OSD芯片MB90092的原理及应用

摘要：MB90092是日本FUJITSU公司生产的用CMOS工艺制成的OSD（On Screen Display）可编程大规模集成电路芯片，文中介绍了MB90092的功能特点、引脚排列及工作时序，给出了MB90092与AT89S52的接口电路与编程设计方法。 关键词：MB90092；OSD；视频字符叠加；AT89S52 近年来，各种数字视频监控系统已经在高速公路、电力、银行等领域得到了非常广泛的应用。数字视频监控系统常常采用在屏显示（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＯＳＤ）技术来实现人机界面的交互。实际上，在屏显示技术就是在视频图像上叠加文字，从而使显示屏幕能够为用户提供更多的附加信息。 ＭＢ９００９２是日本ＦＵＪＩＴＳＵ公司推出的一款用ＣＭＯＳ工艺制成的专用视频字符叠加芯片。ＭＢ９００９２内部集成了显示内存（ＶＲＡＭ）、外挂字库接口和视频信号发生器，外部只需连接少量的元件就可以显示汉字和图形。它功能强大，接口简单，编程方便，可方便的嵌入各种数字视频监控系统中，因而可广泛的应用于各个行业和各种领域。 １ 引脚排列及内部结构 ＭＢ９００９２采用８０脚ＱＦＰ封装形式，其引脚排列如图１所示，各引脚功能说明如下： １脚（ＩＣ）：内部色彩产生模式设置端； ２脚（ＶＯＣ）：字符间隔信号输出； ３脚(ＶＯＢ)：字符／背景信号输出； ５，６，７脚（Ｂ，Ｒ，Ｇ）：色彩信号输出； ８脚(ＣＳ):片选信号，低电平有效； ９脚(ＳＣＬＫ):时钟输入端，在时钟脉冲的上升沿读入数据； １０脚(ＳＩＮ):串行数据输入端； １２脚(ＥＸＨＳＹＮ):器件外部水平同步信号输入端口； １３脚(ＥＸＶＳＹＮ):器件外部垂直同步信号输入端口； １４(ＨＳＹＮＣ):水平同步信号输出端； １５脚(ＶＳＹＮＣ):垂直同步信号输出端； １６脚(ＶＢＬＮＫ):垂直空格信号输出端； １７，１８脚(ＥＸＳ,ＸＳ):这两个引脚可用于外接石英晶体振荡器，ＮＴＳＣ制式时接１４．３１８１８ＭＨｚＰＡＬ 制式时接１７．７３４４７５ＭＨｚ； ２０脚(ＦＳＣＯ):内部色彩脉冲输出端； ２１脚(ＣＢＣＫ):外部色彩脉冲输入端； ２２脚(ＰＤＳ):色彩脉冲比较输出端； ３１脚(ＹＯＵＴ):亮度信号输出端； ３２脚(ＹＩＮ):叠加显示亮度信号输入端； ３４脚(ＣＯＵＴ):饱和度信号输出端； ３５脚(ＣＩＮ):叠加显示饱和度信号输入端； ３７脚(ＶＯＵＴ):复合视频信号输出端； ３８脚(ＶＫＩＮ):背景级别控制输入端； ３９脚(ＶＫＯＵＴ):背景级别控制输出端； ４０脚(ＶＩＮ):需要叠加显示的复合视频信号输入端； ４３脚(ＲＥＡＤ):读外部字库控制端，低电平有效； ４４～５１脚(ＤＡ０～ＤＡ７):外部字库数据输入端； ５３～６１(６３～６４,６６～７５脚,ＡＤＲ０～ＡＤＲ２０):外部字库地址输出端； ７７脚(ＴＳＣ):外部字库操作总线控制端，当该引脚为低电平时，ＡＤＲ０～ＡＤＲ２０及ＲＥＡＤ引脚呈现高阻状态； ７８脚(ＴＥＳＴ):测试信号输入端； ７９,８０脚(ＥＸＤ,ＸＤ):接外部ＬＣ振荡电路； １９,２５～２８脚(ＮＣ):空脚； １１,４２,６２,７６脚(Ｖｃｃ):电源输入端（＋５Ｖ）； ４,２３,５２,６５脚(Ｖｓｓ):接地端； ４１脚(ＡＶｃｃ１):复合视频信号模拟电源； ３３脚(ＡＶｃｃ２):亮度和色度信号模拟电源； ２４,２９,３０,３６脚(ＡＶｓｓ):模拟地。 ＭＢ９００９２的内部结构如图２所示，它主要由串行输入控制电路、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ信号发生器电路、显示存储器控制电路、显示存储器ＶＲＡＭ、字库读操作控制电路、输出控制电路、视频信号合成器及模拟开关组成。 ２　主要功能特点 ＭＢ９００９２的主要功能特点如下： ●可提供双屏显示功能，主屏和子屏可单独或重叠显示； ●主屏显示容量：２４字符%26;#215;１２行（最多２８８个字符）； ●字符大小有标准(２４%26;#215;３２点阵)、双倍宽、双倍高、双倍宽%26;#215;双倍高、四倍宽%26;#215;双倍高等多种模式； ●字符颜色：每个字符可单独设置８种不同的颜色和８种背景色； ●显示位置可任意设置成水平方向和垂直方向，同时可设定行距； ●既有复合视频信号和Ｙ／Ｃ分离视频信号输入，也有复合视频信号、Ｙ／Ｃ分离视频信号和ＲＧＢ数字视频信号输出； ●内部视频信号发生器可支持ＮＴＳＣ或ＰＡＬ制式，并可选择逐行或隔行扫描方式； ●可通过ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＳＩＮ 三个引脚与外部控制系统进行通信； ●可通过串行输入控制模块接收外部命令和数据并经解码器解码后送到各寄存器中； ●ＮＴＳＣ／ＰＡＬ信号发生器可产生ＮＴＳＣ／ＰＡＬ系统时钟信号； ●显示存储器控制模块可产生每一模块的控制时钟信号； ●可用显示存储器ＶＲＡＭ存储字符代码、字符颜色、字符背景颜色、特征及行控制信息； ●字体存储器控制模块可通过地址和ＲＥＡＤ信号读取外部字体存储器中的字体数据； ●可通过输出控制模块处理从ＣＧＲＯＭ取来的字符数据，同时产生字符的边界、背景等信号； ●视频信号合成器在内部同步信号的控制下产生视频信号和亮度信号； ●模拟开关可用来选择是将外部视频信号还是内部视频信号与字符信号合成。 ３ ＭＢ９００９２的工作时序 ＭＢ９００９２视频字符叠加芯片在工作时，主要通过ＣＳ片选）、ＳＣＬＫ（串行时钟）、ＳＩＮ（串行数据）三个引脚来接收外部控制指令和显示数据。ＭＢ９００９２的每条指令都由两个字节组成，其中第一个字节的高５位是命令码，其余位和第二字节是数据。图３所示是ＭＢ９００９２的外部接口时序图。 当ＣＳ引脚为低电平时，ＭＢ９００９２在每个时钟的上升沿从最低位开始由ＳＩＮ引脚一位一位读取数据。读完一个字节后，ＣＳ和ＳＣＬＫ引脚置为高电平， 然后ＣＳ引脚变为低电平并开始读取下一个字节。为了保持字节同步，在开始传输串行数据之前，ＣＳ引脚应先置为高电平，然后再置为低电平。另外，除刚上电时外，在串行数据传输之前，ＳＣＬＫ引脚都应强制设为高电平。 该单片机通过串行数据口向ＭＢ９００９２发送指令，每个指令由两个字节组成。第一个字节的前５位为命令码，其余位和第二个字节为数据。通过这些指令可实现对字符显示的各种控制。ＭＢ９００９２共有１３种指令和两种保留指令，其具体功能如表１所列。 表1 MB90092指令集 指令号 第一字节 第二字节 功能 指令代码/数据 数据 76543 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10000 VSL RAS RA7 0 RA6 RA5 CA4 CA3 CA2 CA1 CA0 VRAM地址设备 1-1 10001 MA MB AT 0 CG CR CB MC BG（GR） BR（BS） BB（MD） 主屏字符控制1 2-1 10010 M9 M8 M7 0 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 主屏字符控制2 1-2 10001 SMA SMB 0 0 SCG SCR SCB SMC SGR SDC SMC 子屏线控1 2-2 10010 SM9 SM8 SM7 0 SM6 SM5 SM4 SM3 SM2 SM1 SM0 子屏线控2 1-3 10001 OF1 OF0 0 0 0 0 0 PC PG PR PB 主屏线线1 2-3 10010 G2 G1 G0 0 SOC VD DG KC KG KR KB 主屏线控2 3 10011 FIL 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 VRAM写控制 4 10100 IE IN EB 0 EO CM ZM NP P2 P0 DC 屏幕控制1 5 10101 KID APC GYZ 0 BH2 BN1 BN0 W3 W2 W1 W0 屏幕控制2 6 10110 G2 G1 G0 0 SOC VD DG N3 N2 N1 N0 主屏线控3 7 10111 EG LP FO 0 0 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 主屏垂直位置 控制 8 11000 SC 0 FC 0 0 X5 X4 X3 X2 X1 X0 主屏水平位置 控制 9 11001 0 0 GRM 0 0 0 0 0 0 0 0 汉字显示控制 10 11010 0 0 RB 0 BK CC BC UC UG UR UB 颜色控制 11 11011 SG2 SG1 SG0 0 0 SCC SBC SGC SBG SBR SBB 子屏控制 12 11100 SGA 0 SY7 0 SY6 SY5 SY4 SY3 SY2 SY1 SY0 子屏垂直位置 控制 13 11101 0 SX8 SX7 0 SX6 SX5 SX4 SX3 SX2 SX1 SX0 子屏水平位置 控制 14 11110 - - - 0 - - - - - - - 保留 15 11111 - - - 0 - - - - - - - 保留 ４　与单片机的接口电路 ＭＢ９００９２ 与单片机的连接仅需３条线，即 ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＳＩＮ因此只需占用微处理器的３个Ｉ／Ｏ口。图４是ＭＢ９００９２与ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５２单片机的连接电路。 在图４中，ＭＢ９００９２的片选信号由ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ１．１提供，串行时钟由Ｐ１．２提供，指令和数据则从ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１．３端口读取。下面给出的是用Ｃ语言编写的发送一字节的源程序代码： ＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞ ＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞ ｓｂｉｔ ＣＬＫ_Ａ ＝Ｐ１＾２; ｓｂｉｔ ＤＡＴ_Ａ ＝Ｐ１＾３； ｓｂｉｔ ＣＳ_Ａ１ ＝Ｐ１＾１; ｖｏｉｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＳｅｎｄＢｙｔｅＡ１(ｂｙｔｅ ｄａｔａＡ１) { ｂｙｔｅ ｉ,ｎ; ｉ＝１; ＣＬＫ_Ａ＝ＨＩＧＨ; ＣＳ_Ａ１＝ＬＯＷ; ｆｏｒ(ｎ＝１;ｎ＜＝８;ｎ＋＋) { ＤＡＴ_Ａ＝ｄａｔａＡ１＆ｉ; ｉ＜＜＝１; _Ｎｏｐ(); ＣＬＫ_Ａ ＝ＬＯＷ; _Ｎｏｐ(); _Ｎｏｐ(); ＣＬＫ_Ａ＝ＨＩＧＨ; } ＣＳ_Ａ１＝ＨＩＧＨ; } ５　结束语 在使用ＭＢ９００９２芯片时，应当注意以下几点： （１）在开始进行串行数据传送时，为保持字节同步，应先将ＣＳ脚置高，然后再置低。 （２）在叠加新字符前，应先释放内存，也就是先执行一条清屏指令，否则可能会出现乱码及一些预料不到的显示。 （３）上电后，在发送串行数据前，应强制使ＳＣＬＫ脚变高。 （４）在设计印制板时，视频走线应尽量短而粗，模拟地和数字地应分开，且只在电源处单点相连，以防止产生干扰。