由視頻多路復(fù)用芯片MAX440和微計(jì)算機(jī)組成的視頻切換器

http://m.butianyuan.cn/article/201612/333176.htm

1 MAX440簡介

在廣播電視、多媒體教學(xué)等系統(tǒng)中，時(shí)常需要運(yùn)用視頻切換器。筆者用視頻多路復(fù)用芯片MAX440和微計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)視頻切換器。經(jīng)實(shí)際使用證明：引設(shè)備性能價(jià)格比較器，能達(dá)到所需效果。

MAX440是MAXIM公司生產(chǎn)的8通道視頻高速多路復(fù)用芯片，其切換時(shí)間為15ns，是一種CMOS集成電路。它的管腳排列如圖1所示，功能如表1所列。

圖2所示是MAX440的內(nèi)部功能框圖及外部匹配電路。它由多路開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。

多路開關(guān)部分的EN使能端可作片選用，高電平有效，即當(dāng)EN=1時(shí)選中芯片。A0～A2為三個(gè)地址輸入端，可選通8路輸入，當(dāng)A0A1A2=000時(shí)，選通IN0，也就是IN0輸入端與Vout輸出端相通；A0、A1、A2有8種不同組合，可以用來決定哪路視頻信號與Vout相通。LEVEL/EDGE是地址鎖存電平或脈沖有效選擇端，它為高電平時(shí)，LATCH鎖存電平有效，當(dāng)ALTCH是高電平時(shí)，數(shù)據(jù)將被寫入鎖存單元。若LEVEL/EDGE為低電平，則LATCH鎖存脈沖有效，當(dāng)LATCH處的脈沖上升沿時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入鎖存單元。在LATCH的控制下，MAX440對視頻輸入與Vout的聯(lián)接是鎖存的，此狀態(tài)一直保持到下次地址（信道選擇）的更新。

表1 MAX440內(nèi)部功能框圖及典型外部匹配電路

運(yùn)算放大器在引入反饋后，就形成了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，因而它的輸入電阻很大，對輸入信號的衰減很小；同時(shí)輸出電阻很小，因此有很好的輸出特性，從而有利于阻抗的匹配。RF和R1接在運(yùn)放的IN-端，改變它們的大小可改變運(yùn)放的增益，其增益為：Af=1+RF/R1

2 與AT89C51組成的視頻切換器

本視頻切換器的功能是實(shí)現(xiàn)64通道的視頻切換，可同時(shí)顯示被切換的輸入通道號。MAX440是8通道的多路復(fù)用芯片，采用1片MAX440作為主模塊，8片MAX440作為子模塊來完成8×8即64通道的選擇。并勝兩片LED顯示器來顯示以十進(jìn)制表示的輸入通道號。AT89C51單片機(jī)為該系統(tǒng)的控制部分，它是美國Atmel公司的產(chǎn)品，其中集成了4k字節(jié)的PEROM、128字節(jié)RAM、三個(gè)8位并行輸出口、兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和一個(gè)雙工串行口。該產(chǎn)品與Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)兼容。

圖3所示為該視頻切換器的原理電路。它用P2口的P2.0～P2.6完成通道顯示LED的七段段碼輸入，P1口的P1.6和P1.7作為兩位LED的片選。P1.3、P1.4、P1.2作為8個(gè)子MAX440的輸入視頻地址控制。8個(gè)子MAX440的IN0～I(xiàn)N7作為輸入，主芯片MAX440的Vout作為輸出。這樣就構(gòu)成了一個(gè)64路輸入、1路輸出的視頻切換器。

3 單片機(jī)與IBM-PC機(jī)的通訊

視頻切換器通過單片機(jī)的串行通訊口與上位IBM-PC機(jī)進(jìn)行聯(lián)系并接收上位機(jī)的切換命令，同時(shí)進(jìn)行信號的切換和顯示當(dāng)前的通道號。以上信號都是由上位機(jī)控制的，因此單片機(jī)需與上位機(jī)通信。本系統(tǒng)用89C51的串行口與上位IBM-PC機(jī)的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行口來進(jìn)行。但因?yàn)槎叩碾姎庖?guī)范不一致，因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

采用單電源轉(zhuǎn)換芯片ICL232可將單片機(jī)的TXD和RXD的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)的-9V～+9V電平。并可通過以上電路實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的雙機(jī)通信。其中單片機(jī)的工作方式設(shè)置如下：

MOV TMOD，#20H ；定時(shí)器1設(shè)為方式1

MOV TL1，#0F3H ；定時(shí)器初值

MOV TH1，#0F3H ；8位重載值

SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器1

MOV SCON，#50H ；串行口設(shè)為方式1，REN為1

將串行口設(shè)置為方式1即為8位異步通信接口，一幀信息是10位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，單片機(jī)的TXD為發(fā)送端，RXD為接收端，波特率可以設(shè)定，該系統(tǒng)的波特率發(fā)生器由定時(shí)器1構(gòu)成。而單片機(jī)工作在接收狀態(tài)，REN設(shè)置為1時(shí)，允許接收。

該系統(tǒng)的工作程序流程如圖5所示。它采用查詢方式進(jìn)行上下位機(jī)的通信。其工作方式設(shè)置如下：RI是接收中斷標(biāo)志，在方式1中當(dāng)接收到停止位時(shí)由硬件置位。另外，RI必須由軟件清零。一旦查詢到RI置1，單片機(jī)即從接收寄存器SBUF中取出數(shù)據(jù)。

單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理時(shí)：如果有LED片選信號，系統(tǒng)則控制P1.6或P1.7來選中對應(yīng)的LED。如有通道信號時(shí)，系統(tǒng)先將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼，然后進(jìn)行軟件譯碼，并鈄對應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)代碼送到P2口來驅(qū)動(dòng)LED的對應(yīng)發(fā)光段。單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)的次序是：先選中對應(yīng)的LED，然后輸出該LED應(yīng)顯示的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)代碼并延時(shí)；最后再選中另一片LED，并輸出該片應(yīng)顯示的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)代碼以及延時(shí)；如此循環(huán)不斷刷新，因?yàn)槿搜塾幸曈X暫留效應(yīng)，因此看到的是靜止的兩位通道號。

4 幾點(diǎn)說明

單片機(jī)AT89C51在增加鍵盤后可組成人機(jī)對話窗口，如果編制相應(yīng)軟件，則可組成單片機(jī)獨(dú)立控制的視頻切換器，而且不必聯(lián)接IBM-PC機(jī)。當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成兩用的設(shè)備。

輸入、輸出路數(shù)的變化可通過改變MAX440的多少來解決。該視頻切換器經(jīng)實(shí)踐證明效果良好。