摘 要： 本文介紹了專用視頻疊加芯片MB90092，及某型機(jī)載視頻記錄系統(tǒng)中視頻標(biāo)識卡的設(shè)計(jì)原理及其軟硬件實(shí)現(xiàn)；。
關(guān)鍵詞： 視頻標(biāo)識卡；MB90092芯片；AT89C51

    機(jī)載視頻記錄系統(tǒng)用于記錄飛行中人員、裝備的各種信息，在訓(xùn)練、實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用。為使飛行員及地面指揮人員能夠更直觀、確切地了解飛行各時(shí)刻的狀態(tài)信息及便于判讀，我們?yōu)槠浼友b了標(biāo)識卡系統(tǒng)。記錄時(shí)可根據(jù)需要疊加適當(dāng)標(biāo)識，如漢字、圖形、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等信息。

    在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選擇了富士通(FUJITSU)公司生產(chǎn)的專用字符疊加芯片MB90092，采用AT89C51單片機(jī)對其控制；考慮到機(jī)載系統(tǒng)的特殊性，我們利用RS-232串行接口通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行標(biāo)識卡預(yù)先標(biāo)識的寫入、控制設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)性較強(qiáng)，地勤人員可根據(jù)不同的任務(wù)很方便的進(jìn)行預(yù)先修改，可以顯示中文及任意圖形。

                        圖1 MB90092的功能框圖

                      圖2 系統(tǒng)原理圖

        圖3 主程序流程圖

            圖4 命令幀和數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)

MB90092芯片簡介
    MB90092利用外部字庫，可以為一路視頻(PAL或NTSC)信號疊加文本和圖形標(biāo)識。它提供兩種屏幕疊加方法，即主屏和副屏，二者可單獨(dú)或相互重疊出現(xiàn)在監(jiān)視器上。由三個(gè)引腳(CS 、SCLK、SIN)來進(jìn)行對外通信。圖1為MB90092的功能框圖。
本系統(tǒng)中，我們只利用MB90092的主屏顯示功能，MB90092主屏顯示支持的字符顯示點(diǎn)陣為24×32；每個(gè)字符可以有不同的顏色，顯示容量為12行，每行24個(gè)字符或漢字。字體大小控制方式有：標(biāo)準(zhǔn)(24×32點(diǎn)陣)、雙倍寬、雙倍高、雙倍寬×雙倍高、四倍寬×四倍高。顯示位置控制：可任易設(shè)置水平方向和垂直方向的位置，同時(shí)可設(shè)定行距。有內(nèi)部視頻信號發(fā)生器支持NTSC或PAL制式，可選擇逐行或隔行掃描方式。

系統(tǒng)工作原理
    本系統(tǒng)原理如圖2。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)以MB90092芯片為核心。需要更改顯示標(biāo)識及顯示模式時(shí)，由計(jì)算機(jī)設(shè)置好后，通過RS-232接口傳給AT89C51；單片機(jī)通過系統(tǒng)總線把字符及控制信息寫入到FLASH存儲器MBM29F040C中。FLASH存儲器掉電后信息可以保持，故只在任務(wù)改變時(shí)重新設(shè)置內(nèi)容；字符寫入及單片機(jī)設(shè)置完成后，受外部信號觸發(fā)，單片機(jī)發(fā)出命令，控制MB90092從存儲器的相應(yīng)地址讀出標(biāo)識，疊加到視頻信號上。

硬件實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為控制設(shè)置、字符存儲、字符疊加和實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口四個(gè)相關(guān)聯(lián)的部分。

控制設(shè)置部分
     包括計(jì)算機(jī)、AT89C51單片機(jī)，它們通過RS-232接口進(jìn)行通信。主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：
·飛行前需要修改視頻標(biāo)志信息時(shí)，計(jì)算機(jī)通過RS-232接口可以把按給定格式組織的顯示命令和修改的字符信息傳輸給AT89C51，由單片機(jī)完成閃存的信息寫入。
·飛行時(shí)由單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制，包括90092的配置，閃存中控制命令和字符信息的組織，實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息的采樣，以及控制面板的響應(yīng)。

字符存儲部分
    包括FLASH存儲器MBM29F040C，存儲容量512K×8bit。單片機(jī)和90092共用數(shù)據(jù)總線和地址總線，單片機(jī)在進(jìn)行閃存讀寫操作時(shí)可能干擾90092內(nèi)部寄存器的初始配置，因此在AT89C51與MBM29F040C、MBM29F040C與MB90092總線間加入隔離器，對地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行隔離，其中包括MBM29F040C片選信號CE、讀信號RE、寫信號WE。單片機(jī)控制隔離器使能EN和數(shù)據(jù)流向DIR。

字符疊加部分
    主要為字符疊加芯片MB90092。MB90092支持的字符點(diǎn)陣為24×32，地址線ADR12、ADR13 =00,01,10時(shí)分別對應(yīng)漢字的左、中、右三部分，ADR12ADR13 ="11"時(shí)不用；ADR0~ADR4對應(yīng)每一部分的32個(gè)字節(jié)。這些地址在MB90092工作時(shí)自動(dòng)尋找，為此， MB90092的地址線ADR0~ADR4，ADR12~ADR13，ADR5~ ADR11，ADR14~ADR18分別與MBM29F040C的地址線A0~A18相連。單片機(jī)控制信號包括MB90092片選信號CS、串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘SCLK、串行數(shù)據(jù)輸入SIN、狀態(tài)控制信號TSC。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口設(shè)計(jì)
    實(shí)時(shí)時(shí)鐘選用美國Xicor公司推出的串行時(shí)鐘芯片X1203，該芯片體積小、功耗低、使用簡單、接口容易，雙端口時(shí)鐘和報(bào)警寄存器使時(shí)鐘即使在讀寫操作期間也能精確工作。X1203采用I2C總線接口，在與AT89C51的接口中我們用P3.2 ，P3.3虛擬I2C總線接口，實(shí)現(xiàn)方法簡潔。

軟件實(shí)現(xiàn)
    軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：一是對寄存器設(shè)置以實(shí)現(xiàn)特定的功能；另一個(gè)是圖像顯示控制和字庫、寄存器設(shè)置命令的實(shí)時(shí)修改。

寄存器設(shè)置
    MB90092通過對內(nèi)部寄存器的設(shè)置實(shí)現(xiàn)90092復(fù)位、字符顯示模式、字符尋址、字符疊加的設(shè)定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可更改模式，故這部分程序放在外部閃存中，在程序運(yùn)行中可由單片機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)和實(shí)時(shí)修改。

圖象顯示主流程
    標(biāo)志卡一個(gè)很重要的功能就是控制命令和字符數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)修改，因此在程序開始就打開串行口，允許接收，程序循環(huán)運(yùn)行過程中，串口有傳輸請求馬上響應(yīng)，調(diào)用修改子程序。由于是機(jī)載設(shè)備，因此抗干擾必須考慮，在子程序中設(shè)定了傳輸請求標(biāo)志和校驗(yàn)措施。

    90092驅(qū)動(dòng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是對命令傳輸次序沒有苛刻要求，任一條命令的傳輸都能及時(shí)映射到內(nèi)部的VRAM區(qū)域，并在視頻信號的場同步間隔期間完成刷新。因此在主程序流程中掃描功能管腳，調(diào)用閃存中的控制命令可以迅速完成標(biāo)志信息和顯示模式的更改。

    由于90092刷新較快，因此在每一個(gè)程序循環(huán)中采樣X1023，送到單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的寄存器，調(diào)用0~9數(shù)字完成實(shí)時(shí)時(shí)鐘的顯示，誤差小于0.1秒。
該程序流程(見圖3)需要不停的循環(huán)對外部信號進(jìn)行響應(yīng)和及時(shí)的顯示，同時(shí)完成90092的內(nèi)部刷新請求。

修改子程序說明
    新的寄存器設(shè)置命令與字符信息由PC機(jī)編制，并按照設(shè)定好的協(xié)議格式通過RS-232接口傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)串行口接收、完成閃存的寫入，RS-232電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換由MAX232L實(shí)現(xiàn)。寄存器設(shè)置命令和字符信息總的字節(jié)數(shù)不是很大，為保證單片機(jī)接收信息的準(zhǔn)確性，PC機(jī)和單片機(jī)之間都采用查詢方式進(jìn)行。其傳輸方式設(shè)定如下：
波特率：1200波特/秒
串口模式：2:1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位
握手協(xié)議：(PC)傳輸請求標(biāo)志，5Ah
設(shè)定命令幀和數(shù)據(jù)幀(見圖4)結(jié)束標(biāo)志位，傳輸前標(biāo)志位都清零，當(dāng)標(biāo)志位都為結(jié)束標(biāo)志時(shí)，標(biāo)志命令幀、數(shù)據(jù)幀傳輸完畢，單片機(jī)完成寄存器的新設(shè)置和字符信息的修改。PC機(jī)的傳輸程序也采用查詢方式，每傳輸一個(gè)字節(jié)就等待單片機(jī)操作結(jié)束并回傳RRDY標(biāo)志，直到傳輸結(jié)束。

可靠性設(shè)計(jì)
     軟硬件看門狗電路設(shè)計(jì)

     為防止程序受干擾而跑飛，電路中設(shè)定了硬件看門狗電路，一旦進(jìn)入非正常程序而不能回到正常狀態(tài)，則強(qiáng)制硬件復(fù)位。在程序設(shè)計(jì)中也加入了抗干擾措施，主程序每個(gè)功能模塊設(shè)定入口標(biāo)志，程序在每個(gè)功能模塊入口處先執(zhí)行寫標(biāo)志操作，為防止程序失控后破壞相應(yīng)RAM單元，采用數(shù)據(jù)冗余和糾錯(cuò)方法，程序復(fù)位后首先檢查恢復(fù)RAM數(shù)據(jù)，然后根據(jù)入口標(biāo)志確定重新進(jìn)入對應(yīng)的程序模塊。

命令錯(cuò)誤處理
    主要針對控制命令和字符數(shù)據(jù)的修改過程，PC有修改請求時(shí)首先必須通過單片機(jī)的權(quán)限檢測。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，為保證傳輸有效性，設(shè)定單字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間上限為3ms，從單片機(jī)回傳RRDY標(biāo)志開始，一旦時(shí)間超時(shí)則終止等待，重新回傳RRDY標(biāo)志。PC機(jī)在發(fā)送過程中連續(xù)收到兩次RRDY標(biāo)志，必須轉(zhuǎn)到傳輸錯(cuò)誤子程序，對傳輸進(jìn)行校驗(yàn)。由于控制命令和字符數(shù)據(jù)總的字節(jié)數(shù)都為偶數(shù)，因此傳輸結(jié)束時(shí)，單片機(jī)對所接收的字節(jié)總數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，如有錯(cuò)誤，則作廢整個(gè)命令和數(shù)據(jù)信息。

結(jié)語
    經(jīng)試用，該標(biāo)志卡工作可靠，疊加字符圖形清晰，時(shí)鐘顯示準(zhǔn)確，提高了視頻記錄系統(tǒng)判讀效率。同時(shí)MB90092有豐富的顯示模式可供選擇，具有很好的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
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2 FUJITSU公司.MB90092 DataSheet.2001
3 FUJITSU公司.MBMF29C04 DataSheet. 2002
4 Xicor公司.X1203 DataSheet.2002