毕业设计（论文）-基于AT89S52单片机的智能音视频切换器的设计.doc

广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 i 摘 要 本文介绍的是四选一智能音视频切换器，可以实现 4 路音频，4 路视频 输入，并从 4 路输入信号中选择 1 路有效的信号送到输出端（包括 1 路音 频、1 路视频信号输出） 。本切换器采用单片机 at89s52 作为系统微控制器。 在手动状态下，可由开关控制，手动切换任意输入的音视频信号至输出端； 在自动状态下，通过单片机对各路输入信号的检测，智能的选出一路正常 的音视频信号作为输出信号。该切换器具备可设置时间表，通过单片机使 其能工作时间自动工作。在无正常信号时，可自动报警。选择可用信号的 当前切换通道可在 lcd 显示屏上动态显示。且该切换器具备以太网接口 （独立 ip 地址） ，并可通过以太网连接上位计算机。通过上位机进行系统 参数配置，并监测和控制系统的工作状态。无上位机时，系统可独立工作。 该切换器设计的特点是具备手动和自动切换，能够智能选择控制输出，硬 件结构简单，方便易用。 关键词： 音视频切换 单片机 at89s52 lcd 显示 智能选控 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 ii smart audio video switcher abstract this article describes the four selected audio and video of a smart switch allows 4-channel audio, 4 video inputs, and input signal from 4 to select a way of effective signal to the output (including 1 channel audio, 1 channel video signal output). the switch used as a system microcontroller at89s52 microcontroller. in manual mode, controlled by the switch to manually switch any input to output audio and video signals; in the automatic mode, through the microcontroller on the alto signal detection, intelligent elected the way of normal audio and video signals as output signals. the switch has to set a timetable to let them work through the mcu time to work automatically. in the absence of normal signal, the alarm automatically. select available signal current switch channel dynamic display in lcd display. and the switch with ethernet interface (separate ip address), and can host computer via an ethernet connection. of system parameters through the pc configuration, and monitoring and control system working state. without pc, the system can work independently. the design of switch is characterized with manual and automatic switching, intelligent choice to control the output, hardware structure is simple, easy to use. keykey words:words: audio and video switching mcu at89s52 lcd display intelligent choice and control 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 iii 目 录 摘 要 .i abstract .ii 第 一 章 引 言 .1 1.1 研究背景及意义 .1 1.2 本文的选题和研究内容 .1 第 二 章 智能音视频切换器硬件设计方案及步骤 .2 2.1 系统硬件整体设计思路 .2 2.2 硬件整体构成 .2 2.4 本章小结 .4 第 三 章 智能音视频切换器的硬件电路设计 .4 3.1 中央处理模块 .5 3.1.1 at89s52 功能特性介绍 .5 3.1.2 at89s52 引脚结构功能介绍 .6 3.1.3 at89s52 空闲模式和掉电模式 .8 3.1.4 中央处理模块原理分析.9 3.2 时钟模块设计 12 3.2.1 芯片 ds3231 介绍.12 3.2.1 原理分析15 3.3 报警模块设计 16 3.4 显示模块设计 16 3.4.1 1602lcd 介绍 17 3.4.1 lcd 原理图分析 18 3.5 音频切换模块设计 18 3.5.1 芯片 m309 介绍.21 3.5.1 芯片 ds1808 介绍.22 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 iv 3.6 视频切换模块设计 24 3.6.1 芯片 max7450 介绍25 3.6.1 芯片 max4314 介绍25 3.7 网络接口模块设计 26 3.7.1 芯片 en28j60 介绍28 3.8 本章小结 28 第 四 章 总结与展望 29 参考文献 .29 致 谢 .31 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 0 第 一 章 引 言 1.1 研究背景及意义 电视台播出电视信号时，常因为设备故障、自然气候影响或人为失误 等原因造成加到发射机的图像信号衰落或中断，这对安全优质播出和发射 设备的不良影响是不言而喻的。视频自动切换报警电路是在发生图像信号 衰落或中断时能自动将视频输入切换到图像图形发生器所哦供信号（如彩 条信号、测试卡、 “信号中断请稍候”文字信号）上，以保持视音频切换器 视频输出（即加到发射机的图像信号）的连续性，并同时告警，提示值机 人员检查和排除故障。正常图像信号恢复时，该电路又能自动将视频输入 切换回到正常播出图像信号位置。此外，在监控录像、闭路电视的设备中， 音视频切换器也是主要的功能器件。因此研究音视频切换器，增加它的功 能，提高他的稳定性，对于实际应用时具有重大意义的。1 1.2 本文的选题和研究内容 基于音视频切换技术应用需求，以及本人所掌握知识情况，确定研究 题目为智能音视频切换器 ，本文主要根据对音视频切换技术的研究及设 计，并基于实际应用中的需求，对切换器主要功能研究如下： 1.具有 4 路音频、4 路视频信号输入（同一节目内容的不同信号来源） 。 2.从 4 路输入信号中选择一路有效的信号送到输出端（具有 1 路音频、 1 路视频信号输出） 3.具备手动切换和自动切换功能。 4.具备可设置的时间表，在工作时间内能自动工作。 5.可调节（数控）各路输入输出信号的电平。 6.可显示各路信号电平。 7.可检测各路音频、视频信号的状态。无信号时自动报警。 8.具备以太网接口（独立 ip 地址） ，并可通过以太网连接上位计算机。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 1 9.可通过上位机进行系统参数配置，并监测和控制系统的工作状态。 无上位机时，系统可独立工作。 第 二 章 智能音视频切换器硬件设计方案及步骤 2.1 系统硬件整体设计思路 任何智能化电子产品的设计，不外乎都采用模块化设计方案，智能音 视频切换器的设计业不例外，本设计是采用单片机作为核心控制，配以相 应的外围模块共同构成整机电路。整个系统硬件在设计开发过程中，遵循 下列步骤： （1） 对于智能音视频切换器来说，首先需要明确它的设计目标，除 了要达到其基本的设计功能外，还要满足其特定的性能指标。根据要实现 的预期功能确定硬件系统的总体构成。设计出系统的总体结构框图。 （2） 综合考虑其功能要求、性能指标，即可靠性、抗干扰性等各方 面因素，确定系统核心单片机，建立开发平台。 （3） 明确各部分模块功能，确定外围模块芯片，绘制每个部分的原 理图。 （4） 综合各部分模块，最后绘制整个系统电路原理图。 2.2 硬件整体构成 智能音视频切换器硬件设计时采用模块化设计方案，围绕系统功能要 求，系统设计分为几个大功能模块，分别是：中央处理模块、显示模块、 时钟模块、报警模块、音频切换模块和视频切换模块。其硬件结构图如图 2-1 所示： 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 2 图 2-1 硬件整体结构图 下面分别介绍一下各个模块的功能： （1） 显示模块 显示模块为显示各路信号电平。 （2） 时钟模块 时钟模块可进行时间设置，通过单片机控制，可使智能音视频切换器 在工作时间内自动工作。 （3） 报警模块 当音视频信号输入异常时，比如说无音视频信号输入，报警模块会自 动报警以提示，使整个工程处于被监控过程中，增强智能音视频切换器的 安全性，可靠性和智能化。 （4） 音频切换模块 音频输入信号通过音频切换模块，可对四路输入信号进行检测并自动 中央处 理模块 时钟 模块 视频切换 音频切换 报警 模块 网络 接口 显示 模块 音频放大 视频输入 视频输出 音频输出 音频输入 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 3 输出一路正常信号，实现智能音频切换功能。 （5） 视频切换模块 视频输入信号通过视频切换模块，可对四路输入信号进行检测并自动输出 一路正常信号，实现智能视频切换功能。 （6） 网络接口模块 网络接口模块具备以太网接口（独立 ip 地址） ，并可通过该网络接口连接 上位计算机。 （7） 中央处理模块 中央处理模块是整个系统的中枢，任何模块都不能独立的完成相应的 任务，必须通过与中央处理模块配合才能完成相应的功能。 2.4 本章小结 本章介绍了硬件整体结构，各部分模块功能，以及各部分模块的功能 元件的旋影，根据系统要求确定了硬件电路的模块化设计方案。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 4 第 三 章 智能音视频切换器的硬件电路设计 在第 2 章中，我们对智能音视频切换器的基本结构和工作原理进行了 介绍，在此基础上形成了智能音视频切换器的硬件设计方案。根据此方案， 智能音视频切换器的设计分为两部分，一部分是中央处理模块的设计，另 一部分是外围模块电路的设计，对于每个模块的设计，主要是进行关键元 器件的选择，然后根据所选器件完成相应的电路连接，最后整合成完整的 智能音视频切换器的电路。原理图如图 3-1 所示： 图 3-1 音视频切换器电路原理图 音频输出 蜂鸣器 单片机 at89s52 adc0809 ds1808 enc28j6 0 max4314max7450 ds3231 m309 视频输出 音频输入 音频检测电 路 max7450 视频输入 lcd160 2 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 5 3.1 中央处理模块 3.1.1 at89s52 功能特性介绍 at89s52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可 编程 flash 存储器。使用 atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与 工业 80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上 flash 允许程序存储器在系统 可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统 可编程 flash，使得 at89s52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有 效的解决方案。at89s52 具有以下标准功能：8k 字节 flash，256 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/ 计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外，at89s52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数器、串口、中断继续 工作。掉电保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作 停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2 3.1.2 at89s52 引脚结构功能介绍 vcc : 电源 gnd: 地 p0 口：口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8 个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部 程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， p0具有内部上拉电阻。 在 flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令 字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 p1 口：口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1 输出缓冲器 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 6 能驱动4 个ttl 逻辑电平。对p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于 内部电阻的原因，将输出电流（iil） 。此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数 器2的外部计数输入（p1.0/t2）和时器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex） ， 具体如下表所示。 在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 p1.0 t2(定时器/计数器t2的外部计数输入)，时钟输出 p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制） p1.5 mosi（在系统编程用） p1.6 miso（在系统编程用） p1.7 sck（在系统编程用） p2 口：口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器 能驱动4 个ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于 内部电阻的原因，将输出电流（iil） 。在访问外部程序存储器或用16位地址 读取外部数据存储器（例如执行movx dptr）时，p2 口送出高八位地 址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如 movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 p3 口：口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器 能驱动4 个ttl 逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于 内部电阻的原因，将输出电流（iil） 。p3口亦作为at89s52特殊功能（第二 功能）使用，如下表所示。 引脚号第二功能 p3.0rxd（串行输入） p3.1txd（串行输出） p3.2into(外部中断 0) 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 7 p3.3into(外部中断 0) p3.4t0（定时器 0 外部输入） p3.5t1（定时器 1 外部输入） p3.6wr(外部数据存储器写选通) p3.7 rd(外部数据存储器写选通) 在 flash 编程和校验时，p3 口也接收一些控制信号。 rst: 复位输入。晶振工作时，rst脚持续2 个机器周期高电平将使单片机 复位。看门狗计时完成后，rst 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存 器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下， 复位高电平有效。 ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存 低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输入 脉冲。在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来 作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储 器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置 “1” ，ale操作将无效。这一位置“1” ，ale 仅在执行movx 或movc 指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。这个ale 使能标志位（地址为 8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 psen:外部程序存储器选通信号（psen）是外部程序存储器选通信号。 当 at89s52从外部程序存储器执行外部代码时，psen在每个机器周期被激 活两次，而在访问外部数据存储器时，psen将不被激活。 ea/vpp:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000h 到ffffh的外部 程序存储器读取指令，ea必须接gnd。为了执行内部程序指令，ea应该接 vcc。 在flash编程期间，ea也接收12伏vpp电压。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 8 xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 xtal2:振荡器反相放大器的输出端。 3.1.3 at89s52 空闲模式和掉电模式 空闲模式空闲模式 在空闲工作模式下，cpu 处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激 活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上 ram 和特殊功 能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。 由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下， 片上硬件禁止访问内部 ram，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终 止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条 指令不应该是写端口或外部存储器。 掉电模式掉电模式 在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行 指令。片上 ram 和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模 式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了 sfr 的值，但不改 变片上 ram 的值。在 vcc 未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效， 并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。 3.1.4 中央处理模块原理分析 电路原理图如图 3-2。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 9 图 3-2 中央控制模块电路图 at89s52 共有 i/o 接口 32 个。 其中网卡接口占 p10 至 p13 这 4 个 i/o 接口，分别为 nso,nsi,nsck 和 ncs。通过这四个来实现上位机对单片机的控制。 p14 接口与蜂鸣器模块相连接，通过对输入音视频信号的检测由单片机 控制蜂鸣器是否报警。 p15、p16 和 p17 接口分别于视频选择切换芯片 max4314 中的 a0，a1 端 口和视频输出检测芯片 max7450 中的 los 端口相连接。通过这些端口来实 现单片机对这两个芯片的控制。 p30 和 p31 分别于音频选择切换芯片 m309 中的 a0 和 a1 相连，以此通 过单片机对音频电路对其输入信号进行选择切换。 p32、p34 和 p35 接口分别于时钟芯片 ds3231 中的-int/sqw，scl 和 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 10 sda 对口相连接，通过此端口对时钟芯片进行控制。 为节省 i/o 资源，共享 i/o 口，同时也为了读取外部设备方便，对 lcd 和 adc0809 进行总线时序操作。 p0 接外设的数据端，p2 端口接高位地址。总线端口计算如下表： p0p2.0p2.1p2.2p2.3p2.4/5/6 /7 外设口 低位地 址 adc0809 cs 1602cs （en） 1602rs1602rw 空 任意值 00000 ad 读/写数 据口 （0x00 00） 任意值 11000 液晶写指 令口 （0x03 00） 任意值 11100 液晶写数 据口(0x07 00 ) 任意值 11010 液晶读状 态口(0x0b 00) 其中空白处为任意数值皆可（0/1） ，缺省为 0 由于采用了总线结构，p0 和 p2 口作为数据总线和地址总线本来是不可 以再复用外接其他外设，但是有一种特殊情况：在不影响总线结构条件下： 作为输入，且只能作为输入，如 v*lost 就只能是输入的。因此将 v1lost，v2lost，v3lost 和 v4lost 接至剩余的 p2 口。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 11 3.2 时钟模块设计 3.2.1 芯片 ds3231 介绍 ds3231 是低成本、高精度 i2c 实时时钟(rtc)，具有集成的温补晶体振 荡器(tcxo) 和晶体。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确 的计时。集成晶体振荡器提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的元 件数量。ds3231 提供商用级和工业级温度范围，采用 16 引脚、300mil 的 so 封装。 rtc 保持秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于 31 天的月份， 将自动调整月末日期，包括闰年补偿。时钟的工作格式可以是 24 小时或带 am/pm 指示的 12 小时格式。提供两个可编程日历闹钟和一路可编程方波输 出。地址与数据通过 i2c 双向总线串行传输。精密的、经过温度补偿的电 压基准和比较器用来监视 vcc 状态，检测电源故障、提供复位输出，并在 必要时自动切换到备用电源。另外，rst 监视引脚可以作为手动按钮输入以 产生外部复位信号。 （1）引脚说明如下表2 引脚名称功能 132khz 32khz 输出。此漏极开路输出引脚要求外接上拉电 阻。如不使用，可保持开路 2vcc 用于主电源的 dc 电源引脚。该引脚应使用 0.1f 至 1.0f 电容进行去耦。 3int/sqw 低电平有效中断或方波输出。该漏极开路输出引脚 要求外接上拉电阻。如未使用，可保持开路。该多 功能引脚的功能由控制寄存器(0eh) 的 intcn 位决 定。当 intcn 设定为 0 时，引脚输出方波，其频率 由 rs2 和 rs1 位决定。当 intcn 设定为 1 时，计时 寄存器与任一闹钟寄存器相匹配时都会触发 int/sqw 引脚(如果使能闹钟功能)。由于首次上电 时 intcn 位设定为 1，因此引脚缺省设置为中断输 出并禁止闹钟。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 12 4rst 低电平有效复位引脚。该引脚为漏极开路输入/输出。 引脚指示 vcc 相对于 vpf 指标的状态。如果 vcc 下 降至低于 vpf，rst 引脚被拉低。若 vcc 超过 vpf 并 持续 trst 时间，rst 引脚驱动为高阻抗。低电平有 效、漏极开路输出还具有去抖的按钮输入功能。该 引脚可由按钮复位请求来触发。引脚内部通过标称 值为 50k 的上拉电阻连接至 vcc。无需外接上拉 电阻。如果禁止晶体振荡器，trst 延时会延长一个 振荡器的启动时间。 5-12n.c. 无连接。外部必须接地。 13gnd 地 14vbat 备用电源输入。该引脚应使用 0.1f 至 1.0f 的 低泄漏电容进行去耦。 15sda 串行数据输入/输出。该引脚为 i2c 串口的数据输入 /输出。此漏极开路引脚要求外接上拉电阻。 16scl 串行时钟输入。该引脚为 i2c 串口的时钟输入，用 于串口上同步数据传输。 ds3231 为由 32khz 温补晶体振荡器驱动的串行 rtc。tcxo 提供稳定、 精确的基准时钟。在-40c 至+85c 范围内，rtc 的精度保持在2 分钟 /年之内。tcxo 频率在 32khz 引脚输出。rtc 为低功耗时钟/日历，提供两 个可编程日历闹钟和一路可编程方波输出。int/sqw 提供由闹钟条件决定的 断信号或者方波输出。时钟/日历提供秒、分、时、星期、日期、月和年信 息。少于 31 天的月份，将自动调整月末的日期，并包括闰年补偿。时钟可 工作在 24 小时或带 am/pm 指示的 12 小时格式。内部寄存器通过 i2c 总线 接口访问。 温补电压基准和比较器电路用于监视 vcc 电平，以检测电源故障，并 在必要时自动切换至备用电源。rst 引脚提供外部按钮输入功能，并可用 于指示电源故障情况。 （2）工作原理 ds3231 可划分为四个功能组：tcxo、电源控制、按钮复位功能和 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 13 rtc。他们的工作原理在以下各部分加以说明。 32khz32khz tcxotcxo tcxo 包括温度传感器、振荡器和控制逻辑。控制器读取片上温度传感 器的输出，使用查找表确定所需的电容，加上 age 寄存器的老化修正，然 后设置电容选择寄存器。仅在温度值发生变化时，或者用户启动的温度转 换完成 时，才加载包括 age 寄存器变化的新值。vcc 初次上电时就会读取温度值， 然后每 64 秒读取一次。 电源控制电源控制 该功能由温补电压基准和监视 vcc 电平的比较器电路提供。当 vcc 高 于 vpf 时，器件由 vcc 供电。当 vcc 低于 vpf 但高于 vbat 时，ds3231 由 vcc 供电。当 vcc 低于 vpf 并低于 vbat 时，器件由 vbat 供电。参考下 表。 supplysupply conditionconditionpoweredpowered byby vcc vbatvcc vcc vpf, vcc vpf, vcc vbatvcc 为保护电池，vbat 首次加到器件上时振荡器并不启动，除非加载 vcc ，或 者向器件写入一个有效的 i2c 地址。典型的振荡器启动时间在 1 秒以内。 在 vcc加电后或者有效的 i2c 地址写入后大约 2 秒钟，器件会测量一次温度， 并使用计算的修正值校准振荡器。一旦振荡器运行起来，只要电源(vcc或 者 vbat) 有效就会一直保持运行状态。器件每隔 64 秒钟进行一次温度测量 并校准振荡器频率。 按钮复位功能按钮复位功能 ds3231 提供连接至 rst 输出引脚的按钮开关功能。若 ds3231 不在复 位周期，会持续监视 rst 信号的下降沿。如果检测到一个边沿转换， 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 14 ds3231 通过拉低 rst 完成开关去抖。内部定时器定时结束(pbdb) 后， ds3231 继续监视 rst 信号线。如果信号线依旧保持低电平，ds3231 持续监 视信号线以检测上升沿。一旦检测到按钮释放，ds3231 强制 rst 引脚为低 电平并保持 trst时间。同一引脚 rst，还用来指示电源故障报警情况。当 vcc低于 vpf 时，会产生内部电源故障报警信号，并强制拉低 rst 引脚。当 vcc返回至超过 vpf电平时，rst 引脚保持低电平大约 250ms (trec)，以使 供电电源稳定下来。如果在 vcc 加载时振荡器没有工作(参考电源控制部分)， 将会 跳过 trec，rst 立刻变为高电平。 实时时钟实时时钟 以 tcxo 作为时钟源，rtc 提供秒、分、时、星期、日期、月和年信息。 少于 31 天的月份，将自动调整月末日期，其中包括闰年的修正。时钟可工 作在 24 小时或带 am/pm 指示的 12 小时格式。时钟提供两个可编程定时闹 钟和一个可编程方波输出。int/sqw 引脚可产生由闹钟条件决定的中断信号， 或者输出方波信号。功能选择通过 intcn 位来控制。 3.2.1 原理分析 时钟模块原理图如图 3-3。 图 3-3 时钟模块电路图 在图中，电阻 rc1，rc2 和 rc15 为外接上拉电阻，以满足芯片工作要求。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 15 引脚 vbat为备用电源输入端，外接备用电源 bt1 需使用 0.1f 的低泄漏电 容 cc14 进行去耦。引脚 sda 和 scl 分别为串行数据输入/输出端和串行时 钟输入端，引脚-int/sqw 为低电平有效中断或方波输出。上诉 3 个引脚对 应连接至中央处理模块中的单片机 at89s52 上（如图 3-2 所示） ，以对其控 制。 3.3 报警模块设计 报警模块原理图如图 3-4 所示 图 3-4 报警模块电路图 通过 alarm 端口与单片机 at89s52 相连，当高电平输入时，三极管 9013 导通，蜂鸣器报警，当低电平输入时，三极管不导通，蜂鸣器不报警。其 中三极管 9031 为推动电流放大，电阻 rc14 作限流用。 3.4 显示模块设计 显示模块电路原理图如图 3-5 所示。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 16 图 3-5 显示模块电路图 3.4.1 1602lcd 介绍 首先介绍一下 1602 的主要参2： 显示容量：16x2 个字符 芯片工作电压：4.5-5.5v 芯片工作电压:4.55.5v 工作电流:2.0ma(5.0v) 模块最佳工作电压:5.0v 字符尺寸:2.954.35(wh)mm 然后对 1602lcd 的引脚进行说明介绍。 1602lcd 采用的是标准的 16 脚（带背光）接口，各个引脚说明如下表 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 17 所示： 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1vss 电源地 9d2 数据 2vdd 电源正极 10d3 数据 3vl 液晶显示偏压 11d4 数据 4rs 数据/命令选择 12d5 数据 5r/w 读/写选择 13d6 数据 6e 使能信号 14d7 数据 7d0 数据 15bla 背光源正极 8d1 数据 16blk 背光源负极 3.4.1 lcd 原理图分析 原理图如图 3-5，第 3 脚 vl 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时 对比度最弱，接地时对比度最高。此处我们将其接地，但对比度过高时会 产生“鬼影” ，因此我们通过一个 10k 的电位器可调整其对比度。 第 4 脚 rs 为寄存器选择，在高电平时选择数据寄存器，在低电平时选 择指令寄存器。 第 5 脚 r/w 为读写信号线，在高电平时进行读操作，在低电平时进行 写操作。当 rs 和 r/w 共同为低电平时，lcd 可以写入指令或者显示地址， 当 rs 为低电平而 r/w 为高电平时，lcd 可以读忙信号，当 rs 为高电平 r/w 为低电平时，lcd 可以写入数据。 第 6 脚 e 端为使能端，当 e 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执 行命令。 3.5 音频切换模块设计 音频切换模块电路原理图如图 3-6，图 3-7 和图 3-8 所示。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 18 图 3-6 输入音频放大电路图 ne5532 是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如 1458）相似，它具 有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。 其参数如下： （1）小信号带宽：10mhz； （2）输出驱动能力：600，10v； （3）输入噪声电压：5nv/hz（典型值） ； （4）dc 电压增益：50000； （5）ac 电压增益：10khz 时 2200； （6）电源带宽：140khz； （7）转换速率：9v/s； （8）大电源电压范围：320v。 如图 3-6 为音频输入前级放大，主要实现输入阻抗匹配，前级放大， 输 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 19 图 3-7 音频检测电路图 出至音频多路选择切换和音频检测3。 如图 3-7 为音频检测电路，通过 a1lost 输出至 adc 转换器，通过检测 输出电平大小，当给定阈值时，输出大于此阈值，输入音频信号正常，反 之，小于该阈值，则输入信号不正常。该阈值选取通过实验确定。 图 3-8 音频多路选择切换及输出音量控制电路图 如图 3-8 所示电路中，通过端口 no1a 至 no4a，切换器 max309 对 输入后放大的音频信号进行多路选择，由 coma 输出至 ds1808 进行后级 程控放大后输出。 （详见图 3-9） 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 20 图 3-9 音频多路选择切换输出电路 3.5.1 芯片 m309 介绍 首先对芯片引脚说明如下表： 引脚名称功能 1，16a0，a1地址输入 2en使能端 3v-负极电源电压输入 4-7no1a-no4a双向模拟输入 音频信号输入 音频放大 音频多路选择切换 音量控制 音频放大 音频检测 音频放大 单片机 音频输出 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 21 8,9coma,comb双向模拟输出 10-13no4b-no1b双向模拟输出 14v+正极电源电压输入 15gnd接地端 使用小于15v 的电源电压将降低模拟信号的范围。交换机 max309 工作 在4.5v 至20v 的双极电源或+4.5 v 至+30 v 单极电源下。单极电源电 压供电下，-v 接地。 3.5.1 芯片 ds1808 介绍 ds1808 是一款双通道数字控制音频分压电位器。下面介绍各个引脚。 vcc 为电源输入端。此引脚充当正轨。ds1808 将支持从 5v 到 13.2v 的正极性电源电压。当 vccvb少于 8v 系列抽头电阻将增长至 1k。 vb衬底偏压。此引脚充当负轨。ds1808 将支持 0 到-13.2v 的负极性 输入电压。当 vccvb少于 8v 时，系列抽头电阻将增长至 1k。 vdd为直流电源输入端。为 5v 直流电压供电端。vdd的电压值绝不能 超过 vcc。 gnd 为接地端。 sda 为串行数据输入/输出。该引脚为 iic 串口的数据输入/输出。此 漏极开路引脚要求外接上拉电阻。 scl 为串行时钟输入。该引脚为 iic 串口的时钟输入，用于串口上同 步数据传输。 /ce 使能端。当 ce=0 时，芯片正常工作；当 ce=1 时，芯片不能正常 工作。 a0，a1，a2 为地址输入端。 h0，h1 这些是电位器的高端终端。对于这两个电位器，它不要求这些 终端连接到一个潜在的比低端终端更大电位器。电压适用于高端的电位不 能超过电源电压的 vcc，或低于 vb。 l0，l1 这些是电位器的低端终端。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 22 w0，w1 为电位器的滑片端，加在电位器滑片端的电压不能高于 vcc 或低于 vb。2 图 3-10 继电器 如图 3-10 电路为继电器电路，是配合 ds1808 工作，为 ds1808 提供满 足要求的电压和电压偏置。在正常情况下，ds1808 的供电电压+12v 要先于 vdd 和 vb 加到芯片上。 3.6 视频切换模块设计 视频切换模块电路原理图如图 3-11 和图 3-12 所示。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 23 图 3-11 视频检测电路图 图 3-12 视频多路选择切换输出电路 如图 3-11 和图 3-12 所示电路中，视频输入信号先通过 max7450 进行检 测在输出至视频多路选择切换芯片 max4314 中，进行选择输出一路正常的 视频信号，在通过 max7450 进行输出检测，最后输出一路视频信号。 3.6.1 芯片 max7450 介绍 max7450 作为完整的前端视频信号调节器，是为改善标准清晰度视频 信号的质量设计的。这些器件重建视频输入的 dc 电平、修正幅度误差达 6db、检测故障、过滤带外噪声。max7450 对信号质量进行优化，以便 通过矩阵开关或视频解码器(adc)作进一步的处理。每一款器件都集成了输 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 24 入视频箝位器、自动增益控制(agc)、同步丢失(los)检测器和带外噪声/低 通滤波器。器件还包含可以由用户选择的缓冲器增益(0 或+6db)以及 agc 禁止功能。max7450 采用5v 的双电源供电，可将视频消隐电平重建到 gnd。 器件采用 8 脚 so 封装，具有一个裸露焊盘，规定工作在扩展级温度范围内 (-40c 到+85c)。2 引脚说明引脚说明 引脚名称功能 1vcc 电源正极。max7450 的 vcc 接+5v。尽可能的靠近该引脚接 1f 和 0.1f 旁路电容到 gnd 2in 视频输入。通过 0.1f 电容 ac 耦合视频信号。 3gnd 地 4vss 电源负极。max7450 的 vss 接-5v。尽可能靠近引脚接 1f 和 0.1f 旁路电容到 gnd 5agcd 自动增益控制禁止输入。将 agcd 拉到 vcc，可禁止 agc。将 agcd 拉到 gnd，可使能 agc。 6out 视频输出。 7gset 增益设置输入。将 gset 拉高，可设置缓冲器+6db 的增益。 将 gset 拉低，可设置缓冲器的 0db 增益。 8los 同步逻辑输出。当失去了 15 行以上的视频同步时，los 为 高。当视频同步存在时，los 为低。 3.6.1 芯片 max4314 介绍 max4314 引脚说明见下表。2 引脚名称功能 1a1 频道地址逻辑输入 0。 2a0 频道地址逻辑输入 1。 3,6,9n.c. 悬空端。为达到最佳性能要接地。 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 25 4vcc 正极电源电压输入。 5in0 放大器输入端 0。 7in1 放大器输入端 1。 8in2 放大器输入端 2。 10in3 放大器输入端 3。 11vee 负极电源电压输入。单极输入电压工作下，此引脚接 地 12-shdn 输入中断。 13gnd 接地端。 14out 放大器输出。 3.7 网络接口模块设计 网络接口模块电路原理图如图 3-13 和图 3-14 所示。 图 3-13 网络接口电路 广西大学学士学位论文 智能音视频切换器 26 图 3-14 网卡接口电路 如图 3-13 和图 3-14 电路，为网络接口电路，通过网卡接口，实现单 片机与 pc 通信，可以方便实现 pc 对单片机的控制。 3.7.1 芯片 en28j60 介绍 enc28j60 是带有行业标准串行外设接口（serialperipheral interface，spi）的独立以太网控制器。 它可作为任何配备有 spi 的控制 器的以太网接口。enc28j60 符合 ieee 802.3 的全部规范，采用了一系列 包过滤机制以对传入数据包进行限制。 它还提供了一个内部 dma 模块，以 实现快速数据吞吐和硬件支持的 ip 校验和计算。 与主控制器的通信通过 两个中断引脚和 spi 实现，数据传输速率高达 10 mb/s。两个专用的引脚 用于连接 led，进行网络活动状态指示。图 1-1 所示为 enc28j60 的简化框 图。 图 1-2 所示为使用该器件的典型应用电路。 要将单片机连接到速率 为 10 mbps 的以太网，只需 enc28j60、两个脉冲变压器和一些无源元件即 可。 enc28j60 由七个主要功能模块组成： 1. spi 接口充当主控制器和 enc28j60 之间通信通道。 2. 控制寄存器用于控制和监视 enc28j60。 广