基于CPLD的多媒体教室中央控制系统的设计

本科毕业论文（设计）题 目 多媒体教室中央控制系统设计 _ 学 院 理工学院 专 业 电子信息工程 年 级 2006 级 学 号 222006389084049 姓 名 严 海 指 导 教 师 周 明 成 绩 2010 年 4 月 16 日目 录摘要1关键字1Abstract1Key Words1一、多媒体教室研究的背景和意义2二、多媒体教室中央控制系统概述2（一）多媒体技术概述2（二）中央控制系统概述3（三）复杂的可编程逻辑器件（CPLD）概述4三、多媒体教室中央控制系统总体设计和控制面板设计5（一）多媒体教室中央控制系统总体设计5（二）多媒体教室控制面板设计6四、多媒体教室中央控制系统各模块的设计与实现7（一）控制系统芯片选择7（二）电源控制模块设计8（三）环境控制模块设计101.电动屏幕弱电控制部分设计112.电动屏幕强电部分设计12（四）视音频切换模块设计131.视音频切换控制器设计142.视音频信号切换选择器设计15（五）音量控制模块设计18五、多媒体教室中央控制系统扩展19六、多媒体教室中央控制系统展望20七、结束语21参考文献22致谢23附录24基于CPLD的多媒体中央控制系统的设计摘要：近几年来，多媒体在教学系统中的运用迅速发展，传统的教学系统已经不能适应现代化的需求，多媒体中央控制技术的出现给教育行业带来了新的机遇。针对这一现状，本文研究设计了一种基于复杂的可编程逻辑器件的多媒体中央控制系统。本设计包括电源控制模块、环境控制模块、视频切换模块、音频切换模块，在分析各模块的主要技术性能及比较多种控制器的基础上，确定了模块的总体结构。本论文设计的多媒体中央控制系统，实现了每一个模块的功能，可以基本满足多媒体教学的要求。关键字：多媒体 中央控制系统 CPLD设计 信号选择Abstract: The growth in use of multimedia within the education system has accelerated in recent years, the traditional way dose not suit for the modernization, multimedia central control technology to the teaching profession has brought new opportunities. The thesis aims at this situation, designs multimedia central control system based on Complex Programmable Logic Device (CPLD). The design includes the module of power source control, the module of environmental control, the module of the switch of video signal, the module of the switch of audio signal and the module of main controlling by analysis of the technology performance and comparison of controllers. The thesis designs multimedia central control system, realises every models function, achieve ours effect, It can basically meet the request of multimedia teach.Key Words: Multimedia, Central Control System, CPLD Design, Signal Selection基于CPLD的多媒体中央控制系统的设计一、多媒体教室研究的背景和意义传统的课堂教学模式是教师采用口授的方法，使用黑板、粉笔教学，学生面对的是老师、教材和黑板，这种教学形式单一，教学效果很大程度上取决于老师的个人才华和学生的学习兴趣。随着时代的进步，各种器材被应用在教学中，如无线话筒、投影仪、幻灯机等， 这些设备的应用极大地提高了教学效果，多媒体教室中央控制系统就是这方面的典型应用之一，它具有如下显著特点：（1）继承和发展了传统电化教室的各种功能。现代的多媒体教室系统不仅具有传统电化教室的各种功能，并且在传统电化教室的基础上加入了许多新型的多媒体设备，从而使得教学中的各种功能逐一不漏地得以实现，同时也满足教师在教学中新的要求，教室不仅可以用于多媒体计算机教学，还可以用于录像教学、外语教学、学术报告等。（2）模块化设计的中央控制系统能使产品性能稳定可靠、易于扩展。在通信和控制上使用可编程器件，使控制电路一改传统的方法，使电路更加简洁明了，性能上也更加稳定可靠。各种模块化合理分工，独立工作，组合起来成为一个整体，便于系统的安装、调试，一旦出了问题也不会殃及其他，提高了系统的可靠性，而且便于系统的扩和升级。（3）利用计算机对设备、窗帘、灯光等辅助设施进行控制，配套的图形界面软件使操作直观、方便、简单。教师对各种设备的控制信号是通过计算机来传达的，计算机屏幕上使用WINDOWS操作平台的图形界面，形象地显示各种设备的状态，教师只需要使用鼠标就可以进行控制，十分直观、方便、简单1。二、多媒体教室中央控制系统概述（一）多媒体技术概述多媒体技术主要是指利用电脑把文字、图形、影像、动画、声音及视频等媒体信息数位化，并将其整合在一定的交互式界面上，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。它极大的改变了人们获取信息的传统方法，符合人们在信息时代的阅读方式。多媒体技术的发展改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具，广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练，甚至家庭生活与娱乐等领域。多媒体技术涉及面相当广泛，主要包括:（1）音频技术:音频采样、压缩、合成及处理、语音识别等。（2）视频技术:视频数字化及处理。（3）图像技术:图像处理、图像、图形动态生成。（4）图像压缩技术:图像压缩、动态视频压缩。（5）通信技术:语音、视频、图像的传输。（6）标准化:多媒体标准化。多媒体技术的特点如下：（1）能够完成在内容上相关联的多媒体信息的处理和传送，如声音、活动图像、文本、图形、动画等；（2）交互式工作，而不是简单的单向或双向传输；（3）网络联结，即各种媒体信息是通过网络传输的，而不是借助CD-ROM等存储载体来传递的。（二）中央控制系统概述多媒体教室的中央控制系统是对多媒体教室视音频设备、计算机、投影机、电动屏幕和教学环境进行管理与控制的系统。系统一般由操作单元和控制主机两部分组成，在主控软件的协调下工作。在多媒体教室中，教学设备都与中控系统主机相连接，中控主机既是信号处理中心，完成视音频信号、计算机数据信号输入、输出的切换、分配、处理、驱动，也是控制驱动中心，依据程序控制投影机电源开关、屏幕升降、灯光亮暗、窗帘开关、声音大小、实现投影机关机延时和电动屏幕限位保护等功能。中控系统的操作单元，集成了教学设备的各种控制按钮与相应的状态显示，用户通过控制面板操控教学设备，使多媒体教室设备应用与管理由复杂变简单。同时，操作单元是整个系统的弱信号处理单元，运行控制程序，是中控系统的核心。现在，中央控制系统已经成为多媒体教室中的核心设备，它的质量好坏、使用方便与否，直接影响课堂教学。中央控制系统的构成。作为一个系统中央控制系统一般由以下四部分组成：（1）用户界面；（2）中央控制主机；（3）各类控制接口；（4）受控设备。具体又可分为以下几个模块：音视频切换模块；VGA电脑信号切换模块；红外学习及发射模块；设备电源管理模块；电动屏幕控制模块；音色、音量处理模块；控制接口处理模块；电源模块；网络模块。多媒体教室中央控制系统具有以下特点：（1）提供多种用户操作的界面。(标准PCLCD触摸屏手控面板)：个性化控制界面设计可以使教师操作方便，得心应手。同时面向全部电教设备总揽全局，一目了然。（2）能同时对多路设备进行控制。通过电机或投影机进行演播同时，能对其它音视频源进行预览。（3）集成度高，设备控制方式齐全，操作界面清晰，系统扩展功能强，可靠性高等特点。低成本，高性能，高集成度，全数字化控制。 （5）可编程逻辑器件直接接入：影碟机，录像机，视频展示台，摄像机，录音卡座，计算机，笔记本，功放，有线麦克，无线麦克，电动屏，投影机，电源控制器，环境控制器。（三）复杂的可编程逻辑器件（CPLD）概述CPLD(Complex Programmable Logic Device)是复杂可编程逻辑器件的英文简写，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。器件特点：它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10，000件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分2。 三、多媒体教室中央控制系统总体设计和控制面板设计（一）多媒体教室中央控制系统总体设计多媒体教室的基本组成如下图所示。图3.1 多媒体教室中央控制系统结构框图该多媒体教室中央控制系统以CPLD作为主控模块，主控模块接收来自控制面板或上位机的控制信息，这些信息经过CPLD处理后变为相应的控制信号。本论文主要设计总电源控制模块、环境控制模块、视频切换模块、音频切换模块、音道切换和音量控制模块这五个模块并完成相应的功能。VGA信号切换模块、串行通信模块、红外遥控模块也可由CPLD进行编程后实现相应的控制功能3。图3.1中各组成模块的功能：(1)总电源控制模块:该模块实现总电源控制、灯光电源控制、电源窗帘电源控制、投影仪电源控制和多媒体教室中各种媒体设备的电源控制功能。(2)环境控制模块:该模块完成对电动屏幕的升、降、停的集中控制功能。(3)视频切换模块:系统提供了五种信号源，即多媒体计算机、笔记本电脑、实物视频展示台、影碟机、录像机的视频信号源，同时还提供了大屏幕投影和监视器两种视频输出方式。视频切换控制器就是完成对这五路视频信号的选择切换和两路输出的分配工作。(4)音频切换模块:系统提供了六路音频输入，即多媒体计算机、笔记本电脑、实物视频展示台、影碟机、录像机、卡座的音频输入信号。同时从这六路音频输入信号中选择出一路信号进行输出。音频切换控制器就是完成对这六路音频信号的选择切换和一路输出的分配工作。有线话筒和无线话筒的音频信号可以直接由AV功放处理后输出，所以不再设计有线话筒和无线话筒的音频切换控制器。(5)音频声道切换和音量控制模块:该模块的主要作用是对音频左右声道进行选择和调节音频信号输出时的信号幅值大小。（二）多媒体教室控制面板设计多媒体集成控制系统需要将被控系统设备的各种操作功能按照教师实际操作要求进行组合处理，界面也根据实际组合进行了相应的变动。然后将其具体对每一媒体或设备的最终操作过程集成一起，变成简单的一个操作。系统可以对多媒体计算机、笔记本电脑、实物视频展示台、影碟机、录像机、卡座、投影仪、电动银幕、灯光等设备进行电源控制，对各种多媒体设备进行切换等基本操作的集成控制。所有这些控制都是在控制台上的一个集成控制系统的控制面板上完成的。通过多媒体教室中央控制系统结构框图可将控制面板设计为以下几个部分，如图3.2所示：图3.2 多媒体教室控制面板(1)系统供电部分：要使用各种多媒体设备并进行集成控制，首先要打开用于控制整套系统电源的电源开关，给系统供电。由图二中总电源控制开关按钮可以对整套系统实现电源控制。在电源控制部分还有三组二级控制开关分别对灯光、窗帘、投影仪进行电源控制。(2)环境控制部分：该部分由图二中电动屏幕选择栏中的升、降、停三个控制按钮组成，它们实现对电动屏幕的控制。(3)视频音频信号选择部分：由图一可知，主要有多媒体计算机、笔记本电脑、实物视频展示台、影碟机、录像机、卡座（卡式磁带录音座）这六种多媒体信号需要选择，为了实现中央控制系统对多媒体设备的切换功能，因此在控制面板的信号选择部分应该有六个选择按钮，任课教师只要在控制面板上的“多媒体信号节目源选择栏”中按下任意一个按钮，该按键对应的多媒体设备的视频信号就会通过投影仪投射后显示，音频信号通过音箱进行输出播放。(4)音频声道切换和音量控制部分：该部分由图二中的声音控制栏中的左右声道选择按钮和音量控制选择栏中的音量增大、音量减小、静音三个按钮组成，它们可以实现声道切换和对音箱输出的声音大小进行控制。话筒音量增减可以由功率放大器进行手动调整。计算机的开关电源控制不设计在系统供电部分，这是由于当教师只需单独使用计算机时，只用打开计算机电源即可，而没有必要打开多媒体教室的其他设备电源。面板上留有两个备用选择按钮，这两个按钮可以在以后多媒体教室需要进行设备扩展时再编程使用4。四、多媒体教室中央控制系统各模块的设计与实现（一）控制系统芯片选择在多媒体教室中央控制系统结构框图中，可以看出控制单元（CPLD）是其中最核心的一环， 我们可以选用Altera公司目前市场性价比比较高的MAX II系列的CPLD。 Altera推出的MAX II器件系列是一款革命性的CPLD产品。它基于突破性的CPLD架构，提供业界所有CPLD系列中单个I/O管脚最低成本和最小功耗。这些器件采用新的查表(LUT)体系，采用TSMC的0.18m嵌入Flash工艺，使其裸片尺寸仅为同样工艺器件的1/4。 MAX II系列和上一代MAX产品相比，成本降低了一半，功耗只有其1/10，同时保持MAX系列原有的瞬态启动、单芯片、非易失性和易用性。新的系列器件容量翻了两番，性能是上一代MAX CPLD的两倍多，使消费类、通信、工业和计算机产品的设计者能够采用MAX II系列器件代替昂贵和不够灵活的小型ASIC和ASSP。MAX II系列器件的主要特征有：（1）成本优化的架构：新型MAX II CPLD架构包括基于LUT的LAB阵列、非易失性Flash存储模块和JTAG控制电路；（2）低功耗：MAX II器件是动态功耗较低的CPLD；（3）高性能：MAX II器件支持高达300MHz的内部时钟，可为用户提供更高的系统级性能。通过改善布线结构管脚间的延时与其他同容量的CPLD相比大大降低；（4）用户Flash存储器：MAX II CPLD内的用户Flash存储器是一个为8K比特，用户可访问且可编程的Flash存储器块，可用于用户自己定义的数据；（5）实时在系统可编程能力（ISP）：MAX II器件支持实时在系统可编程，允许用户编程正在工作的器件；（6）灵活的多电压Multi Volt内核 ：MAX II架构支持Multi Volt，允许器件在1.8V、2.5V或3.3V电压环境下工作；（7）JATG翻译器：MAX II CPLD具有一种被称为JATG翻译器的功能，这种功能允许通过MAX II器件执行定制的JTAG指令，配置单板上不兼容JTAG协议的器件，从而简化了单板管理；(8) I/O能力：MAX II CPLD的I/O能力加强了其易用性和系统集成能力。MAX II系列器件的可以在Quartus II软件中通过VHDL语言进行编程、调试和仿真5。（二）电源控制模块设计电源控制模块是对实现多媒体教室中各种设备的电源进行集中控制。本模块的设计采用了自动控制系统设计中弱电技术的思想，把模块分为弱电部分和强电部分两块，两部分之间用继电器连接进行控制。电源模块的结构如图4.1所示。图4.1 电源控制模块原理方框图电源控制模块的工作原理是当总电源控制器接收到控制面板上的电源“开/关”信号时，总电源控制继电器KM会得电或失电，从而使得KM进行相应的动作以此来控制整个系统电源的通断。当总电源打开后，电源控制器才能对接收到的多媒体教室内各种设备的电源控制信号进行二级控制，这些信号经过CPLD的处理后使得二级控制信号所对应的设备的继电器（KM1-KM4）得电或失电，从而实现对多媒体教室中各种设备的电源控制。电源控制器的内部逻辑结构如图4.2所示6。图4.2电源控制器电路图由图4.2可知，我们是用基本RS触发器对各种信号进行采集和处理。基本RS触发器是具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。基本RS触发器具有两个稳定状态，即0和1，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，同时基本RS触发器还能够防止按键的抖动。基本RS触发器的VHDL代码如附录A所示。电路图中的3个与门的作用是实现总电源对各种设备电源的二级控制功能。按设计要求，只要打开总电源，各种视音频设备的供电电路就应该工作，所以继电器KM和KM1实际是一个继电器。电源控制模块的逻辑仿真图如图4.3所示。图4.3电源控制器仿真图电源控制模块强电部分的原理框图如下图所示。图4.4电源控制模块强电部分原理框图（三）环境控制模块设计本文中的环境控制模块主要是指对电动屏幕实现升、降、停的控制，其依然采用弱电技术的思路分两块进行设计。其工作原理是当环境控制器接受到控制面板上电动屏幕栏内升、降、停的控制信号后，在CPLD内对接受到的信号进行处理并输出，使得相应继电器KM（总开关，停），KM1（电动机正转，升）KM2（电动机反转，降）得电或失电，从而使得屏幕在电机的带动下上升、下降或停止。环境控制模块的原理方框图如图4.5所示。图4.5电动屏幕的控制模块原理方框图1.电动屏幕弱电控制部分设计电动屏幕弱电控制部分的电路图如下图所示。图4.6电动屏幕弱电控制器电路图我们仍用基本RS触发器对控制面板上电机控制栏内的“正、反、停”的控制信号进行采集和处理。电路图4.6中的第二个基本RS触发器（控制KM）置1后需要复位，因此在第二个基本RS触发器的R端用了一个或门，既两个输入信号Turn-On和Turn-Over都可以使输出信号KM置0，它的作用是当电机停止后（KM1），环境控制器再接受到升降命令时电机可再次运行，若在KM1后不将其复位（KM0）则会使得电机在停止后无法再次启动。KM控制输出端的非门和KM1、KM2控制输出端两个与门的作用是当按下停止按钮后，无论电机在正转和反转都要停止动作。电动屏幕控制器的逻辑仿真图如图4.7所示，其控制功能表如表1所示。图4.7电动屏幕控制器(弱电部分)仿真图表1 电动屏幕弱电控制功能表电动屏幕控制信号（输入）电动屏幕进行相应动作升（电机正转）降（电机反转）停KM1KM2KM3000000001001010010011001100100101001110禁止（0）禁止（0）01110012.电动屏幕强电部分设计电动屏幕强电部分控制采用了电机正反停控制中的互锁设计，这样设计可以避免电机正反转切换时而导致的电机损坏，例如，当电机在正转时，若接收到反转的控制信号，则电机的控制线路会先将电机正向电压断开后再接入反向电压，反之亦然。电动屏幕强电部分的原理图如图4.8所示，其工作原理当继电器KM1得电时，受KM1控制的两个常开触点闭合，电机M正向通电后正转，屏幕在电机的带动下上升；当继电器KM2得电时，受KM2控制的两个常开触点闭合，电机M反向通电后反转，屏幕在电机的带动下下降；当继电器KM得电时，受KM控制的一个常闭触电打开，电机控制电路断电，电机M停止，既屏幕停止动作。图4.8电动屏幕强电部分原理图（四）视音频切换模块设计视音频切换模块的作用是通过接收控制面板上多媒体设备节目源选择栏内的各种多媒体设备的控制信号，经过CPLD处理后，输出选择控制信号所对应的多媒体设备的视频信号和音频信号。其原理图如图4.9所示。图4.9视音频切换控制模块原理方框图视音频切换模块的工作原理是视音频切换控制器接受到各种多媒体设备选择信号后，对这些选择信号进行处理后输出到视频信号切换选择器和音频信号切换选择器，视频信号切换选择器和音频信号切换选择器再根据处理过的多媒体设备选择信号选择一种多媒体设备的视频和音频信号进行输出。视频信号输出后通过视频处理电路分别输出到投影仪和监视器。音频信号输出后经过声道切换和音量控制器处理输出到AV功放。图4.9中的视频处理器选择可以选择MAXIM公司生产的四路视频缓冲器MAX497CPE。MAX497CPE具有对四路视频信号进行分配放大的功能，其应用电路简单、稳定可靠。其内部原理图和引脚图如图4.10所示，因为只用到两路视频信号输出，所以剩下的两路视频缓冲器可以在以后多媒体教室要进行系统扩展时再使用。图4.10路视频缓冲器MAX497CPE内部原理图根据视音频切换模块的工作原理可以把其再细分为视音频切换控制器和视音频切换选择器两块进行分别设计。1.视音频切换控制器设计视音频切换控制器的原理图如下图所示，其主要是由编码器和译码器组成的7。图4.11视音频切换控制器原理框图视音频选择控制器的工作原理是视音频切换控制器对输入的六路多媒体设备（多媒体计算机、笔记本电脑、实物视频展示台、影碟机、录像机、卡座）的选择信号通过优先编码器编码后产生三位的二进制编码，这三位二进制编码再通过地址锁存器处理后输出。视音频控制器的电路图如图4.12所示。图4.12视音频切换控制器电路图图4.12中我们用CPLD内的74LS148对六种媒体设备的选择输入信号进行编码，74LS18是8线-3线优先编码器，它可以对8路输入进行优先编码后产生3位地址码。优先编码器允许同时输入两个以上编码信号，并对其中优先权最高的一个进行编码，这样可以避免多个选择信号被同时按下时系统产生错误。本设计中只用到了6路输入，剩下的两路输入可作备用。图4.12中我选择用CPLD内的74LS375对74LS148产生的3位地址码进行锁存，74LS375 是4位双稳态锁存器，它是由4个D触发器构成的。锁存器的作用就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。视频音频切换控制器仿真图如图4.13所示。图4.13视音频切换控制器仿真图2.视音频信号切换选择器设计视音频信号切换选择器的原理图如图4.14所示。它是由三个选择器、三个数据缓冲器和一个声道切换控制器组成的。其控制过程是视音频切换控制器对面板多媒体设备选择信号进行采集、编码和锁存后，产生相应地址，处理器将加以判断，然后利用该地址码通过选择器分别实现对连接在它上面的各种媒体设备的视频信号进行选择控制，视频信号选择器将在六路视频信号中选择一路分别输出到多媒体播放器和监视器，两个音频信号选择器（左右声道各一个）也将从五路音频信号中选择一路输出到AV功放。左右声道的切换可以通过声道控制器对声道选择信号处理后，再对两个音频信号选择控制器的选通端（En端）进行选通控制来实现8。图4.14视音频切换选择器和声道切换控制器的原理方框图视音频切换选择器和音频声道切换控制电路图如图4.15所示。图4.15视音频信号切换选择器和音频声道切换控制电路图图4.15中的三个数据选择器我们都可以选用CPLD内的74LS251。74LS251是带选通功能的8选1数据选择器。其功能是当选通端EN=1时，在多路数据传送过程中，能够根据需要从多个数据输入通道中选择某一通道的数据传输至输出端。图4.15中的三个数据缓冲器我们采用CPLD内的VHDL代码来实现，具体程序代码如附录B所示。它的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。其逻辑功能是当En=1时，门电路选通，其输入直接送到输出；当En=0，缓冲器被阻止，无论输入什么值，输出的总是高阻态，高阻态能使电流降到足够低，阻止数据输出，用Z表示。 图4.15中的音频声道切换控制器我们采用CPLD内的VHDL代码来实现的，其具体的程序代码和逻辑功能如附录C所示。视音频切换选择器和音频声道切换控制仿真图如下图所示。上图为视频信号切换选择仿真图，下图为音频信号切换选择和声道切换控制仿真图。图4.16视音频切换选择器和音频声道切换控制器仿真图视音频切换控制选择功能表如表2所示。表2分为视频切换控制选择功能表和音频切换控制选择功能表两部分。从表2可以看出，在以后系统进行扩展时，还可以继续扩展两种多媒体设备的视音频信号。因为卡座只有音频信号，所以在视频切换控制选择功能表中地址码（101）对应卡座的选择为禁止。表2 视音频切换控制选择功能表视频切换控制选择功能表音频切换控制选择功能表3位地址码(输入)所选多媒体设备的视频信号（输出）3位地址码(输入)所选多媒体设备的音频信号（输出）000多媒体计算机000多媒体计算机001笔记本电脑001笔记本电脑010实物视频展示台010实物视频展示台011影碟机011影碟机100录像机100录像机101禁止101卡座110备用110备用111备用111备用（五）音量控制模块设计音量控制模块的原理图如图4.17所示，其工作原理是音量控制器接收到控制面板上音量控制按钮“音量+、音量、静音”的控制信息后，经过CPLD的编程控制，将处理结果送到左右声道的音量控制芯片的数据端（data），音量控制芯片根据数据端的数据对输出到AV功放的音频信号的幅值进行控制9。图4.17音量控制模块原理方框图图4.17中的音量控制芯片可以选用FM62429，它的内部结构图如图4.18所示。FM62429是双通道数字音量控制，其内部采用二线制串行数据信号控制，芯片主要特点有：（1）二线制串行数据信号控制 ；（2） 可独立或同时对双通道进行控制 ；（3）内置参考源电路 ；（4）84级音量调节（1dB / step）；（5）调节范围是0dB - 83dB ；（6）低谐波失真度、低噪声电压 ；（7）采用DIP8封装形式。图4.18音量控制芯片FM62429内部原理图五、多媒体教室中央控制系统扩展该设计中的多媒体教室中央控制系统只用到了MAXII系列CPLD的部分资源，其剩下的资源可以在以后的设备功能扩展中继续编程使用。且MAX II 系列的CPLD具有的优良的I/O能力，所以在以后进行系统I/O扩展时，也可使用MAXII系列CPLD剩下的I/O接口。表3中列出了MAX II的I/O特性及其优势。表3 MAX II的I/O特性及其优势特性优势3.3V，2.5V，1.8V&1.5V LVTTL/LVCMOS对板上其他器件，支持广泛的应用和兼容性多I/O区域的Multi Volt I/O支持多达四个I/O区，其他器件保持3.3V、2.5V、1.8V和1.5V等多个电压级别的无缝连接PCI支持可支持32比特、33MHz PCI标准施密特触发器提供在3.3V输出电压下最高达300mV和在2.5V电压下最高达160V的噪声容限驱动能力和回转速度可编程允许用户控制这些参数，以提高信号的完整性每个I/O管脚一个输出使能（OE）大量OE允许用户使用更小的器件，降低成本热插拔支持可以从上电系统中安装插入或拆除器件快速I/O连接能加快Tpd和Tco时序六、多媒体教室中央控制系统展望当前许多有条件的学校都积极引导和开发数字视频技术，使其为教学服务，大部分学校采用的是多媒体课件的方式。随着数字视频技术和计算机网络技术的融入，多媒体控制系统前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频处理系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，多媒体控制系统发展的最大两个特点就是数字化和网络化10。（1）数字化。数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然。随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流 (包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为数字状态。这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。（2）网络化。视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集中式向集散式系统过渡。 集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计。系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单、系统运行互为热备份、容错可靠等优点。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享成为现实，这也是系统集成的一个重要概念。（3）模块化。为了更好的设计多媒体中央控制系统，采用模块化的方法具有层次分明，结构合理的优点。中央控制系统采用模块化设计，有多路信号选择器、RGB和AV信号切换矩阵、RGB和 AV 信号放大分配器、继电器控制模块等各类产品支持用户以后能十分方便地增加模块，扩充受控设备数量。音频系统采用模块化设计，需要的时候可以方便地接入同声传译、无线旁听系统以及增加话筒数量。这就很利于用户对多媒体中央控制系统进行扩充，因此模块化是多媒体控制系统的发展方向。（4）智能化。随着科技的发展与革新，人类已迈入一个信息化的时代，各种蕴含高技术理念的新型信息展示交流系统、智能化中央控制系统在办公、培训、会议以至家庭等领域得到了越来越广泛的应用。特别是近年来智能型建筑以及Internet技术的发展，更使此类系统逐渐发展成为一个整合了传统视听系统、多媒体投影系统、视像会议系统、电脑网络、自动控制、环境设计等诸多需求的全新行业。目前多媒体教室应用投影机，多数都没有断电保护功能，多媒体教室使用的设备较多，有些设备的开启和关闭需分先后次序，使得控制与管理比较复杂，因此未来的发展当中多媒体教室中央控制系统应该加入智能保护和智能操作的功能，智能化也必定是多媒体中央控制系统的发展趋势。七、结束语本论文设计了一种基于CPLD的多媒体教室中央控制系统，作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，多媒体中央控制技术必将给教育行业带来了新的改革。为了更好的管理课堂上频繁使用的多媒体设备，本论文设计了多媒体教室中央控制系统，包括总电源控制模块、环境控制模块、视频切换模块、音频切换模块、音量调节模块。在分析各模块的主要技术性能及比较多种控制器的基础上，确定了模块的总体结构，主控模块采用MAX II系列CPLD作为中央控制单元的硬件设计方案。通过软件仿真可以看出所设计的多媒体教室中央控制系统能够使设备的操作集成化，教学者利用教学设备轻松化，该系统可以提高教学效率、效益，实现教学过程最优化，达到了设计之初的要求。参考文献1余刚，冯林.一种多功能电子教室智能中央控制系统J.自动化仪器仪表，2004，11(5).2朱明程，董尔令.可编程逻辑器件原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.3张爱军，熊建设，郑维洁.多媒体教室电声设备的集成控制系统J.电声技术，1999年11期.4宋健，陈卫华，李锦，王兰勇. 多媒体集成控制系统在教学中的应用研究J.兰州石化职业技术学院学报.2004年02期：18-20.5MAX II CPLD: Lowest Power, Lowest Cost CPLD Family Ever, altera公司, .6王立平.多媒体综合控制系统中的几项关键技术J.泉州师范学院学报，2002.7周明，蒋丽华，王东.多媒体教室中央控制系统设计J.西南师范大学学报(自然科学版) 2008年06期.8阎石数字电子技术基础（第5版）M北京：高等教育出版社，20069杨小玲，蔡萍.基于单片机的多媒体中央控制系统J.测控技术，2003，22(4).10刘典文.数字多媒体中央控制系统设计D.湖南大学，2007年.致 谢本论文是在周明老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，周老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向周老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 其次，我还要感谢理工学院所有领导、电信系所有任课老师、06电信所有同学和2-24所有舍友，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服的一个一个的困难和疑惑。特别感