|
- UID
- 1029342
- 性别
- 男
|
FPGA的编程数据存储在单片机的FLASHROM里，每次上电后单片机将编程数据装入XCS10XL，编程模式选从串模式，因而其22脚（MI）和24脚（MO）悬空。编程数据装入后，XCS10XL的逻辑功能就确定了。XCS10XL要控制视频信号的输入及A／D转换，在其内部，XCS10XL将每路视频信号压缩为原来的1／4，同时在单片机的控制下给每路叠加时间、日期、通道数等字符信息，然后将压缩的四路视频信号合成为一路完整的数字视频信号，并输出给D／A。
1．4 D／A转换及输出缓冲放大
D／A转换电路将FPGA输出的数字视频信号转换成模拟视频信号，然后经过缓冲放大输出给监视器。D／A芯片选HI1171，该芯片是一分辨率为8位，频率为40MHz的高速D／A转换器，其最大积分和微分线性误差分别为1．3LSB和0．25LSB，最小建立时间仅为5ns，在单5V下工作，功耗只有80mW。输出缓冲放大由分立元件组成。
1．5 单片机
由于程序量较大，且要装载FPGA的编程数据，因而选用内部FLASH ROM为64K的8位MSU2964单片机。该单片机的主要特点为：内部RAM为256 bytes，工作电压范围为4．5V～5．5V，具有空闲和掉电两种工作模式；可在16／25／40MHz三种时钟频率下工作，有8位无符号乘法和除法指令，其余和MCS－51系列单片机兼容。由于MSU2964具有乘除法指令，因而给软件编程带来了很大的方便，另外，64K的FLASH ROM空间也为以后的软件升级留下了余地。
1．6 看门狗
由于MSU2964无看门狗定时器，为了防止系统死机，保证系统可靠地工作，需外加看门狗电路。本设计采用MAX813L作为电源监控和看门狗电路，当电源上电、掉电时，该芯片均可提供复位电平，并且当其WDI管脚不能采集到脉冲信号时，就会发送200ms的复位脉冲。单片机采用P1．0脚定时向看门狗电路发送脉冲信号，以示系统正常工作；当由于外部干扰或其他原因导致系统死机时，看门狗电路会自动发出复位信号，以保证系统可靠工作。
1．7 存储器
存储器芯片采用串行E2PROM芯片X24C16，该芯片是容量为2kbytes带写保护的I2C总线数据存储器，当WP＝1时，只能读，不能写数据。它使用串行数据线（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100bit／s，快速方式下可达400bit／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由高变低为开始的条件；当SCL为高时，由低变高时为停止的条件（如图3（a）所示）。SDA和SCL都是双向传输线，SDA线上的数据在时钟为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（b）所示）。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。本设计中，X24C16的第5脚（SDA）和第6脚（SCL）分别接单片机的P3．6和P3．7。
1．8 时钟和字符叠加电路
时钟芯片选串行时钟DS1302，有关DS1302的具体使用方法可参阅参考文献〔1〕。
<--→参考文献CH(开始)--> 
字符叠加电路由NEC公司μPD6453组成，该芯片可在屏幕上显示12行每行24个字符，每个字符为12×18点阵，字符的大小、闪烁频率可以根据需要进行调整，屏幕的背景色、字符的边缘色以及字符本身的颜色也可以进行修改，该芯片内部除了固化了191个日文、英文字母和数字等字符的字模以外，还固化了49个汉字（如年、月、日、时）的字模；另外，该芯片提供16个字符的RAM空间以供用户填入自定义字符。由于画面分割器不需要叠加太多不同的字符，因而本设计不外加汉字字库，这样既节省了成本和线路板的空间，又简化了电路结构。μPD6453所需的行、场同步信号及时钟信号均由FPGA提供。单片机通过串行数据传输将一系列命令（包括所要显示的字符或汉字、字体大小、字符的间距、字符的属性）送往μPD6453，μPD6453收到命令后再将所要显示的字符或汉字等信息送至FPGA。单片机及FPGA与μPD6453的接口电路如图4所示。单片机的P0．0、P0．1、P0．2、P0．7分别与μPD6453的Pin1、Pin2、Pin3、Pin4相连；FPGA的P61、P62、P35、P34分别与μPD6453的Pin9、Pin15、Pin19、Pin20相连。
1．9 MAX4545芯片
视频信号切换电路由MAX4545组成，该芯片可用于50Ω～70Ω系统中，是一种300MHz的低电压、双向多路高频开关器件，在10MHz频率下有大于80dB的较好的高频关断隔离和串扰指标，这种CMOS开关在±2．7V至±6V的供电范围内均能正常工作。一片MAX4545可构成一只4×1视频信号选择开关，刚好满足本设计的要求。
1．10 报警信号处理
报警信号的接收及处理由单片机直接完成，无需经过FPGA。当有报警发生时，单片机收到报警信息，发出命令使蜂鸣器发出警报声，同时通知FPGA和μPD6453使对应的画面闪烁并出现“报警”字样。
2 软、硬件设计时要注意的几个问题
（1）由于单片机MSU2964本身不带看门狗定时器，为保证系统工作时不死机，务必要加看门狗芯片MAX813L。由于MAX813L的WDI脚在1．6秒内无脉冲信号输入时，会产生复位信号输出，因此在软件设计时要使P1．0输出脉冲信号的间隔不能大于1．6秒，为留有余地，最好不大于1．3秒。这一点在处理中断子程序及和X24C16或DS1302串行传送数据时要特别注意，因为串行传送数据时，单片机往往要等待ACK（应答）信号，确保等待时P1．0也有脉冲信号输出。
（2）使用帧存储器AL422应注意的问题
·由于帧存储器AL422是FIFODRAM，因而须确保WCK和RCK信号始终有、且信号的频率不低于1MHz，因WCK和RCK中频率较高者将作为DRAM的刷新时钟信号。
·在AL422的／RRST信号的上升沿，／RE信号不能为低，这一点在确定FPGA的编程数据时要特别注意（因／RRST和／RE信号均由FPGA提供）。
·AL422可在5V或3．3V电源电压下工作，当使用5V电源时，其DEC脚（Pin19）须接2．2μF的去耦电容；当使用3．3V电源时，DEC脚（Pin19）可直接与3．3V相连，并通过0．1μF电容旁路到地。电容均使用钽电容。由于使用3．3V时，器件功耗低，且受噪声干扰小，因而在本设计中采用了3．3V电源对AL422供电。
（3）为避免视频信号之间的串扰，各路模拟视频信号间均用较粗的地线隔开，且视频走线足够宽。 |
|
