256×32大容量中文矩阵系统的设计

（7）由于开关电源不需要沉重的电源变压器，具体体积小、重量轻、效率高的优点，因而主板上的电源采用开关电源。在设计时要注意开关电源的抗干扰性能，尽量减少开关电源产生的干扰。

2.2 视频切换模块

视频切换方框图如图3所示。选用MAXIM公司最新推出的MAX4358做为视频矩阵切换芯片。16片MAX4358完成256×32视频矩阵切换。2片MAX4358组成一块视频输入插板，其中第1片和第9片组成第一块视频输入插板，第2片第第10片组成第二块视频输入插板，依此类推，第8片和第16片组成第八块视频输入插板。每块视频输入插板完成32路视频信号输入、16或32路视频信号切换输出。如果系统只需16路视频输出，则每块视频输入插板只需一片MAX4358。MAX4358的主要特点如下：①其输出均带缓冲放大，工作电压可选择±3V、±5V或+5V；既可对16个输出一起编程，也可以对某个输出单独编程。②其输出缓冲器的增益可编程设定为Av=+1V/V或+2V/V；当某输出端设定为禁止输出时，对外呈现高阻态，因而，多片MAX4358的输出端可直接用导线并接以组成大容量切换矩阵。③它的最小串扰为-62dB，6MHz时的隔离度为-110dB，微分增益为0.05%，微分相位为0.1度，功率消耗为195mW，工作温度为-40℃～+85℃，它可直接驱动75Ω视频负载。显然，该芯片的性能要优于目前常用的矩阵切换芯片如MT8816或MAX4456。④上电复位后，所有的输出均初始化成禁止状态，以避免大容量系统中MAX4358的输出互相干扰。

MAX4358有两种矩阵开关编程模式，分别称为模式0和模式1。模式0可对单个输出通道编程，模式1可一次性对16个输出通道编程。本设计选模式1，该模式的编程数据包含112位，每个输出通道占7位。软件编程时应特别注意：编程数据串行输入时，第15输出通道的数据先输入，然后是第14输出通道，最后是第0输出通道的数据，且高位在前，低位在后。

2.3 汉字叠加、缓冲放大模块

由视频切换模块输出的32位视频信号分别加到4块视频输出插板上。每块视频输出插板将8路视频信号叠加上汉字、时间日期信息，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>然后经缓冲放大后输出到8个监视器。每路视频信号的叠加及缓冲放大电路均是一样的，图4为第一路视频汉字叠加缓冲放大原理图。

（1）图4中同步分离由LM1881完成，分离出复合同步信号送到字符叠加芯片供字符叠加使用。

（2）汉字叠加由MB90092芯片来完成。该芯片可外接2M字节的ROM，支持24×32点阵显示方式，可在屏幕上叠加12×24个汉字。它有视频信号输入脚，在其内部可完成视频信号与汉字信号的叠加，直接输出复合视频信号。MB90092内部可自行产生同步信号，无需外加视频信号和同步信号，可直接输出汉字信号至监视器，在监视器上显示不同背景颜色、不同汉字颜色的文本，可利用此特点来设计系统的设置菜单。字库芯片采用AT27C080，该芯片的存储容量为1M字节，可存储8K汉字。国标所规定的1、2级汉字均可包含，每个字占用128字节。汉字占阵为24×24。为适应MB90092，每个汉字的24～31字节、56～63字节、88～127字节应为空白。

（3）输出缓冲放大采用MAX470，该芯片内容4个相同的视频放大器。各输入端之间、各输出端之前均采用地线或电源线隔开，每块视频输出插板需要2片MAX470。该芯片的主要特点是：带宽为90MHz，增益为2V/V；微分增益为0.01%，微分相位0.03度；转换速率为300/μs，切换时间为20ns；5pF输入电容，输出可设定为高阻态以减少功率消耗。

3 系统软件设计

在系统软件设计中，采用模块化设计方法，使得程序结构清晰，便于今后系统功能的升级。系统软件的主要流程如图5所示。其中初始化模块包括对矩阵切换芯片、8155接口芯片、字符叠加芯片等硬件的初始化；另外将断电前保存好的数据读入CPU的RAM中，以便系统复位后回到断电前的状态。视频切换处理模块是指按照预定的方式（如手动、自动、暂停等）对视频信号进行各种切换处理；资料设置模块由以下几个字设置模块组成：时间日期及密码、切换表、监视器、摄像机、报警器、键盘及音频；报警处理模块包含报警队列、报警记录的存储及报警声音的产生等。除了流程图中的各模块外，还有几个中断服务子程序，分别接收键盘输入、报警输入、串行通信及产生0.25秒时间间隔。

4 硬、软件设计应注意的几个问题

（1）使用DS1248应注意的问题

对DS1248进行时钟操作的方法是：先通过D0脚连续输入8个字节的命令，然后再连续定改或读出8个字节的时钟信息。在写入或读出过程中，不能再对存储器进行读写操作，否则会出现时钟存储器内容被非法修改的现象。基于此，时钟的复位脚（RST）不要与Vcc相连接，它应与CPU的I/O脚连接，每次上电复位后，由CPU给出一低电平，使DS1248复位。如果复位脚与Vcc相连，当系统热复位（此复位可由手动或看门狗电路产生）时，如果此时CPU对时钟的写入或读出仍未完成，那么复位后，任何对存储器的操作都将变为对时钟的操作（因为此时DS1248并未复位），导致意想不到的错误。

（2）使用MB90092应注意的问题

·如果选择外同步方式，只有当外同步信号存在时，MB90092才能接受控制命令。为了防止当视频信号由“无”切换到“有”，监视器上产生字符丢失的情况，屏幕上叠加的所有字符每隔0.2秒更新一次。这样就不会发生字符丢失的现象。

·上电复位后，为了有效设置屏幕及字体的各种属性、行距、显示位置等，先选择内同步方式，待设置完成后，再设定为外同步方式；否则，设置时如无外同步信号，所有的设置均为无效设置。

（3）由于视频信号频率较高、频带较宽，因而当两路视频信号相距较近时，容易产生串扰。为了尽量减少串扰，制板时做到了以下几点：

·各种视频信号间用较粗的地线隔开，视频走线尽量短而粗；

·模拟地和数字地分开，只在电源处相连；

·设计开关电源时，交流电与直流低压之间相距较远，且用地线隔开；直流低压与开关管的调整电路之间用光耦隔开。
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