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256×32大容量中文矩陣系統的設計
摘要：介紹了基于模塊式結構的256×32大容量中文矩陣系統的設計方法，敘述了系統的主要功能，討論了MAX4358的性能特點及使用方法，同時概括了軟、硬件設計時應注意的幾個問題。近年來，視頻監控系統已廣泛應用于工業、商業、金融、交通這、公安、軍事及住宅小區等社會生活的各個方面，矩陣系統作為視頻監控系統的核心正發揮著越來越重要的應用。通常一個矩陣系統應包括以下基本功能：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鏡頭的動作、報警器接口對預設的報警點進行報警、通過RS-232與PC機串行通信以及控制音頻箱進行視音頻監控等功能。對國內用戶來說，字符疊加應為全中文，以方便不懂英文的操作人員。矩陣系統的發展方向應是多功能、大容量、可聯網以及可進行遠程切換。對目前國內用戶來說，容量為256×32的矩陣系統已基本滿足需要，即使將來個別用戶需要更大容量的矩陣系統，也可以通過將兩臺或多臺256×32的矩陣系統級聯來實現。另外，為了適應不同的用戶對矩陣系統容量的要求，所設計的矩陣系統應是模塊化和即插即用（PnP）型的，即所設計的256×32矩陣系統應可方便地變為256×16、128×32、128×16等不同容量的組合。一般而言矩陣系統的容量達到64×16即為大容量矩陣。矩陣容量越大，所需技術水平越高，設計難度也越大。
1 系統組成及主要功能
1.1 系統組成
系統組成方框圖如圖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、設備符等提示符，系統運行狀態一目了然。系統可與音頻擴展箱相連，以滿足視音頻監控的需要。
（2）系統最多可接16個鍵盤；通過解碼器，系統可控制云臺、攝像機等的動作，最多可接256個解碼器。采用RS-485雙絞線串行通信方式，通信距離長達幾公里。
（3）報警探頭通過報警器與系統連接。系統最多可接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機中行通訊，PC機可采集報警記錄及傳送系統所需的相關資料。
（5）多臺矩陣系統之間可級連，實現聯網功能，并可實行遠程切換。
2 各部分的硬件結構
2.1 主板
主板方框圖如圖2所示。
（1）由于該系統功能很多，程序超過32K，因而選用內部FLASH ROM為64KB的8位單片機MSU2964。該單片機的主要特點為：內部RAM為256字節，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，
為了防止系統死機，需要外加看門狗電路。
另外，為了避免電源電壓降低時，CPU錯誤地執行指令導致系統參數被非法修改等情況，需要給系統增加電源監控電路，使CPU在電源電壓低于某一值時停止工作，處于復位狀態，待電壓恢復正常后，CPU再脫離復位狀態，進入正常工作狀態；在系統上電時，還需給CPU提供可靠的復位信號，這些功能均由MAX813來完成。MAX813的主要功能如下：①系統上電、掉電以及供電電壓降低時，第7腳產生復位輸出，高電平有效；②看門狗電路輸出，如果在1.6秒內沒有觸發該電路（即第6腳無脈沖輸入）則第8腳輸出一個低電平；③手動復位輸入，低有效，即第1腳輸入一個低電平，則第7腳產生復位輸出。
實際應用時，將第7腳接CPU的復位腳，第1腳與第8腳相連，第6腳與CPU的P1.0相連。在軟件設計中，P1.0不斷輸出脈沖信號。如系統死機導致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產生復位輸出，使CPU有效復位，擺脫死循環的困境。另外當電源電壓低于門限值4.65V時，MAX813也產生復位輸出，使CPU不執行任何直至電源電壓恢復正常。
（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能提供時間、日期，因而系統必須有時鐘芯片。另外系統要存儲128張切換表（每張約占0.5K字節的存儲空間）及監視器、報警記錄等各種資料。因而，系統需要至少64K字節的存儲器。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和全靜態非揮發性RAM。NV SRAM的操作和原來的SRAM一樣。時鐘操作方法如下：通過D0腳連續串行輸入預設的8字節（64bits），再串行寫入或讀出時間、日期信息（8個字節）。編程時，可將NVSRAM的最后一個字節地址（1FFFF）定義為時鐘地址，這樣讀寫時鐘跟讀寫SRAM一樣可使用并行數據傳送指令。此時NVSRAM的最后一個字節空間（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機及打印機的控制。
（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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