由视频多路复用芯片MAX440和微计算机组成的视频切换器

    摘要：介绍了视频多路复用芯片MAX440的功能，给出了利用单片机AT89C51控制视频切换器的硬件电路及软件设计方法。同时对单片机与上位IBM-PC机实现串行通信的方法进行了说明。

    关键词：视频多路复用 视频切换器 单片机 IBM-PC机 MAX440

1 MAX440简介

在广播电视、多媒体教学等系统中，时常需要运用视频切换器。笔者用视频多路复用芯片MAX440和微计算机设计了一个视频切换器。经实际使用证明：引设备性能价格比较器，能达到所需效果。

MAX440是MAXIM公司生产的8通道视频高速多路复用芯片，其切换时间为15ns，是一种CMOS集成电路。它的管脚排列如图1所示，功能如表1所列。

图2所示是MAX440的内部功能框图及外部匹配电路。它由多路开关和运算放大器组成。

多路开关部分的EN使能端可作片选用，高电平有效，即当EN=1时选中芯片。A0～A2为三个地址输入端，可选通8路输入，当A0A1A2=000时，选通IN0，也就是IN0输入端与Vout输出端相通；A0、A1、A2有8种不同组合，可以用来决定哪路视频信号与Vout相通。LEVEL/EDGE是地址锁存电平或脉冲有效选择端，它为高电平时，LATCH锁存电平有效，当ALTCH是高电平时，数据将被写入锁存单元。若LEVEL/EDGE为低电平，则LATCH锁存脉冲有效，当LATCH处的脉冲上升沿时，将数据写入锁存单元。在LATCH的控制下，MAX440对视频输入与Vout的联接是锁存的，此状态一直保持到下次地址（信道选择）的更新。

表1 MAX440内部功能框图及典型外部匹配电路

运算放大器在引入反馈后，就形成了一个电压串联负反馈电路，因而它的输入电阻很大，对输入信号的衰减很小；同时输出电阻很小，因此有很好的输出特性，从而有利于阻抗的匹配。RF和R1接在运放的IN-端，改变它们的大小可改变运放的增益，其增益为：Af=1+RF/R1

2 与AT89C51组成的视频切换器

本视频切换器的功能是实现64通道的视频切换，可同时显示被切换的输入通道号。MAX440是8通道的多路复用芯片，采用1片MAX440作为主模块，8片MAX440作为子模块来完成8×8即64通道的选择。并胜两片LED显示器来显示以十进制表示的输入通道号。AT89C51单片机为该系统的控制部分，它是美国Atmel公司的产品，其中集成了4k字节的PEROM、128字节RAM、三个8位并行输出口、两个16位定时/计数器和一个双工串行口。该产品与Intel公司的MCS-51系列单片机兼容。

图3所示为该视频切换器的原理电路。它用P2口的P2.0～P2.6完成通道显示LED的七段段码输入，P1口的P1.6和P1.7作为两位LED的片选。P1.3、P1.4、P1.2作为8个子MAX440的输入视频地址控制。8个子MAX440的IN0～IN7作为输入，主芯片MAX440的Vout作为输出。这样就构成了一个64路输入、1路输出的视频切换器。

3 单片机与IBM-PC机的通讯

视频切换器通过单片机的串行通讯口与上位IBM-PC机进行联系并接收上位机的切换命令，同时进行信号的切换和显示当前的通道号。以上信号都是由上位机控制的，因此单片机需与上位机通信。本系统用89C51的串行口与上位IBM-PC机的RS-232标准串行口来进行。但因为二者的电气规范不一致，因此必须进行电平转换。其转换电路如图4所示。

采用单电源转换芯片ICL232可将单片机的TXD和RXD的TTL电平转换为RS232标准的-9V～+9V电平。并可通过以上电路实现点对点的双机通信。其中单片机的工作方式设置如下：

MOV TMOD，#20H ；定时器1设为方式1

MOV TL1，#0F3H ；定时器初值

MOV TH1，#0F3H ；8位重载值

SETB TR1 ；启动定时器1

MOV SCON，#50H ；串行口设为方式1，REN为1

将串行口设置为方式1即为8位异步通信接口，一帧信息是10位：1位起始位，8位数据位，1位停止位，单片机的TXD为发送端，RXD为接收端，波特率可以设定，该系统的波特率发生器由定时器1构成。而单片机工作在接收状态，REN设置为1时，允许接收。

该系统的工作程序流程如图5所示。它采用查询方式进行上下位机的通信。其工作方式设置如下：RI是接收中断标志，在方式1中当接收到停止位时由硬件置位。另外，RI必须由软件清零。一旦查询到RI置1，单片机即从接收寄存器SBUF中取出数据。

单片机在数据处理时：如果有LED片选信号，系统则控制P1.6或P1.7来选中对应的LED。如有通道信号时，系统先将二进制数转化为BCD码，然后进行软件译码，并钭对应的LED驱动代码送到P2口来驱动LED的对应发光段。单片机输出数据的次序是：先选中对应的LED，然后输出该LED应显示的数据驱动代码并延时；最后再选中另一片LED，并输出该片应显示的数据驱动代码以及延时；如此循环不断刷新，因为人眼有视觉暂留效应，因此看到的是静止的两位通道号。

4 几点说明

单片机AT89C51在增加键盘后可组成人机对话窗口，如果编制相应软件，则可组成单片机独立控制的视频切换器，而且不必联接IBM-PC机。当然也可以设计成两用的设备。

输入、输出路数的变化可通过改变MAX440的多少来解决。该视频切换器经实践证明效果良好。