇器可以輸入三路立體聲，可對(duì)其平衡度和響度進(jìn)行每級(jí)1.25dB衰減和提升，獨(dú)立的靜音控制，具有音量、高低音控制功能。TPA1517NE是6 W的音響功率放大器，完成對(duì)SC7313輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，最終推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

圖1 電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)采用單片機(jī)C8051FO23進(jìn)行控制。C8051F023是選用美國(guó)Silabs公司推出的一款與51單片機(jī)內(nèi)核兼容的單片機(jī)，具有高速、高性能、高集成度的特點(diǎn)。系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)在內(nèi)部64KB的FLASH程序存儲(chǔ)器中。其作用是通過內(nèi)部帶有的I²C總線對(duì)系統(tǒng)中的JS-6B1/111、SC7313以及TPA1517NE的內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置，完成指定的功能，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。

3高頻調(diào)諧器JS-6B1/111的功能和特點(diǎn)簡(jiǎn)介

JS-6B1/111采用+5V電壓供電，全增補(bǔ)電視頻道，多制式接收，包括PAL B/G、I、D/K；NTSC M/N電視制式，調(diào)諧和中放一體化，全I(xiàn)²C控制調(diào)諧，地址譯碼，AFC狀態(tài)信息等?？芍苯咏庹{(diào)，圖像輸出峰-峰值為1V0.2V(p-p)和音頻輸出500150mV(rms)。

JS-6B1/111內(nèi)部電路集成在一個(gè)全金屬長(zhǎng)方形屏蔽罩內(nèi)，能夠有效的抵抗電磁雜波。內(nèi)部功能主要由射頻鎖相環(huán)部分（采用飛利浦的TDA6500TT）及中頻鎖相環(huán)（采用飛利浦的TDA9885TS）兩部分實(shí)現(xiàn)。JS-6B1/111的主要工作原理為：首先將天線接收的射頻電視信號(hào)輸入到三個(gè)不同頻段的濾波器中進(jìn)行放大和濾波，將頻率劃分為高中低三個(gè)頻段VL、VH、VUF，并且同對(duì)應(yīng)的三個(gè)頻段的晶體振蕩器進(jìn)行混頻，混頻器產(chǎn)生一個(gè)圖像中頻信號(hào)，送入到中頻放大器中進(jìn)行放大。該中頻信號(hào)經(jīng)過SIF SAW(圖像中頻聲表面波濾波器)后輸入到鎖相環(huán)控制中頻解調(diào)模塊中，該模塊最后輸出復(fù)合視頻信號(hào)和聲音信號(hào)。

JS-6B1/111內(nèi)部具有I²C接口，可與微處理器進(jìn)行通信。對(duì)JS-6B1/111操作主要有讀和寫兩種工作模式。頻道的選擇和頻道的切換主要是通過單片機(jī)使用I²C接口對(duì)調(diào)諧器鎖相環(huán)部分寫入進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部寄存器如表1所示。

表1 JS-6B1/111 I²C寫控制方式邏輯

在表1中，A為調(diào)諧器被成功寫入一個(gè)字節(jié)后的應(yīng)答信號(hào)。地址字節(jié)中MA1,MA0用于I²C地址選擇，由高頻頭JS-6B1/111的第9腳的輸入電壓決定，地址可以有四個(gè)包括0XC0、0XC2、0XC4、0XC6，一般該引腳直接接地，對(duì)應(yīng)MA1、MA0 值為 0、0 ，I²C地址則為0XC0。另外 R/W表示讀寫位，當(dāng)此位為0時(shí)表示對(duì)芯片進(jìn)行寫操作，為1時(shí)表示對(duì)芯片進(jìn)行讀操作；分頻比是用來設(shè)定接收的電視頻道的射頻信號(hào)頻率的，其設(shè)置使用分頻編程字節(jié)1和分頻編程字節(jié)2，如下面公式所示：

N=20（Frf.pc(MHz)+Fif.pc(MHz)）=20Fosc(MHz)

=8192n13+4096n12+2048n11+1024n10+512n9+256n8+128n7+64n6 + 32n5+16n4+8n3+4n2+2n1+1n0

其中：Frf.pc(MHz)對(duì)應(yīng)所要選擇的頻道的圖像載頻，F(xiàn)if.pc(MHz)為圖像中頻（PAL制式為38.0MHz）, Fosc(MHz)對(duì)應(yīng)頻道的本振；控制命令字1中的CP位為充電泵設(shè)置位，可以設(shè)置為0或者1，分別對(duì)應(yīng)電流60uA和280uA，同時(shí)分別對(duì)應(yīng)著中速和快速調(diào)諧；OS位為表示PLL鎖相環(huán)的工作狀態(tài)；RSA,RSB位用于設(shè)置調(diào)諧步長(zhǎng)，調(diào)整精度為KHz；控制信息字用于選擇欲接收頻道的波段控制，包括VL、VH、UHF頻段。表中的五個(gè)控制字均以標(biāo)準(zhǔn)的I²C時(shí)序方式寫入，可以單個(gè)寄存器寫入，也可以連續(xù)寫入。

調(diào)諧器的中頻部分鎖相環(huán)寄存器的設(shè)置應(yīng)按照典型設(shè)置。以PAL D/K制式為例，如表3所示，此部分的器件寫入地址為0X85。表中的調(diào)整功能寄存器用于AGC控制，可根據(jù)各個(gè)頻道的情況通過總線隨時(shí)進(jìn)行改變，以達(dá)到各個(gè)頻道的最佳設(shè)置。

表3 中頻鎖相環(huán)寄存器

通過I²C總線的讀模式可將JS-6B1/111的內(nèi)部鎖定狀態(tài)讀出，相應(yīng)的信息如表4、表5所示。

表4

表5

表4狀態(tài)信息字的讀出地址是0XC1。POR是電源標(biāo)志，當(dāng)POR=1時(shí)表示電源開狀態(tài)；FL為內(nèi)部鎖定標(biāo)志，當(dāng)FL=1表示鎖定狀態(tài)。A2～A0為AFC電壓的數(shù)字輸出。AFC(自動(dòng)頻率控制)的數(shù)字信息可以通過中頻部分總線讀出。AFC電路主要用于對(duì)接收信號(hào)頻率和相位的跟蹤和鎖定。寄存器設(shè)置如表5所示。AFCWIN用于檢測(cè)VCO(壓控振蕩器)是否在1.6MHz的AFC window內(nèi)；VIFLEV用于表示目前的圖像中頻信號(hào)的輸入電平狀況；PONR用于指示目前寄存器的狀態(tài)是剛剛復(fù)位還是處于成功讀取信息的狀態(tài)。AFC[4:1]具有16種狀態(tài)，讀取相應(yīng)的值就可以監(jiān)視到目前偏離理想圖像中頻信號(hào)的程度。

4電視信號(hào)前端處理的軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 自動(dòng)搜臺(tái)

下面就以搜索PAL D/K制式電視信號(hào)為例給出自動(dòng)搜臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)流程。自動(dòng)搜臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)目前天線接收到的所有頻道進(jìn)行搜索，并將搜索到的頻道的分頻系數(shù)（對(duì)應(yīng)頻道的載頻）和頻段信息按照搜索順序?qū)懭氲紼²PROM中，以便頻道切換時(shí)調(diào)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，寫入到相應(yīng)的寄存器中。自動(dòng)搜臺(tái)的方法如圖2所示。本系統(tǒng)采用的單片機(jī)C8051F023內(nèi)部

帶有I²C總線接口，無需使用普通IO口進(jìn)行模擬，系統(tǒng)上電應(yīng)對(duì)此功能進(jìn)行配置。然后是

對(duì)音效控制芯片進(jìn)行初始化以便搜索到相應(yīng)頻道時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

圖2 自動(dòng)搜臺(tái)軟件流程

頻道搜索采用從低頻率向高頻率搜索的方法，圖像載頻覆蓋范圍為49.75MHz到865MHz，調(diào)諧步長(zhǎng)選擇62.5KHz，在每個(gè)圖像載頻處以每步62.5KHz微調(diào)0.5MHz。首先從49.75MHz開始搜索，將其對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)寫入調(diào)諧器進(jìn)行調(diào)諧，延時(shí)20ms系統(tǒng)穩(wěn)定后讀取ADC的電壓值，當(dāng)微調(diào)時(shí)前后兩次讀出的電壓值不同且滿足第一次讀出的為(0.45～0.60)Vcc,第二次讀出的為(0.15～0.10)Vcc或者第一次讀出的不是(0.15～0.30)Vcc,第二次讀出的為(0.15～0.30)Vcc時(shí)，讀取調(diào)諧器的AFC[4:1]狀態(tài)字，否則繼續(xù)微調(diào)直到滿足要求。當(dāng)讀取AFC值時(shí),只有間隔7ms的兩次讀取均在37.5KHz時(shí)，表示該頻率處有電視頻道，將其對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)以及頻段信息寫入E²PROM中。然后根據(jù)頻率表跳到一個(gè)頻點(diǎn)處重復(fù)上述過程繼續(xù)搜臺(tái)、存臺(tái)，當(dāng)無臺(tái)時(shí)跳轉(zhuǎn)不存臺(tái)，一直搜到最高頻率865MHz。

4.2 頻道轉(zhuǎn)換

頻道轉(zhuǎn)換目前采用按鍵控制，當(dāng)有按鍵按下時(shí)單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理程序，判斷是向下或者向上轉(zhuǎn)換，并在LED上顯示出相應(yīng)的頻道號(hào)，并將相應(yīng)頻道的分頻系數(shù)和頻段信息從E²PROM中取出送入調(diào)諧器實(shí)現(xiàn)頻道的切換。

5 創(chuàng)新觀點(diǎn)

目前該電視信號(hào)前端處理系統(tǒng)用于液晶電視的驅(qū)動(dòng)卡中，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電視圖像清晰穩(wěn)定的顯示以及聲音的完美再現(xiàn)。在自動(dòng)搜臺(tái)過程中，對(duì)漏臺(tái)現(xiàn)象進(jìn)行了研究，是我們的創(chuàng)新點(diǎn)。針對(duì)本項(xiàng)目，當(dāng)采用外接解碼器的同步信號(hào)進(jìn)行輔助判斷，并且搜臺(tái)的調(diào)諧步長(zhǎng)適當(dāng)減小一些時(shí)，可以避免漏臺(tái)現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)挑選出電視頻道時(shí)，就可以將其記錄在E²PROM中完成存臺(tái)功能了。

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