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256×32大容量中文矩陣系統(tǒng)的設(shè)計
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)計方法，敘述了系統(tǒng)的主要功能，討論了MAX4358的性能特點及使用方法，同時概括了軟、硬件設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題。近年來，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)等社會生活的各個方面，矩陣系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心正發(fā)揮著越來越重要的應(yīng)用。通常一個矩陣系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能：視頻信號切換、字符信號疊加、解碼器接口以控制云臺和攝像機(jī)鏡頭的動作、報警器接口對預(yù)設(shè)的報警點進(jìn)行報警、通過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。對國內(nèi)用戶來說，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。對目前國內(nèi)用戶來說，容量為256×32的矩陣系統(tǒng)已基本滿足需要，即使將來個別用戶需要更大容量的矩陣系統(tǒng)，也可以通過將兩臺或多臺256×32的矩陣系統(tǒng)級聯(lián)來實現(xiàn)。另外，為了適應(yīng)不同的用戶對矩陣系統(tǒng)容量的要求，所設(shè)計的矩陣系統(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）輸入視頻信號是多可達(dá)256路，輸出視頻信號為32路。任一路視頻輸出信號可疊加漢字字符、時間日期、設(shè)備符等提示符，系統(tǒng)運行狀態(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個鍵盤；通過解碼器，系統(tǒng)可控制云臺、攝像機(jī)等的動作，最多可接256個解碼器。采用RS-485雙絞線串行通信方式，通信距離長達(dá)幾公里。
（3）報警探頭通過報警器與系統(tǒng)連接。系統(tǒng)最多可接16臺報警器，每臺報警器控制16個報警控探頭，因而系統(tǒng)最多可控制256個報警探頭，最多可存儲512個報警記錄。
（4）可通過RS-232與PC機(jī)中行通訊，PC機(jī)可采集報警記錄及傳送系統(tǒng)所需的相關(guān)資料。
（5）多臺矩陣系統(tǒng)之間可級連，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，并可實行遠(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三種時鐘頻率下工作，有8位無符號乘法和除法指令，其余與80C51系列單片機(jī)兼容。MSU2964具有乘除法指令，給軟件編程帶來了很大的方便；另外64KB的FLASH ROM也為以后的軟件升級留下了余地。
（2）由于MSU2964無看門狗功能，
為了防止系統(tǒng)死機(jī)，需要外加看門狗電路。
另外，為了避免電源電壓降低時，CPU錯誤地執(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，還需給CPU提供可靠的復(fù)位信號，這些功能均由MAX813來完成。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，第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，高電平有效；②看門狗電路輸出，如果在1.6秒內(nèi)沒有觸發(fā)該電路（即第6腳無脈沖輸入）則第8腳輸出一個低電平；③手動復(fù)位輸入，低有效，即第1腳輸入一個低電平，則第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。
實際應(yīng)用時，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)計中，P1.0不斷輸出脈沖信號。如系統(tǒng)死機(jī)導(dǎo)致P1.0無脈沖信號輸出，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)電源電壓低于門限值4.65V時，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）由于視頻信號要疊加時間、日期信息，報警記錄也需要系統(tǒng)能提供時間、日期，因而系統(tǒng)必須有時鐘芯片。另外系統(tǒng)要存儲128張切換表（每張約占0.5K字節(jié)的存儲空間）及監(jiān)視器、報警記錄等各種資料。因而，系統(tǒng)需要至少64K字節(jié)的存儲器。為此，選用DS1248作為時鐘及存儲器。DS1248是一具有靈式（Phantom）時鐘的128K×8 NV SRAM。它提供嵌入式RTC和全靜態(tài)非揮發(fā)性RAM。NV SRAM的操作和原來的SRAM一樣。時鐘操作方法如下：通過D0腳連續(xù)串行輸入預(yù)設(shè)的8字節(jié)（64bits），再串行寫入或讀出時間、日期信息（8個字節(jié)）。編程時，可將NVSRAM的最后一個字節(jié)地址（1FFFF）定義為時鐘地址，這樣讀寫時鐘跟讀寫SRAM一樣可使用并行數(shù)據(jù)傳送指令。此時NVSRAM的最后一個字節(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對鍵盤、報警器、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，用來實現(xiàn)對視頻矩陣切換芯片及音頻矩陣切換芯片的控制。
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