一种单片机实现的嵌入式视频切换器

随着多媒体通信技术的迅速发展，会议电视的理论研究和实用系统研制也得到了迅速发展。近年来，我国的会议电视业务也以超出人们想象的速度得到推广应用。视频矩阵切换电路是会议电视系统的关键部件。要求具有以下功能：
　　・具有与多媒体电脑通讯的功能。可根据实际安装的不同需要，提供可选的通讯接口。
　　・对主机发送的命令具有分析、判断、处理的功能。
　　・具有上电、掉电和死机等异常情况下的自恢复能力。
　　・对系统配置的更新具有保存的功能。当上级控制命令对系统更改成功时，能及时保存所更改的信息。
　　考虑到该部分电路在系统中的独立性和功能要求，决定选用89C51单片机作为主控CPU实现嵌入式的视频矩阵切换；视频切换电路则根据视频通道的多少，可选用 MAX459、AD8111等不同的视频矩阵切换芯片。
1 硬件构成
　　硬件电路主要由单片机控制器、矩阵切换电路、通讯接口、I2C总线数据存储器、看门狗电路及其它外围电路组成。框图如图1所示。

1.1 单片机控制器
　　89C51单片机是ATMEL公司生产的8位单片机，采用CMOS工艺，与Intel的8051单片机在管脚功能上完全兼容。该控制器采用P0口作为矩阵切换数据的输出口；P1口用来对矩阵切换发出/UPDATE、/CE等控制命令；P2口用来设置该控制器在整个会议电视系统中的地址。由硬件来设置控制器的地址可以增强系统的可靠性，方便软件的设计。
1.2 通讯接口部分
　　通讯接口可以根据实际安装的不同需要，提供RS－232标准和RS－485标准，其波特率可由用户编程设定。这部分电路主要由MAX202E(+5V RS－232接收发送器)、MAX491和光电耦合器件6N137构成。
1.3 复位与看门狗电路
　　采用MAX813L作为电源监视和看门狗电路。当电源上电、掉电时，该芯片都可提供复位电平，并且当其WDI管脚不能采集到翻转信号时，就会发送200ms的复位脉冲。单片机控制器采用P3.2脚定时向看门狗电路发送电压翻转信号，以示系统正常工作。当由于外部干扰或其他原因导致死机时，看门狗电路会自动发出复位信号。
1.4 I2C总线数据存储器
　　I2C总线是由Philips公司提出的串行通讯接口规范，使用串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)来进行主从器件之间的数据传输。I2C总线上的数据传输率可达100Kbit/s，快速方式下可达400Kbit/s。在I2C总线传输中，开始和停止条件定义如下：当SCL为高时，SDA由高变为低为开始条件；当SCL为高时，SDA由低变为高为停止条件(如图2)。SDAH和SCL都是双向传输线，SDA线上的数据在时钟高期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时，数据线上的状态才可以改变(如图3)。输出到SDA线上的每一个字节必须是8位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个应答位。

在该控制器中，采用的串行E2PROM芯片是X24C04，SCL和SDA分别接单片机的P3.6和P3.7脚,数据的读写完全由软件控制。
1.5 矩阵切换电路
　　矩阵切换电路以16×8为基本单元，可根据实际需要扩充为32×8、64×8、128×16等不同规模。控制电路可通过参数的设定控制不同规模的切换电路。所采用的芯片AD8111是一种高速视频切换矩阵，具有260MHz的视频带宽。AD8111可在并行或串行模式下工作，八个输出通道可任选十六路视频输入中的一路。并行模式(本次所用的为并行模式)下，在信号/UPDATE为高，/CE为低的条件下，当CLK为高时控制器发出更新数据，在CLK由高变低时，AD8111通过A0～A2和D0～D4管脚分别将数据送至输出和输入寄存器。其中A0～A2表示选中的输出；D0～D3为所对应的输入；若D4＝1，则A0～A2表示的输出为选通状态，否则输出为高阻态。当/UPDATE由高变为低时，选中的输出与输入连通，矩阵的更改完成。