基于C8051F單片機的視頻檢測裝置

薛飛，季勇，李玉喜，嚴少奇

（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

0 引言

圖像電路板是電視系統整機的核心組成部分。現有技術中，在圖像電路板電氣調試時，都是直接用穩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系統上檢測電路板的功能。而電視整機系統中的另一核心組成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或是有短路，直接在電視整機上測試會損壞CCD和相關電路。這種調試方法存在損壞電視整機系統的風險。在以往電視整機系統的調試和試驗中，主要依靠帶有視頻采集卡的計算機，通過機算機上的控制軟件來操控電視系統整機工作，用直流穩壓電源供電。這種調試設備價格昂貴，配備數量非常有限。此方法不利于光電轉塔的批量生產，浪費資源且效率低下。該裝置針對上述現有技術存在的問題做出了改進，提供了一種基于單片機的電視系統檢測裝置，用該裝置替代電視整機調試圖像電路板，能有效避免損壞電視整機的風險；該裝置集顯示器、計算機、穩壓電源與一體，體積小、易攜帶、價格低廉、配備多臺用于批量生產和環境試驗，極大的提高效率，降低生產成本。

1 系統組成及工作原理

電視系統檢測裝置是一種以單片機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裝置，包括圖像顯示模塊、故障顯示模塊、電壓電流監測模塊、溫度顯示模塊、視場切換模塊、電源模塊、視頻電纜、檢測電纜、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換為直流電源為系統和圖像電路板供電；檢測裝置和圖像板采用422接口通訊；檢測電纜和CCD視頻電纜分別連接圖像電路板的檢測口和視頻輸入接口；視場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 系統原理圖

2 硬件電路設計

■2.1 電源電路

電源電路主要由電源適配器AC220v-DC12V、電源轉換模塊LM7805、LM7905、AS1117M3-3.3組成，AC220VDC12V模塊將交流電分別轉換成正12V和負12V直流電為CCD和相關電路供電，在220V和12V電路中分別設置了3A的保險電路，以確保電路中有大電流或短路時快速熔斷保護主電路,12V負載供電支路中設置了電壓電流監測表，可以實時監測負載電路電壓和電流的變化。AS1117M3-3.3是一款性能優良的高效率低壓差線性穩壓器，輸入電壓5V，輸出電壓為3.3V、電流為1A，主要用于開關電源穩壓器、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 單片機通訊電路

通訊電路主要是檢測裝置單片機與圖像板單片機之間通過MAX488線路收發器數據雙向通訊，檢測裝置中的視場切換開關發出指令，指令經過檢測裝置單片機轉換后經由MAX488傳送到圖像電路板，圖像電路板單片機接收到指令并控制相應視頻通道，使相應通道的視頻顯示在屏幕上。同時圖像電路板單片機將相應視頻通道的狀態信息和環境溫度信息經由MAX488回傳給檢測裝置單片機[4-5]，在檢測裝置LED和數碼管上顯示。MAX488是無源開關，能夠切換速率在5.0Gbps的數據，具有較低的功耗，并且提供按信號流向的引腳配置以優化PCB布板，每個單向通道可以由一個信號源和兩個終端組成，也可以由兩個信號源和一個終端組成。原理框圖如圖3所示。

圖3 單片機間通信框圖

■2.3 檢測裝置電路

檢測裝置電路以C8051F320單片機為控制核心，主要由電源電路、CCD組合、顯示屏、紐子開關、LED指示燈、四位七段數碼管、保險絲、通信電路MAX488和檢測電纜組成。電源電路為檢測裝置和圖像板供電；三個按鈕開關S1、S2、S3、分別控制大視場、中視場和小視場；CCD1、CCD2、CCD3組合為圖像板提供視頻信號源；三個LED指示燈D2、D3、D4用來顯示圖像電路板中大視場、中視場和小視場的當前狀態；顯示圖像電路板當前通道的視頻；四位七段數碼G1管用于顯示圖像電路板所在環境溫度，檢測裝置電路原理圖如圖5所示。C8051F320單片機是集成的混合信號片上系統SOC（system on chip）,具有與MCS-51內核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常見的模擬部件和其他數字外設及功能部件。內部FLASH存儲器可實現在系統編程，既可以作程序存儲器也可以作非易失性數據存儲。C8051F320還提供了一個完整而先進的時鐘系統，在這個系統中，片內設置有一個可編程的時鐘振蕩器，可提供2、4、8、16MHz的時鐘編程設定。檢測裝置實物圖如圖4所示。

圖4 檢測裝置實物圖

圖5 檢測裝置電路原理圖

■2.4 圖像板電路

圖像電路板以C8051F320為控制核心，主要由視頻信號調理電路MAX7450、視頻通道選擇驅動器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MAX488接口芯片與檢測裝置通信，接收檢測裝置發來的視場切換指令，控制AD8148選擇相應視場通道；MAX7450接收CCD組合發出的視頻信號，進行視頻前端信號調理以提高視頻信號質量，通過LOS端將當前視頻通道信號的狀態通過圖像板單片機回傳給檢測裝置并顯示在LED上[6]。AD813將AD8148送來的視頻信號放大，以差分模式經檢測電纜傳給顯示屏。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，適合驅動一個后部端的視頻負載（150W）。0.1dB增益平坦度為50MHz同時差分增益和相位誤差分別為0.03%和0.06度。因此，AD8013堪稱廣播和消費類視頻電子設備的理想之選。MAX7450作為完整的前端視頻信號調節器，集成了輸入視頻鉗位器、自動增益控制（AGC）、同步丟失（LOS）檢測器和帶外噪聲/低通濾波器。AD8148用于寬帶視頻的三路差分驅動器；差分或單端輸入至差分輸出可以用作差分至差分接收器，可以驅動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 結束語

該裝置使用性能優良功能強大的C8051F320單片機代替系統整機控制圖像板切換視場，單片機之間使用422通信協議來發送指令和回傳視頻通道狀態及環境溫度。用該裝置替代電視整機調試圖像電路板，能有效避免損壞電視整機的風險；該裝置集顯示器、計算機、穩壓電源與一體，體積小、易攜帶、價格低廉、配備多臺用于批量生產和環境試驗，極大的提高效率，降低生產成本。