256×32大容量中文矩阵系统的设计

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摘要：介绍了基于模块式结构的256×32大容量中文矩阵系统的设计方法，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：矩阵系统 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、交通这、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核心正发挥着越来越重要的应用。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 系统组成及主要功能

1.1 系统组成

系统组成方框图如图1所示。
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    1.2 主要功能

（1）输入视频信号是多可达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）系统最多可接16个键盘；通过解码器，系统可控制云台、摄像机等的动作，最多可接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。系统最多可接16台报警器，每台报警器控制16个报警控探头，因而系统最多可控制256个报警探头，最多可存储512个报警记录。

（4）可通过RS-232与PC机中行通讯，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 各部分的硬件结构

2.1 主板

主板方框图如图2所示。

（1）由于该系统功能很多，程序超过32K，因而选用内部FLASH ROM为64KB的8位单片机MSU2964。该单片机的主要特点为：内部RAM为256字节，工作电压为4.5V～5.5V，具有空闲和掉电两种工作模式；可在16/25/40MHz三种时钟频率下工作，有8位无符号乘法和除法指令，其余与80C51系列单片机兼容。MSU2964具有乘除法指令，给软件编程带来了很大的方便；另外64KB的FLASH ROM也为以后的软件升级留下了余地。

（2）由于MSU2964无看门狗功能，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>为了防止系统死机，需要外加看门狗电路。

另外，为了避免电源电压降低时，CPU错误地执行指令导致系统参数被非法修改等情况，需要给系统增加电源监控电路，使CPU在电源电压低于某一值时停止工作，处于复位状态，待电压恢复正常后，CPU再脱离复位状态，进入正常工作状态；在系统上电时，还需给CPU提供可靠的复位信号，这些功能均由MAX813来完成。MAX813的主要功能如下：①系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7脚产生复位输出，高电平有效；②看门狗电路输出，如果在1.6秒内没有触发该电路（即第6脚无脉冲输入）则第8脚输出一个低电平；③手动复位输入，低有效，即第1脚输入一个低电平，则第7脚产生复位输出。

实际应用时，将第7脚接CPU的复位脚，第1脚与第8脚相连，第6脚与CPU的P1.0相连。在软件设计中，P1.0不断输出脉冲信号。如系统死机导致P1.0无脉冲信号输出，则1.6秒后在MAX813的第8脚输出低电平。该低电平加到第1脚，使MAX813产生复位输出，使CPU有效复位，摆脱死循环的困境。另外当电源电压低于门限值4.65V时，MAX813也产生复位输出，使CPU不执行任何直至电源电压恢复正常。

（3）由于视频信号要叠加时间、日期信息，报警记录也需要系统能提供时间、日期，因而系统必须有时钟芯片。另外系统要存储128张切换表（每张约占0.5K字节的存储空间）及监视器、报警记录等各种资料。因而，系统需要至少64K字节的存储器。为此，选用DS1248作为时钟及存储器。DS1248是一具有灵式（Phantom）时钟的128K×8 NV SRAM。它提供嵌入式RTC和全静态非挥发性RAM。NV SRAM的操作和原来的SRAM一样。时钟操作方法如下：通过D0脚连续串行输入预设的8字节（64bits），再串行写入或读出时间、日期信息（8个字节）。编程时，可将NVSRAM的最后一个字节地址（1FFFF）定义为时钟地址，这样读写时钟跟读写SRAM一样可使用并行数据传送指令。此时NVSRAM的最后一个字节空间（1FFFF）不能作RAM用。

（4）接口电路1主要由MAX483、MAX3082、MAX232及P89C2051等芯片组成，完成CPU对键盘、报警器、解码器、PC机及打印机的控制。

（5）接口电路2主要由8155接口芯片及74LS138译码器组成，用来实现对视频矩阵切换芯片及音频矩阵切换芯片的控制。
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