基于C8051F 单片机的视频检测装置

薛飞，季勇，李玉喜，严少奇

（西安应用光学研究所，陕西西安，710065）

0 引言

图像电路板是电视系统整机的核心组成部分。现有技术中，在图像电路板电气调试时，都是直接用稳压电源给图像电路板供电，用电脑连接烧录器给图像电路板下载程序，完成后只能在电视整机系统上检测电路板的功能。而电视整机系统中的另一核心组成CCD 是非常敏感的器件，很容易受静电击穿损坏。如果图像电路板供电不稳或是有短路，直接在电视整机上测试会损坏CCD 和相关电路。这种调试方法存在损坏电视整机系统的风险。在以往电视整机系统的调试和试验中，主要依靠带有视频采集卡的计算机，通过机算机上的控制软件来操控电视系统整机工作，用直流稳压电源供电。这种调试设备价格昂贵，配备数量非常有限。此方法不利于光电转塔的批量生产，浪费资源且效率低下。该装置针对上述现有技术存在的问题做出了改进，提供了一种基于单片机的电视系统检测装置，用该装置替代电视整机调试图像电路板，能有效避免损坏电视整机的风险；该装置集显示器、计算机、稳压电源与一体，体积小、易携带、价格低廉、配备多台用于批量生产和环境试验，极大的提高效率，降低生产成本。

1 系统组成及工作原理

电视系统检测装置是一种以单片机C8051F320[1-3]、液晶显示屏、CCD、电压电流表、422 通讯控制为核心的检测装置，包括图像显示模块、故障显示模块、电压电流监测模块、温度显示模块、视场切换模块、电源模块、视频电缆、检测电缆、电源电缆和微控制单元。其中，电源电缆接入交流电源、电源模块将交流电源转换为直流电源为系统和图像电路板供电；检测装置和图像板采用422 接口通讯；检测电缆和CCD 视频电缆分别连接图像电路板的检测口和视频输入接口；视场切换模块用于控制图像电路板的大、中、小视频通道切换。如图1 所示。

图1 系统原理图

2 硬件电路设计

■2.1 电源电路

电源电路主要由电源适配器AC220v-DC12V、电源转换模块LM7805、LM7905、AS1117M3-3.3 组成，AC220VDC12V 模块将交流电分别转换成正12V 和负12V 直流电为CCD 和相关电路供电，在220V 和12V 电路中分别设置了3A 的保险电路，以确保电路中有大电流或短路时快速熔断保护主电路,12V 负载供电支路中设置了电压电流监测表，可以实时监测负载电路电压和电流的变化。AS1117M3-3.3是一款性能优良的高效率低压差线性稳压器，输入电压5V，输出电压为3.3V、电流为1A，主要用于开关电源稳压器、电池充电器、笔记本电脑的电源管理电池供电的仪器。电源电路原理图如图2 所示。

图2 电源电路原理图

■2.2 单片机通讯电路

通讯电路主要是检测装置单片机与图像板单片机之间通过MAX488 线路收发器数据双向通讯，检测装置中的视场切换开关发出指令，指令经过检测装置单片机转换后经由MAX488 传送到图像电路板，图像电路板单片机接收到指令并控制相应视频通道，使相应通道的视频显示在屏幕上。同时图像电路板单片机将相应视频通道的状态信息和环境温度信息经由MAX488 回传给检测装置单片机[4-5]，在检测装置LED 和数码管上显示。MAX488 是无源开关，能够切换速率在5.0Gbps 的数据，具有较低的功耗，并且提供按信号流向的引脚配置以优化PCB 布板，每个单向通道可以由一个信号源和两个终端组成，也可以由两个信号源和一个终端组成。原理框图如图3 所示。

图3 单片机间通信框图

■2.3 检测装置电路

检测装置电路以C8051F320 单片机为控制核心，主要由电源电路、CCD 组合、显示屏、纽子开关、LED 指示灯、四位七段数码管、保险丝、通信电路MAX488 和检测电缆组成。电源电路为检测装置和图像板供电；三个按钮开关S1、S2、S3、分别控制大视场、中视场和小视场；CCD1、CCD2、CCD3 组合为图像板提供视频信号源；三个LED 指示灯D2、D3、D4 用来显示图像电路板中大视场、中视场和小视场的当前状态；显示图像电路板当前通道的视频；四位七段数码G1 管用于显示图像电路板所在环境温度，检测装置电路原理图如图5 所示。C8051F320 单片机是集成的混合信号片上系统SOC（system on chip）,具有与MCS-51 内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常见的模拟部件和其他数字外设及功能部件。内部FLASH存储器可实现在系统编程，既可以作程序存储器也可以作非易失性数据存储。C8051F320 还提供了一个完整而先进的时钟系统，在这个系统中，片内设置有一个可编程的时钟振荡器，可提供2、4、8、16MHz 的时钟编程设定。检测装置实物图如图4 所示。

图4 检测装置实物图

图5 检测装置电路原理图

■2.4 图像板电路

图像电路板以C8051F320 为控制核心，主要由视频信号调理电路MAX7450、视频通道选择驱动器AD8184、视频放大器AD813、通信电路MAX488 和温度传感器DS18B20 组成。图像电路板通过MAX488 接口芯片与检测装置通信，接收检测装置发来的视场切换指令，控制AD8148 选择相应视场通道；MAX7450 接收CCD 组合发出的视频信号，进行视频前端信号调理以提高视频信号质量，通过LOS 端将当前视频通道信号的状态通过图像板单片机回传给检测装置并显示在LED 上[6]。AD813 将AD8148 送来的视频信号放大，以差分模式经检测电缆传给显示屏。AD813 是一款低功耗、单电源、单通道视频放大器。各电流反馈型放大器均提供50μA 输出电流，适合驱动一个后部端的视频负载（150W）。0.1dB 增益平坦度为50MHz 同时差分增益和相位误差分别为0.03%和0.06 度。因此，AD8013 堪称广播和消费类视频电子设备的理想之选。MAX7450 作为完整的前端视频信号调节器，集成了输入视频钳位器、自动增益控制（AGC）、同步丢失（LOS）检测器和带外噪声/低通滤波器。AD8148 用于宽带视频的三路差分驱动器；差分或单端输入至差分输出可以用作差分至差分接收器，可以驱动1 条或 2 条100O 欧姆UTP 电缆。图像板电路原理图如图6 所示。

图6 图像板电路原理图

3 结束语

该装置使用性能优良功能强大的C8051F320 单片机代替系统整机控制图像板切换视场，单片机之间使用422 通信协议来发送指令和回传视频通道状态及环境温度。用该装置替代电视整机调试图像电路板，能有效避免损坏电视整机的风险；该装置集显示器、计算机、稳压电源与一体，体积小、易携带、价格低廉、配备多台用于批量生产和环境试验，极大的提高效率，降低生产成本。