256×32大容量中文矩陈系统的设计

摘要：介绍了基于模块式结构的256×32大容量中文矩陈系统的设计方法，叙述了系统的主要功能，讨论了MAX4358的性能特点及使用方法，同时概括了软、硬件设计时应注意的几个问题。
关键词：矩陈系统 模块式结构 汉字叠加 MAX4358

近年来，视频监控系统已广泛应用于工业、商业、金融、交通、公安、军事及住宅小区等社会生活的各个方面，矩阵系统作为视频监控系统的正发挥着越来越重要的作用。通常一个矩阵系统应包括以下基本功能：视频信号切换、字符信号叠加、解码器接口以控制云台和摄像机镜头的动作、报警器接口对预设的报警点进行报警、通过RS-232与PC机串行通信以及控制音频箱进行视音频监控等功能。对国内用户来说，字符叠加应为全中文，以方便不懂英文的操作人员。矩阵系统的发展方向应是多功能、大容量、可联网以及可进行远程切换。对目前国内用户来说，容量为256×32的矩阵系统已基本满足需要，即使将来个别用户需要更大容量的矩阵系统，也可以通过将两台或多台256×32的矩阵系统级联来实现。另外，为了适应不同的用户对矩阵系统容量的要求，所设计的矩阵系统应是模块化和即插即用(PnP)型的，即所设计的256×32矩阵系统应可方便地变为256×16、128×32、128×16等不同容量的组合。一般而言矩阵系统的容量达到64×16即为大容量矩阵。矩阵容量越大，所需技术水平越高，设计难度也越大。

1.2 主要功能
(1)输入视频信号多可达256路，输出视频信号为32路。任一路视频输出信号可叠加汉字字符、时间日期、设备符等提示符，系统运行状态一目了然。系统可与音频扩展箱相连，以满足视音频监控的需要。
(2)系统多可接16个键盘；通过解码器，系统可控制云台、摄像机等的动作，多可接256个解码器。采用RS-485双绞线串行通信方式，通信距离长达几公里。
(3)报警探头通过报警器与系统连接。系统多可接16台报警器，每台报警器控制16个报警探头，因而系统多可控制256个报警探头，多可存储512个报警记录。
(4)可通过RS-232与PC机串行通信，PC机可采集报警记录及传送系统所需的相关资料。
(5)多台矩阵系统之间可级连，实现联网功能，并可实行远程切换。

(2)汉字叠加由MB90092芯片来完成。该芯片可外接2M字节的ROM，支持24×32点阵显示方式，可在屏幕上叠加12×24个汉字。它有视频信号输入脚，在其内部可完成视频信号与汉字信号的叠加，直接输出复合视频信号。MB90092内部可自行产生同步信号，无需外加视频信号和同步信号，可直接输出汉字信号至监视器，在监视器上显示不同背景颜色、不同汉字颜色的文本，可利用此特点来设计系统的设置菜单。字库芯片采用AT27C080，该芯片的存储容量为1M字节，可存储8K汉字。国标所规定的1、2级汉字均可包含，每个字占用128字节。汉字点阵为24×24。为适应MB90092，每个汉字的24~31字节、56~63字节、88~127字节应为空白。
(3)输出缓冲放大采用MAX470，该芯片内含4个相同的视频放大器。各输入端之间、各输出端之间均采用地线或电源线隔开，每块视频输出插板需要2片MAX470。该芯片的主要特点是：带宽为90MHz，增益为2V/V；微分增益为0.01%，微分相位0.03度；转换速率为300V/us，切换时间为20ns；5pF输入电容，输出可设定为高阻态以减少功率消耗。

3 系统软件设计
在系统软件设计中，采用模块化设计方法，使得程序结构清晰，便于今后系统功能的升级。系统软件的主要流程如图5所示。其中初始化模块包括对矩阵切换芯片、8155接口芯片、字符叠加芯片等硬件的初始化；另外将断电前保存好的数据读入CPU的RAM中，以便系统复位后回到断电前的状态。视频切换处理模块是指按照预定的方式(如手动、自动、暂停等)对视频信号进行各种切换处理；资料设置模块由以下几个子设置模块组成：时间日期及密码、切换表、监视器、摄像机、报警器、键盘及音频；报警处理模块包含报警队列、报警记录的存储及报警声音的产生等。除了流程图中的各模块外，还有几个中断服务子程序，分别接收键盘输入、报警输入、串行通信及产生0.25秒时间间隔。

4 硬、软件设计应注意的几个问题
(1)使用DS1248应注意的问题
对DS1248进行时钟操作的方法是：先通过D0脚连续输入8个字节的命令，然后再连续写入或读出8个字节的时钟信息。在写入或读出过程中，不能再对存储器进行读写操作，否则会出现时钟存储器内容被非法修改的现象。基于此，时钟的复位脚(RST)不要与Vcc相连接，它应与CPU的I/O脚连接，每次上电复位后，由CPU给出一低电平，使DS1248复位。如果复位脚与Vcc相连，当系统热复位(此复位可由手动或看门狗电路产生)时，如果此时CPU对时钟的写入或读出仍未完成，那么复位后，任何对存储器的操作都将变为对时钟的操作(因为此时DS1248并未复位)，导致意想不到的错误。
(2)使用MB90092应注意的问题
·如果选择外同步方式，只有当外同步信号存在时，MB90092才能接受控制命令。为了防止当视频信号由"无"切换到"有"，监视器上产生字符丢失的情况，屏幕上叠加的所有字符均每隔0.2秒更新。这样就不会发生字符丢失的现象。
·上电复位后，为了有效设置屏幕及字体的各种属性、行距、显示位置等，先选择内同步方式，待设置完成后，再设定为外同步方式；否则，设置时如无外同步信号，所有的设置均为无效设置。
(3)由于视频信号频率较高、频带较宽，因而当两路视频信号相距较近时，容易产生串扰。为了尽量减少串扰，制板时做到了以下几点：
．各路视频信号间用较粗的地线隔开，视频走线尽量短而粗；
．模拟地和数字地分开，只在电源处相连；
．设计开关电源时，交流电与直流低压之间相距较远，且用地线隔开；直流低压与开关管的调整电路之间用光耦隔开。
该矩阵系统的主要特点是不仅系统本身可以级连，而且可以与电脑进行通信。在电脑上加一块视频卡，将矩阵系统的某一路输出连至视频卡，这样就可以在电脑显示屏上看到256路输入中的任一路图像。此时，可用电脑键盘代替矩阵系统键盘对系统进行各种操作(如控制云台及视频信号切换等)，并且可通过Internet实行远程切换。另一方面，编写相应的电脑软件，可在电脑显示屏上画一电子地图，将各监控点及报警点标注在图上。这样一来，监控目标一目了然，可随时点击某监控点，调出该处的画面。如某报警点有报警发生，电子地图上相应的位置会闪烁，且可将报警信息及对应画面存入电脑硬盘(即硬盘录像)。

本系统采用了电源监控、看门狗芯片MAX813，基本上杜绝了系统在工作过程中的死机现象。另外，由于采用了的矩阵切换芯片MAX4358和带"幽灵"时钟的存储器芯片DS1248，节省了线路板的空间。简化了系统的硬件和软件设计、降低了成本、提高了系统的可靠性。