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256×32大容量中文矩陣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：介紹了基于模塊式結(jié)構(gòu)的256×32大容量中文矩陣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，敘述了系統(tǒng)的主要功能，討論了MAX4358的性能特點(diǎn)及使用方法，同時(shí)概括了軟、硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。近年來(lái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、金融、交通這、公安、軍事及住宅小區(qū)等社會(huì)生活的各個(gè)方面，矩陣系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心正發(fā)揮著越來(lái)越重要的應(yīng)用。通常一個(gè)矩陣系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能：視頻信號(hào)切換、字符信號(hào)疊加、解碼器接口以控制云臺(tái)和攝像機(jī)鏡頭的動(dòng)作、報(bào)警器接口對(duì)預(yù)設(shè)的報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警、通過(guò)RS-232與PC機(jī)串行通信以及控制音頻箱進(jìn)行視音頻監(jiān)控等功能。對(duì)國(guó)內(nèi)用戶來(lái)說(shuō)，字符疊加應(yīng)為全中文，以方便不懂英文的操作人員。矩陣系統(tǒng)的發(fā)展方向應(yīng)是多功能、大容量、可聯(lián)網(wǎng)以及可進(jìn)行遠(yuǎn)程切換。對(duì)目前國(guó)內(nèi)用戶來(lái)說(shuō)，容量為256×32的矩陣系統(tǒng)已基本滿足需要，即使將來(lái)個(gè)別用戶需要更大容量的矩陣系統(tǒng)，也可以通過(guò)將兩臺(tái)或多臺(tái)256×32的矩陣系統(tǒng)級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，為了適應(yīng)不同的用戶對(duì)矩陣系統(tǒng)容量的要求，所設(shè)計(jì)的矩陣系統(tǒng)應(yīng)是模塊化和即插即用（PnP）型的，即所設(shè)計(jì)的256×32矩陣系統(tǒng)應(yīng)可方便地變?yōu)?56×16、128×32、128×16等不同容量的組合。一般而言矩陣系統(tǒng)的容量達(dá)到64×16即為大容量矩陣。矩陣容量越大，所需技術(shù)水平越高，設(shè)計(jì)難度也越大。
1 系統(tǒng)組成及主要功能
1.1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。
1.2 主要功能
（1）輸入視頻信號(hào)是多可達(dá)256路，輸出視頻信號(hào)為32路。任一路視頻輸出信號(hào)可疊加漢字字符、時(shí)間日期、設(shè)備符等提示符，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)一目了然。系統(tǒng)可與音頻擴(kuò)展箱相連，以滿足視音頻監(jiān)控的需要。
（2）系統(tǒng)最多可接16個(gè)鍵盤(pán)；通過(guò)解碼器，系統(tǒng)可控制云臺(tái)、攝像機(jī)等的動(dòng)作，最多可接256個(gè)解碼器。采用RS-485雙絞線串行通信方式，通信距離長(zhǎng)達(dá)幾公里。
（3）報(bào)警探頭通過(guò)報(bào)警器與系統(tǒng)連接。系統(tǒng)最多可接16臺(tái)報(bào)警器，每臺(tái)報(bào)警器控制16個(gè)報(bào)警控探頭，因而系統(tǒng)最多可控制256個(gè)報(bào)警探頭，最多可存儲(chǔ)512個(gè)報(bào)警記錄。
（4）可通過(guò)RS-232與PC機(jī)中行通訊，PC機(jī)可采集報(bào)警記錄及傳送系統(tǒng)所需的相關(guān)資料。
（5）多臺(tái)矩陣系統(tǒng)之間可級(jí)連，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，并可實(shí)行遠(yuǎn)程切換。
2 各部分的硬件結(jié)構(gòu)
2.1 主板
主板方框圖如圖2所示。
（1）由于該系統(tǒng)功能很多，程序超過(guò)32K，因而選用內(nèi)部FLASH ROM為64KB的8位單片機(jī)MSU2964。該單片機(jī)的主要特點(diǎn)為：內(nèi)部RAM為256字節(jié)，工作電壓為4.5V～5.5V，具有空閑和掉電兩種工作模式；可在16/25/40MHz三種時(shí)鐘頻率下工作，有8位無(wú)符號(hào)乘法和除法指令，其余與80C51系列單片機(jī)兼容。MSU2964具有乘除法指令，給軟件編程帶來(lái)了很大的方便；另外64KB的FLASH ROM也為以后的軟件升級(jí)留下了余地。
（2）由于MSU2964無(wú)看門(mén)狗功能，
為了防止系統(tǒng)死機(jī)，需要外加看門(mén)狗電路。
另外，為了避免電源電壓降低時(shí)，CPU錯(cuò)誤地執(zhí)行指令導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)被非法修改等情況，需要給系統(tǒng)增加電源監(jiān)控電路，使CPU在電源電壓低于某一值時(shí)停止工作，處于復(fù)位狀態(tài)，待電壓恢復(fù)正常后，CPU再脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；在系統(tǒng)上電時(shí)，還需給CPU提供可靠的復(fù)位信號(hào)，這些功能均由MAX813來(lái)完成。MAX813的主要功能如下：①系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，高電平有效；②看門(mén)狗電路輸出，如果在1.6秒內(nèi)沒(méi)有觸發(fā)該電路（即第6腳無(wú)脈沖輸入）則第8腳輸出一個(gè)低電平；③手動(dòng)復(fù)位輸入，低有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將第7腳接CPU的復(fù)位腳，第1腳與第8腳相連，第6腳與CPU的P1.0相連。在軟件設(shè)計(jì)中，P1.0不斷輸出脈沖信號(hào)。如系統(tǒng)死機(jī)導(dǎo)致P1.0無(wú)脈沖信號(hào)輸出，則1.6秒后在MAX813的第8腳輸出低電平。該低電平加到第1腳，使MAX813產(chǎn)生復(fù)位輸出，使CPU有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外當(dāng)電源電壓低于門(mén)限值4.65V時(shí)，MAX813也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使CPU不執(zhí)行任何直至電源電壓恢復(fù)正常。
（3）由于視頻信號(hào)要疊加時(shí)間、日期信息，報(bào)警記錄也需要系統(tǒng)能提供時(shí)間、日期，因而系統(tǒng)必須有時(shí)鐘芯片。另外系統(tǒng)要存儲(chǔ)128張切換表（每張約占0.5K字節(jié)的存儲(chǔ)空間）及監(jiān)視器、報(bào)警記錄等各種資料。因而，系統(tǒng)需要至少64K字節(jié)的存儲(chǔ)器。為此，選用DS1248作為時(shí)鐘及存儲(chǔ)器。DS1248是一具有靈式（Phantom）時(shí)鐘的128K×8 NV SRAM。它提供嵌入式RTC和全靜態(tài)非揮發(fā)性RAM。NV SRAM的操作和原來(lái)的SRAM一樣。時(shí)鐘操作方法如下：通過(guò)D0腳連續(xù)串行輸入預(yù)設(shè)的8字節(jié)（64bits），再串行寫(xiě)入或讀出時(shí)間、日期信息（8個(gè)字節(jié)）。編程時(shí)，可將NVSRAM的最后一個(gè)字節(jié)地址（1FFFF）定義為時(shí)鐘地址，這樣讀寫(xiě)時(shí)鐘跟讀寫(xiě)SRAM一樣可使用并行數(shù)據(jù)傳送指令。此時(shí)NVSRAM的最后一個(gè)字節(jié)空間（1FFFF）不能作RAM用。
（4）接口電路1主要由MAX483、MAX3082、MAX232及P89C2051等芯片組成，完成CPU對(duì)鍵盤(pán)、報(bào)警器、解碼器、PC機(jī)及打印機(jī)的控制。
（5）接口電路2主要由8155接口芯片及74LS138譯碼器組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻矩陣切換芯片及音頻矩陣切換芯片的控制。
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