采用SAA7110和AL250集成芯片TV/VGA轉(zhuǎn)換電路

摘要：介紹了一種要用SAA7110視頻信號(hào)解碼芯片和AL250視頻掃描同步信號(hào)倍頻芯片設(shè)計(jì)的電視信號(hào)到計(jì)算機(jī)VGA信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，并給出了硬件電路設(shè)計(jì)方法和I2C總線單機(jī)編程控制方法。

關(guān)鍵詞：解碼器 倍頻器 SAA7110 AL250 I2C總線

基于CRT（陰極射線管）的電電視機(jī)和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器具有相同的基本工作原理和相似的外形，但電視信號(hào)（TV）與計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的VGA信號(hào)之間存在很大差別，使得這兩種顯示設(shè)備無(wú)法通用。Averlogic公司視頻處理芯片AL250具有視頻信號(hào)倍頻作用，可與Philips公司前端視頻解碼芯片SAA7110配合組成TV/VGA轉(zhuǎn)換電路，其輸出信號(hào)可以直接輸入到計(jì)算機(jī)顯示器。

1 TV信號(hào)和VGA信號(hào)

TV信號(hào)是一種隔行掃描信號(hào)，把一幀圖像分為兩場(chǎng)來(lái)顯示，第一場(chǎng)顯示奇數(shù)行，第二場(chǎng)顯示偶數(shù)行，因而每秒鐘顯示的幀數(shù)為逐行掃描時(shí)的一半，行頻也減為原來(lái)的一半。而VGA信號(hào)為滿足高分辨率的要求，采取逐行顯示的方式，場(chǎng)頻與幀頻相等，因此當(dāng)每幀圖像的行數(shù)相同時(shí)，VGA信號(hào)的行頻是TV信號(hào)行頻的兩倍。同時(shí)，TV信號(hào)將亮度、色彩、掃描同步等信號(hào)復(fù)合為一路信號(hào)，而VGA信號(hào)是分離的R、G、B信號(hào)和行頻、場(chǎng)頻掃描同步信號(hào)，因而TV信號(hào)必須通過(guò)解碼和倍頻兩步處理，才能轉(zhuǎn)變?yōu)閂GA信號(hào)。

2 芯片介紹

TV/VGA轉(zhuǎn)換電路包括兩塊主要IC：Philips公司的SAA7110芯片和Averlogic公司的AL250芯片。

SAA7110是應(yīng)用于桌面視頻設(shè)備的單片視頻信號(hào)前端處理芯片，采用CMOS工藝設(shè)計(jì)，用于模擬視頻信號(hào)前段和數(shù)字視頻信號(hào)的解碼。它基于行鎖定的時(shí)鐘解碼原理，具有以下性能：

·六個(gè)模擬信號(hào)輸入端（6×CVBS或3×Y/C），可以輸入NTSC/PAL制視頻信號(hào)；

·三個(gè)模擬信號(hào)處理通道和三個(gè)模擬濾波器；

·兩個(gè)8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；

·輸出8位數(shù)字格式的YUV（4：2：2和4：1：1）信號(hào)；

·內(nèi)建YUV總線的亮度、對(duì)比度、飽和度的控制器/調(diào)節(jié)器；

·自動(dòng)探測(cè)50Hz或60Hz的場(chǎng)頻；MHz的晶振即可用于處理各種不同標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)；

·內(nèi)置時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路（CGC），外接26.8MHz的晶振即可用于處理各種不同標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)；

·I2C總線控制接口，通過(guò)外界軟件編程可以控制其工作方式，如選擇輸入信號(hào)通道，調(diào)節(jié)主要信號(hào)處理通道的增益、亮度、對(duì)比度及飽和度等。

該芯片可應(yīng)用于各種桌面視頻設(shè)備、多媒體設(shè)備、數(shù)字電視、圖像處理設(shè)備，也可用于可視電話、視頻圖像采集卡等。

AL250是視頻掃描同步信號(hào)倍頻器（隔行掃描到逐行掃描轉(zhuǎn)），適用于NTSC/PAL制和ITU-RBT 601（CCIR 601）制（模擬視頻）信號(hào)或YUV422、RGB565制（數(shù)字視頻）信號(hào)，與前級(jí)解碼芯片配合使用，可以實(shí)現(xiàn)TV信號(hào)到VGA信號(hào)的轉(zhuǎn)變。其性能如下：

·將隔行TV信號(hào)（NTSC/PAL制）轉(zhuǎn)換為逐行VGA格式的R、G、B信號(hào)；

·自動(dòng)檢測(cè)NTSC/PAL制的輸入信號(hào)；

·輸出VGA信號(hào)分辨率為640×480（NTSC制）或768×576（PAL制）；

·高集成度設(shè)計(jì)，內(nèi)建DAC（數(shù)/模轉(zhuǎn)換器）、SRAM（靜態(tài)存儲(chǔ)器）、OSD（在屏顯示）和LUT（查找表，提供GAMMA校正等功能）；

·I2C總線控制接口，通過(guò)編程可以控制芯片工作方式，編輯在屏顯示位圖和校畫(huà)龍點(diǎn)睛輸出信號(hào)等；

·自動(dòng)初始化功能，根據(jù)硬件電路狀態(tài)完成初始化，無(wú)需編程控制；

·使用5V或3.3V電源，降低了功耗。

該芯片可應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)電視卡、逐行掃描電視機(jī)、視頻游戲機(jī)、DVD插放機(jī)、液晶電視機(jī)等視頻設(shè)備。

3 TV/VGA轉(zhuǎn)換電路

TV/VGA轉(zhuǎn)換電路包括SAA7110芯片、AL250芯片、單片機(jī)控制電路以及從屬電路等。電路原理圖如圖1所示。

SAA7110是前端解碼器，有六個(gè)信號(hào)輸入引腳，可組成8種輸入端和信號(hào)處理通道不同的輸入模式。在本電路設(shè)計(jì)上，選擇AI-21引腳為CVBS信號(hào)輸入端，AI_32、AI_41引腳分別為亮度、顏色分離的S-Video信號(hào)的Y、C輸入端。信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理，以8位數(shù)據(jù)的格式輸出亮度信號(hào)和色差信號(hào)，并輸出行、場(chǎng)同步信號(hào)。芯片外接26.8MHz的石英晶體振蕩器，振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接影響輸出信號(hào)。例如使用26.6MHz的晶振時(shí)，彩色圖像的色彩信息幾乎全部丟失，畫(huà)面近于黑白。SAA7110本身不能進(jìn)行初始化，需要主控器通過(guò)I2C總線（SDA、SCL引腳）寫(xiě)入初始化數(shù)據(jù)。

AL250是起倍頻作用的后端處理芯片，輸入經(jīng)解碼處理的數(shù)字視頻信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)，輸出VGA格式的R、G、B模擬信號(hào)和行頻，場(chǎng)頻信號(hào)。芯片在上電時(shí)可以根據(jù)STD0、STD1、INTYPE、SQUARE、TESTIN、OVLCTRL等引腳的電平狀態(tài)（高/低）自動(dòng)進(jìn)行初始化，也可以由單片機(jī)通過(guò)I2C總線進(jìn)行軟件初始化，并實(shí)現(xiàn)OSD、LUT等功能。

SAA7110和AL250都具有I2C總線接口，包括兩根信號(hào)線：SDA引腳（數(shù)據(jù)線）和SCL引腳（時(shí)鐘線）。I2C總線是由Philips公司設(shè)計(jì)的兩線式串行交互通訊方式總線，通訊系統(tǒng)包括主控機(jī)和從屬機(jī)，數(shù)據(jù)傳送由主控機(jī)控制完成。本電路中SAA7110和AL250都是從屬機(jī)，主控機(jī)采用ATMEL89C51單片機(jī)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)模擬I2C總線功能。電路部分連線如圖2所示。

SAA7110和AL250都使用5V電源，總工作電流約為600mA，采用一塊LM7805集成穩(wěn)壓電源即中滿足整個(gè)電路的供電要求。SAA7110和AL250內(nèi)部都包括模擬電路和數(shù)字電路，為減小兩種電路間的相互干擾，模擬電路和數(shù)字電路的電源應(yīng)相互隔離。

4 軟件設(shè)計(jì)

I2C總線寫(xiě)/讀命令格式如下：

寫(xiě)信號(hào)：S>Write Slave Address>A>Register Index>A>Data>A>P>

讀信號(hào)：S>Write Slave Address>A>Register Index>A>S>Read Slave Address>A>Data>NA>P>

其中，S>為起始信號(hào)；Write Slave Address>為寫(xiě)命令的從屬器地址，SAA7110為9CH，AL250為58H；Read Slave Address>為讀命令的從屬器地址，SAA7110為9DH，AL250為59H；A>為從屬器產(chǎn)生的確認(rèn)標(biāo)志；Register Index>為芯片內(nèi)部寄存器的地址，SAA7110和AL250分別有47和42個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器，用于控制芯片的工作；Data>為要寫(xiě)入或讀出寄存器的數(shù)據(jù)；P>為停止信號(hào)。

AL250具有自動(dòng)初始化功能，同時(shí)也可以通過(guò)將GENERAL寄存器（地址為03H）的第四位置1來(lái)屏蔽硬件設(shè)置引腳，并根據(jù)寄存器BOARDCONFIG（地址為02H）中的內(nèi)容初始化芯片，寄存器值為10H表示輸入信號(hào)為NTSC制，11H表示為PAL制。當(dāng)值為12H時(shí)，芯片自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)的格式。向寄存器10H中寫(xiě)入數(shù)據(jù)43H或83H可以激活A(yù)L250的OSD功能，并可通過(guò)11H、13H等寄存器完成位圖編輯。而在10H中寫(xiě)入1CH、1DH、1EH則分別打開(kāi)紅、綠、藍(lán)LUT，實(shí)現(xiàn)圖像的GAMMA校正。

最簡(jiǎn)單初始化程序只需向SAA7110中的寄存器寫(xiě)入初始化數(shù)據(jù)（寄存器地址為00H～19H、20H～32H）。通過(guò)設(shè)備寄存器20H、21H、22H和2CH的內(nèi)容選擇信號(hào)輸入模式。輸入CVBS信號(hào)時(shí)，四個(gè)寄存器的值分別為D9H、16H、40H、03H，而輸入S-Video信號(hào)時(shí)，它些值變?yōu)?CH、21H、C1H和23H。改變其它寄存器的內(nèi)容，還可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的亮度、對(duì)比度、增益及輸出信號(hào)的相位關(guān)系，如寄存器01H～05H、14H～18H分別用于控制50Hz/60Hz場(chǎng)頻時(shí)行頻信號(hào)的上、下沿位置，06H和07H用于控制信號(hào)的亮度和色度。

89C51單片機(jī)本身沒(méi)有I2C總線，必須根據(jù)I2C通信數(shù)據(jù)的格式通過(guò)軟件設(shè)計(jì)模擬這一功能。電路上選擇P1.6和P1.7I/O口作為SCL線和SDA線。程序采用C51單片機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)，流程圖如圖3所示。

在電路測(cè)試時(shí)，我們先后輸入DVD機(jī)的CVBS和S-Video信號(hào)，并在顯示器上觀察輸出信號(hào)，都獲得了清晰穩(wěn)定的彩色圖像。該電路原理簡(jiǎn)單，使用方便，采用單片機(jī)作為控制器，輸出信號(hào)可直接在顯示器上顯示，無(wú)需主機(jī)的支持，并且由于將隔行信號(hào)轉(zhuǎn)換為逐行信號(hào)，提高了畫(huà)面的分辨率。本電路可應(yīng)用于各種CCD攝像機(jī)中，增加VGA輸出功能；還可集成在顯示器內(nèi)部，增加視頻插放功能。