基于C8051F 單片機(jī)的視頻檢測(cè)裝置

薛飛，季勇，李玉喜，嚴(yán)少奇

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西西安，710065）

0 引言

圖像電路板是電視系統(tǒng)整機(jī)的核心組成部分?，F(xiàn)有技術(shù)中，在圖像電路板電氣調(diào)試時(shí)，都是直接用穩(wěn)壓電源給圖像電路板供電，用電腦連接燒錄器給圖像電路板下載程序，完成后只能在電視整機(jī)系統(tǒng)上檢測(cè)電路板的功能。而電視整機(jī)系統(tǒng)中的另一核心組成CCD 是非常敏感的器件，很容易受靜電擊穿損壞。如果圖像電路板供電不穩(wěn)或是有短路，直接在電視整機(jī)上測(cè)試會(huì)損壞CCD 和相關(guān)電路。這種調(diào)試方法存在損壞電視整機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。在以往電視整機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試和試驗(yàn)中，主要依靠帶有視頻采集卡的計(jì)算機(jī)，通過(guò)機(jī)算機(jī)上的控制軟件來(lái)操控電視系統(tǒng)整機(jī)工作，用直流穩(wěn)壓電源供電。這種調(diào)試設(shè)備價(jià)格昂貴，配備數(shù)量非常有限。此方法不利于光電轉(zhuǎn)塔的批量生產(chǎn)，浪費(fèi)資源且效率低下。該裝置針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題做出了改進(jìn)，提供了一種基于單片機(jī)的電視系統(tǒng)檢測(cè)裝置，用該裝置替代電視整機(jī)調(diào)試圖像電路板，能有效避免損壞電視整機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)；該裝置集顯示器、計(jì)算機(jī)、穩(wěn)壓電源與一體，體積小、易攜帶、價(jià)格低廉、配備多臺(tái)用于批量生產(chǎn)和環(huán)境試驗(yàn)，極大的提高效率，降低生產(chǎn)成本。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

電視系統(tǒng)檢測(cè)裝置是一種以單片機(jī)C8051F320[1-3]、液晶顯示屏、CCD、電壓電流表、422 通訊控制為核心的檢測(cè)裝置，包括圖像顯示模塊、故障顯示模塊、電壓電流監(jiān)測(cè)模塊、溫度顯示模塊、視場(chǎng)切換模塊、電源模塊、視頻電纜、檢測(cè)電纜、電源電纜和微控制單元。其中，電源電纜接入交流電源、電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源為系統(tǒng)和圖像電路板供電；檢測(cè)裝置和圖像板采用422 接口通訊；檢測(cè)電纜和CCD 視頻電纜分別連接圖像電路板的檢測(cè)口和視頻輸入接口；視場(chǎng)切換模塊用于控制圖像電路板的大、中、小視頻通道切換。如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

■2.1 電源電路

電源電路主要由電源適配器AC220v-DC12V、電源轉(zhuǎn)換模塊LM7805、LM7905、AS1117M3-3.3 組成，AC220VDC12V 模塊將交流電分別轉(zhuǎn)換成正12V 和負(fù)12V 直流電為CCD 和相關(guān)電路供電，在220V 和12V 電路中分別設(shè)置了3A 的保險(xiǎn)電路，以確保電路中有大電流或短路時(shí)快速熔斷保護(hù)主電路,12V 負(fù)載供電支路中設(shè)置了電壓電流監(jiān)測(cè)表，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載電路電壓和電流的變化。AS1117M3-3.3是一款性能優(yōu)良的高效率低壓差線性穩(wěn)壓器，輸入電壓5V，輸出電壓為3.3V、電流為1A，主要用于開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器、電池充電器、筆記本電腦的電源管理電池供電的儀器。電源電路原理圖如圖2 所示。

圖2 電源電路原理圖

■2.2 單片機(jī)通訊電路

通訊電路主要是檢測(cè)裝置單片機(jī)與圖像板單片機(jī)之間通過(guò)MAX488 線路收發(fā)器數(shù)據(jù)雙向通訊，檢測(cè)裝置中的視場(chǎng)切換開(kāi)關(guān)發(fā)出指令，指令經(jīng)過(guò)檢測(cè)裝置單片機(jī)轉(zhuǎn)換后經(jīng)由MAX488 傳送到圖像電路板，圖像電路板單片機(jī)接收到指令并控制相應(yīng)視頻通道，使相應(yīng)通道的視頻顯示在屏幕上。同時(shí)圖像電路板單片機(jī)將相應(yīng)視頻通道的狀態(tài)信息和環(huán)境溫度信息經(jīng)由MAX488 回傳給檢測(cè)裝置單片機(jī)[4-5]，在檢測(cè)裝置LED 和數(shù)碼管上顯示。MAX488 是無(wú)源開(kāi)關(guān)，能夠切換速率在5.0Gbps 的數(shù)據(jù)，具有較低的功耗，并且提供按信號(hào)流向的引腳配置以?xún)?yōu)化PCB 布板，每個(gè)單向通道可以由一個(gè)信號(hào)源和兩個(gè)終端組成，也可以由兩個(gè)信號(hào)源和一個(gè)終端組成。原理框圖如圖3 所示。

圖3 單片機(jī)間通信框圖

■2.3 檢測(cè)裝置電路

檢測(cè)裝置電路以C8051F320 單片機(jī)為控制核心，主要由電源電路、CCD 組合、顯示屏、紐子開(kāi)關(guān)、LED 指示燈、四位七段數(shù)碼管、保險(xiǎn)絲、通信電路MAX488 和檢測(cè)電纜組成。電源電路為檢測(cè)裝置和圖像板供電；三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、分別控制大視場(chǎng)、中視場(chǎng)和小視場(chǎng)；CCD1、CCD2、CCD3 組合為圖像板提供視頻信號(hào)源；三個(gè)LED 指示燈D2、D3、D4 用來(lái)顯示圖像電路板中大視場(chǎng)、中視場(chǎng)和小視場(chǎng)的當(dāng)前狀態(tài)；顯示圖像電路板當(dāng)前通道的視頻；四位七段數(shù)碼G1 管用于顯示圖像電路板所在環(huán)境溫度，檢測(cè)裝置電路原理圖如圖5 所示。C8051F320 單片機(jī)是集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SOC（system on chip）,具有與MCS-51 內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，既可以作程序存儲(chǔ)器也可以作非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。C8051F320 還提供了一個(gè)完整而先進(jìn)的時(shí)鐘系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，片內(nèi)設(shè)置有一個(gè)可編程的時(shí)鐘振蕩器，可提供2、4、8、16MHz 的時(shí)鐘編程設(shè)定。檢測(cè)裝置實(shí)物圖如圖4 所示。

圖4 檢測(cè)裝置實(shí)物圖

圖5 檢測(cè)裝置電路原理圖

■2.4 圖像板電路

圖像電路板以C8051F320 為控制核心，主要由視頻信號(hào)調(diào)理電路MAX7450、視頻通道選擇驅(qū)動(dòng)器AD8184、視頻放大器AD813、通信電路MAX488 和溫度傳感器DS18B20 組成。圖像電路板通過(guò)MAX488 接口芯片與檢測(cè)裝置通信，接收檢測(cè)裝置發(fā)來(lái)的視場(chǎng)切換指令，控制AD8148 選擇相應(yīng)視場(chǎng)通道；MAX7450 接收CCD 組合發(fā)出的視頻信號(hào)，進(jìn)行視頻前端信號(hào)調(diào)理以提高視頻信號(hào)質(zhì)量，通過(guò)LOS 端將當(dāng)前視頻通道信號(hào)的狀態(tài)通過(guò)圖像板單片機(jī)回傳給檢測(cè)裝置并顯示在LED 上[6]。AD813 將AD8148 送來(lái)的視頻信號(hào)放大，以差分模式經(jīng)檢測(cè)電纜傳給顯示屏。AD813 是一款低功耗、單電源、單通道視頻放大器。各電流反饋型放大器均提供50μA 輸出電流，適合驅(qū)動(dòng)一個(gè)后部端的視頻負(fù)載（150W）。0.1dB 增益平坦度為50MHz 同時(shí)差分增益和相位誤差分別為0.03%和0.06 度。因此，AD8013 堪稱(chēng)廣播和消費(fèi)類(lèi)視頻電子設(shè)備的理想之選。MAX7450 作為完整的前端視頻信號(hào)調(diào)節(jié)器，集成了輸入視頻鉗位器、自動(dòng)增益控制（AGC）、同步丟失（LOS）檢測(cè)器和帶外噪聲/低通濾波器。AD8148 用于寬帶視頻的三路差分驅(qū)動(dòng)器；差分或單端輸入至差分輸出可以用作差分至差分接收器，可以驅(qū)動(dòng)1 條或 2 條100O 歐姆UTP 電纜。圖像板電路原理圖如圖6 所示。

圖6 圖像板電路原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

該裝置使用性能優(yōu)良功能強(qiáng)大的C8051F320 單片機(jī)代替系統(tǒng)整機(jī)控制圖像板切換視場(chǎng)，單片機(jī)之間使用422 通信協(xié)議來(lái)發(fā)送指令和回傳視頻通道狀態(tài)及環(huán)境溫度。用該裝置替代電視整機(jī)調(diào)試圖像電路板，能有效避免損壞電視整機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)；該裝置集顯示器、計(jì)算機(jī)、穩(wěn)壓電源與一體，體積小、易攜帶、價(jià)格低廉、配備多臺(tái)用于批量生產(chǎn)和環(huán)境試驗(yàn)，極大的提高效率，降低生產(chǎn)成本。